Электромагнитная схема асинхронного двигателя: схема, принцип работы и устройство

схема, принцип работы и устройство

Асинхронный электродвигатель – это электрический агрегат с вращающимся ротором. Скорость вращения ротора отличается от скорости, с которой вращается магнитное поле статора. Это – одна из важных особенностей работы агрегата, так как если скорости выровняются, то магнитное поле не будет наводить в роторе ток и действие силы на роторную часть прекратится. Именно поэтому двигатель называется асинхронным (у синхронного показатели скоростного вращения совпадают). 

В данной статье мы сфокусируемся на том, что представляет собой схема работы такого двигателя и – самое главное, насколько она эффективна при его эксплуатации.

Устройство и принцип действия

Ток в обмотках статора создает вращающееся магнитное поле. Это поле наводит в роторе ток, который начинает взаимодействовать с магнитным полем таким образом, что ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле.

Относительная разность скоростей вращения ротора и частоты переменного магнитного поля называется скольжением. В установившемся режиме скольжение невелико: 1-8% в зависимости от мощности.

Асинхронный двигатель

Подробнее о принципах работы асинхронного электродвигателя – в частности, на примере агрегата трехфазного тока, вы можете прочесть здесь, на сайте, в одном из наших материалов. Далее же мы разберем, какие бывают разновидности асинхронных электрических машин.

Виды асинхронных двигателей

Можно выделить 3 базовых типа асинхронных электродвигателей:

Схема устройства асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

То есть, двигатели классифицируются по количеству фаз (1 и 3) и по типу ротора – с короткозамкнутым и с фазным. При этом число фаз с установленным типом ротора никак не взаимосвязано.

Ещё одна разновидность – асинхронный двигатель с массивным ротором. Ротор сделан целиком из ферромагнитного материала и фактически представляет собой стальной цилиндр, играющий роль как магнитопровода, так и проводника (вместо обмотки). Такой вид двигателя очень прочный и обладает высоким пусковым моментом, однако в роторе могут возникать большие потери энергии, а сам он может сильно нагреваться.

Какой ротор лучше, фазный или короткозамкнутый?

Преимущества короткозамкнутого:

Недостатки:

Преимущества фазного:

Недостатки:

Какой двигатель лучше выбрать?

Асинхронный или коллекторный? Синхронный или асинхронный? Сказать однозначно, что определенный тип двигателя лучше, точно нельзя. В пользу асинхронных моделей говорят их следующие преимущества.

Тем не менее, у асинхроников есть недостатки. А именно:

Тем не менее, все перечисленные недостатки можно устранить, если питать асинхронный двигатель от статического частотного преобразователя. Кроме того, если соблюдать правила эксплуатации и не перегружать агрегаты, то они исправно прослужат длительный срок.

Но даже несмотря на то, что синхронные машины обладают довольно конкурентными преимуществами, большинство двигателей сегодня – именно асинхронные. Промышленность, сельское хозяйство, ЖКХ и многие другие отрасли используют именно их за счет высокого КПД. Но коэффициент полезного действия может значительно снижаться за счет таких параметров, как:

Другими факторами, от которых зависит КПД асинхронного электродвигателя, являются:

Как избежать снижения КПД?

Для этого используются:

Итак, асинхронный двигатель имеет довольно широкую область использования и применяется во многих хозяйственных и производственных сферах деятельности. У нас, в компании РУСЭЛТ, представлен широкий выбор электродвигателей данного типа, приобрести который вы можете по ценам, которые ощутимо выгоднее, чем у конкурентов.

Вам может быть интересно

Электродвигатель асинхронный А4-400Х-10У3

Электродвигатель асинхронный 2АОД-500/250-10/12 У1

Электродвигатель асинхронный ДАЗО4-400У-10

Электродвигатель взрывозащищенный ВАО7-450 M-6

§75.

Принцип действия асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного двигателя. Трехфазные асинхронные двигатели являются самыми распространенными электрическими двигателями и применяются для привода различных станков, насосов, вентиляторов, компрессоров, грузоподъемных механизмов, а также на э. п. с. переменного тока в качестве двигателей вспомогательных машин..

Асинхронный двигатель состоит из неподвижной части статора 1 (рис. 248, а), на котором расположены обмотка 2 статора, и вращающейся части — ротора 3 с обмоткой 4. Между ротором и статором имеется воздушный зазор, который для улучшения магнитной связи между обмотками делают по возможности малым. Обмотка 2 статора представляет собой трехфазную или в общем случае многофазную обмотку, катушки которой размещают равномерно вдоль окружности статора. Фазы этой обмотки А-Х, B-Y и C-Z размещены равномерно по окружности статора; они соединяются «звездой» (рис. 248,б) или «треугольником» и подключаются к сети трехфазного тока. Обмотку 4 размещают равно-

Рис. 248. Электромагнитная схема асинхронного двигателя (а), схема включения его обмоток (б) и пространственное распределение вращающего магнитного поля (в) в двухполюсной машине

мерно вдоль окружности ротора. При работе двигателя она замкнута накоротко.

При подключении обмотки статора к сети создается синусоидально распределенное вращающееся магнитное поле 5 (рис. 248, в). Оно индуцирует в обмотках статора и ротора э. д. с. e₁ и е₂. Под действием э. д.с. е₂ по проводникам ротора будет проходить электрический ток i₂. На рис. 248, а показано согласно правилу правой руки направление э. д. с. е₂, индуцированной в проводниках ротора при вращении магнитного потока Ф, по часовой стрелке (при этом проводники ротора перемещаются относительно потока Ф против часовой стрелки). Если ротор неподвижен или частота его вращения п меньше синхронной частоты n₁, активная составляющая тока ротора совпадает по фазе с индуцированной э. д. с. е₂, при этом условные обозначения (крестики и точки) показывают одновременно и направление активной составляющей тока i₂.

На проводники с током, расположенные в магнитном поле, действуют электромагнитные силы, направление которых определяется правилом левой руки. Суммарная сила F_рез, приложенная ко всем проводникам ротора, образует электромагнитный момент М, увлекающий ротор за вращающимся магнитным полем. Если этот момент достаточно велик, то ротор приходит во вращение и его установившаяся частота вращения соответствует равенству электромагнитного момента М тормозному, приложенному к валу от приводимого во вращение механизма и внутренних сил трения.

Э.д.с, индуцированная в проводниках обмотки ротора, зависит от частоты их пересечения вращающимся полем, т. е. от разности частот вращения магнитного поля n₁ и ротора n. Чем больше разность n₁— n, тем больше э. д. с. е₂. Следовательно, необходимым условием для возникновения в асинхронной машине электромагнитного вращающего момента является неравенство частот вращения n₁ и n. Только при этом условии в обмотке ротора индуцируется э. д. с. и возникает ток i и электромагнитный момент М. По этой причине машина называется асинхронной (ротор ее вращается несинхронно с полем). Иногда ее называют индукционной ввиду того, что ток в роторе возникает индуктивным путем, а не подается от какого-либо внешнего источника.

Для характеристики отставания частоты вращения ротора двигателя от частоты вращения магнитного поля служит скольжение, его выражают в относительных единицах или процентах:

s = (n₁— n) /n₁ или s = [(n₁— n) /n₁] 100% (81)

Если, например, четырехполюсный двигатель имеет s = 4%, то частота вращения его ротора равна 1440 об/мин (частота вращения поля при частоте 50 Гц составляет 1500 об/мин, а отставание ротора от частоты поля равно 4 % от 1500 об/мин, т. е. 60 об/мин). В двухполюсном двигателе при s = 4% частота вращения ротора составляет 2880 об/мин (3000—0,04*3000 = 2880).

Частота вращения ротора, выраженная через скольжение,

n = n₁(1 – s) (82)

По своей конструкции различают двигатели с фазным ротором (с контактными кольцами) и с короткозамкнутым ротором. Они имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются выполнением ротора. Пусковые свойства этих двигателей различны.

Асинхронные двигатели переменного тока | Как работают двигатели переменного тока

Асинхронные двигатели переменного тока | Как работают двигатели переменного тока — объясните это

Вы здесь:
Домашняя страница >
Электричество и электроника >
Асинхронные двигатели

• Дом
• индекс А-Я
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 28 июня 2021 г.

Вы знаете, как работают электродвигатели? Ответ, вероятно, да и нет! Хотя многие из нас узнали, как
основные моторные работы, из простых научных книг и веб-страниц, таких как эта, многие из
двигатели, которые мы используем каждый день — во всем, от заводских машин до
электрички — вообще так не работают. Что за книги
расскажите нам о простых двигателях постоянного тока (DC), которые имеют
петля из проволоки, вращающаяся между полюсами постоянного магнита; в реальной жизни,
большинство мощных двигателей используют переменный ток (AC) и
работают совершенно по-другому: это то, что мы называем индукционными
двигатели, и они весьма изобретательно используют вращающееся магнитное поле. Давайте посмотрим поближе!

Фото: Обычный асинхронный двигатель переменного тока со снятым корпусом и ротором, видны медные обмотки катушек, составляющих статор (статическая, неподвижная часть двигателя). Эти катушки предназначены для создания вращающегося магнитного поля, которое вращает ротор (подвижную часть двигателя) в пространстве между ними. Фото Дэвида Парсонса предоставлено Министерством энергетики США/NREL.

Содержание

1. Как работает обычный двигатель постоянного тока?
2. Как работает двигатель переменного тока?
3. Как работает асинхронный двигатель переменного тока?
4. Асинхронные двигатели на практике
5. Преимущества и недостатки асинхронных двигателей
6. Кто изобрел асинхронный двигатель?
7. Узнать больше

Как работает обычный двигатель постоянного тока?

Простые двигатели, описанные в научных книгах, основаны на
кусок проволоки, согнутый в прямоугольную петлю, которая подвешивается между
полюса магнита. (Физики назвали бы это
проводник с током, находящийся в магнитном поле.) Когда
вы подключаете такой провод к батарее, через него протекает постоянный ток, создавая вокруг него временное магнитное поле. Это временное поле
отталкивает исходное поле от постоянного магнита, в результате чего проволока
перевернуть. Обычно провод останавливается в этой точке, а затем снова переворачивается,
но если мы используем остроумное вращающееся соединение
называется коммутатором, мы можем менять направление тока каждый раз, когда
проволока переворачивается, и это означает, что проволока будет продолжать вращаться в
в том же направлении, пока течет ток. Это
Суть простого электродвигателя постоянного тока, который был задуман в
1820-е годы Майкла Фарадея и
превратилось в практическое изобретение о
десять лет спустя Уильям Стерджен. (Более подробную информацию вы найдете в нашей вводной статье об электродвигателях.)

Рисунок: Электродвигатель постоянного тока основан на петле из проволоки, вращающейся внутри фиксированного магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом. Коммутатор (разъемное кольцо) и щетки (угольные контакты коммутатора) меняют направление электрического тока каждый раз, когда провод переворачивается, благодаря чему он вращается в том же направлении.

Прежде чем мы перейдем к двигателям переменного тока, давайте быстро
обобщить, что здесь происходит. В двигателе постоянного тока магнит (и его
магнитное поле) фиксируется на месте и образует внешнюю, статическую часть
двигатель (статор), а катушка провода, несущая электрический
ток формирует вращающуюся часть двигателя
(ротор). Магнитное поле исходит от статора, который представляет собой
постоянным магнитом, пока вы подаете электроэнергию на катушку, которая
составляет ротор. Взаимодействие между постоянными магнитными
поле статора и временное магнитное поле, создаваемое ротором
что заставляет двигатель крутиться.

Рекламные ссылки

Как работает двигатель переменного тока?

В отличие от игрушек и фонариков, в большинстве домов, офисов,
заводы и другие здания не питаются от маленьких батареек:
они питаются не от постоянного тока, а от переменного
(AC), который меняет свое направление примерно 50 раз в секунду
(с частотой 50 Гц). Если вы хотите, чтобы двигатель работал от бытовой сети переменного тока,
вместо батареи постоянного тока нужна другая конструкция двигателя.

В двигателе переменного тока есть кольцо электромагнитов
расположены снаружи (составляя статор),
которые предназначены для создания вращающегося магнитного поля.
Внутри статора есть сплошная металлическая ось, проволочная петля,
катушка, беличья клетка из металлических стержней и межсоединений
(например, вращающиеся клетки, которые люди иногда развлекают домашними мышами),
или какая-либо другая свободно вращающаяся металлическая деталь, которая может проводить
электричество. В отличие от двигателя постоянного тока, где вы отправляете энергию на внутреннюю
ротор, в двигателе переменного тока вы отправляете мощность на внешние катушки, которые составляют
статор. Катушки запитываются попарно, последовательно,
создавая магнитное поле, которое вращается вокруг двигателя снаружи.

Фото: Статор создает магнитное поле с помощью плотно намотанных катушек из медной проволоки,
которые называются обмотками. Когда электродвигатель изнашивается или перегорает, один из вариантов — заменить его другим двигателем. Иногда проще заменить обмотки двигателя новым проводом — квалифицированная работа, называемая перемоткой, что и происходит здесь. Фото Сета Скарлетта любезно предоставлено
ВМС США.

Как это вращающееся поле заставляет двигатель двигаться? Помните, что ротор, подвешенный внутри
магнитное поле, является электрическим проводником. Магнитное поле постоянно меняется (потому что оно вращается), поэтому
согласно законам электромагнетизма (закону Фарадея, если быть точным), магнитное поле производит (или индуцирует, используя термин Фарадея) электрический ток внутри ротора. Если проводник представляет собой кольцо или проволоку, ток течет по нему по петле. Если проводник представляет собой просто цельный кусок металла, вокруг него закручиваются вихревые токи. В любом случае индуцированный ток производит свое
собственного магнитного поля и, согласно другому закону электромагнетизма
(закон Ленца) пытается остановить то, что его вызывает —
вращающееся магнитное поле — также вращением. (Вы можете думать о роторе
отчаянно пытаясь «догнать» вращающееся магнитное поле, чтобы устранить
разница в движении между ними.) Электромагнитная индукция является ключом к тому, почему такой двигатель вращается, и поэтому он называется асинхронным двигателем.

Фото: Эффективный асинхронный двигатель переменного тока. Фото Аль Пуэнте любезно предоставлено
НРЕЛ.

Как работает асинхронный двигатель переменного тока?

Вот небольшая анимация, чтобы подвести итог и, надеюсь, сделать все понятным:

1. Две пары катушек электромагнитов, показанные здесь красным и синим цветом, поочередно питаются от источника переменного тока (не показан, но входит в провода справа). Две красные катушки соединены последовательно и запитываются вместе, а две синие
   катушки подключены одинаково. Поскольку это переменный ток, ток в каждой катушке не включается и не выключается резко (как показано на этой анимации), а плавно возрастает и падает в форме синусоиды: когда красные катушки наиболее активны, синие катушки полностью неактивны, и наоборот. Другими словами, их токи не совпадают (90° не по фазе).
2. Когда катушки находятся под напряжением, магнитное поле, которое они создают между ними, индуцирует электрический ток в роторе. Этот ток создает собственное магнитное поле, которое пытается противодействовать тому, что его вызвало (магнитному полю внешних катушек). Взаимодействие между двумя полями заставляет ротор вращаться.
3. Поскольку магнитное поле чередуется между красной и синей катушками, оно эффективно вращается вокруг двигателя. Вращающееся магнитное поле заставляет ротор вращаться в том же направлении и (теоретически) почти с той же скоростью.

Асинхронные двигатели на практике

Что управляет скоростью двигателя переменного тока?

Фото: Частотно-регулируемый двигатель. Фото Уоррена Гретца предоставлено
НРЕЛ.

В синхронных двигателях переменного тока ротор вращается точно с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле; в асинхронном двигателе ротор всегда вращается с меньшей скоростью, чем поле, что делает его примером так называемого асинхронного двигателя переменного тока. Теоретическая скорость ротора асинхронного двигателя зависит от частоты сети переменного тока и количества витков, составляющих статор, и при отсутствии нагрузки на двигатель приближается к скорости вращающегося магнитного поля. На практике нагрузка на двигатель (что бы он ни приводил) также играет роль, замедляя ротор. Чем больше нагрузка, тем больше «скольжение» между скоростью вращающегося магнитного поля и фактической скоростью вращения ротора. Чтобы контролировать скорость двигателя переменного тока (заставить его работать быстрее или медленнее), вы должны увеличить или уменьшить частоту источника переменного тока, используя так называемый
частотно-регулируемый привод. Таким образом, когда вы регулируете скорость чего-то вроде фабричной машины, питаемой от асинхронного двигателя переменного тока, вы на самом деле управляете цепью, которая повышает или понижает частоту тока, приводящего в движение двигатель.

Что такое «фаза» двигателя переменного тока?

Мы не обязательно должны управлять ротором с четырьмя катушками (две противоположные пары), как показано здесь. Можно построить асинхронные двигатели с любым другим расположением катушек. Чем больше у вас катушек, тем плавнее будет работать двигатель. Количество отдельных электрических токов, питающих катушки независимо, не синхронно, известно как фаза двигателя, поэтому показанная выше конструкция представляет собой двухфазный двигатель (с двумя токами, питающими четыре катушки, которые работают не синхронно в двух парах). ). В трехфазном двигателе у нас может быть три катушки, расположенные вокруг статора треугольником, шесть равномерно расположенных катушек (три пары) или даже 12 катушек (три набора по четыре катушки) с одной, двумя или четырьмя катушками. включается и выключается одновременно тремя отдельными противофазными токами.

Анимация: трехфазный двигатель, работающий от трех токов (обозначен красным, зеленым и
синие пары катушек), сдвинутые по фазе на 120°.

Преимущества и недостатки асинхронных двигателей

Преимущества

Самым большим преимуществом асинхронных двигателей переменного тока является их простота. У них есть только одна движущаяся часть,
ротор, что делает их недорогими, тихими, долговечными и относительно безотказными. ОКРУГ КОЛУМБИЯ
двигатели, напротив, имеют коллектор и угольные щетки, которые изнашиваются
выходят из строя и время от времени нуждаются в замене. Трение между щетками и
коммутатор также делает двигатели постоянного тока относительно шумными (а иногда даже довольно вонючими).

Произведение искусства: Электродвигатели чрезвычайно эффективны, обычно они преобразуют около 85 процентов поступающей электроэнергии в полезную, исходящую механическую работу. Несмотря на это, внутри обмоток по-прежнему теряется довольно много энергии в виде тепла, поэтому двигатели могут сильно нагреваться. Большинство промышленных двигателей переменного тока имеют встроенную систему охлаждения. Внутри корпуса есть вентилятор, прикрепленный к валу ротора (на противоположном конце оси, приводящей в движение любую машину, к которой прикреплен двигатель), показанный здесь красным. Вентилятор всасывает воздух в мотор, обдувая его снаружи корпуса мимо ребер радиатора. Если вы когда-нибудь задумывались, почему у электродвигателей такие выступы снаружи (как вы можете видеть на верхнем фото на этой странице), то причина в том, что они охлаждают двигатель.

Недостатки

Поскольку скорость асинхронного двигателя зависит от частоты переменного тока, приводящего его в движение, он вращается с
постоянная скорость, если вы не используете частотно-регулируемый привод; скорость двигателей постоянного тока намного легче контролировать, просто повышая или понижая напряжение питания. Хотя асинхронные двигатели относительно просты, они могут быть довольно тяжелыми и громоздкими из-за их катушек. В отличие от двигателей постоянного тока, они не могут работать от батарей или любого другого источника постоянного тока (например, солнечных батарей) без использования инвертора (устройства, которое превращает постоянный ток в переменный). Это потому, что им нужно переменное магнитное поле, чтобы вращать ротор.

Кто изобрел асинхронный двигатель?

Работа: Оригинальный дизайн Николы Теслы для асинхронного двигателя переменного тока. Он работает точно так же, как анимация выше, с двумя синими и двумя красными катушками, попеременно питаемыми генератором справа. Это произведение искусства взято из оригинального патента Теслы, депонированного в Бюро по патентам и товарным знакам США, с которым вы можете ознакомиться самостоятельно в приведенных ниже ссылках.

Никола Тесла (1856–1943) был физиком.
и плодовитый изобретатель, чей удивительный вклад в науку и технику
никогда не были полностью признаны. После того, как он прибыл в Соединенные Штаты в возрасте 28 лет, он начал
работал на знаменитого пионера электротехники Томаса Эдисона. Но двое мужчин выпали
катастрофически и вскоре стали заклятыми соперниками. Тесла твердо верил
что переменный ток (AC) намного превосходит постоянный ток (DC),
в то время как Эдисон думал об обратном. Со своим партнером Джорджем
Вестингауз, Тесла защищали переменный ток, а Эдисон
полны решимости управлять миром в округе Колумбия и придумывали всевозможные
рекламные трюки, чтобы доказать, что переменный ток слишком опасен для широкого использования
(изобретение электрического стула, чтобы доказать, что переменный ток может быть смертельным, и
даже убить слона Топси электрическим током, чтобы показать, насколько это смертельно и жестоко). Битва между этими двумя
очень разные взгляды на электроэнергию иногда называют Войной токов.

Несмотря на все (или худшие) усилия Эдисона, Тесла победил, и теперь электричество переменного тока обеспечивает большую часть энергии.
мира. Во многом поэтому многие электродвигатели,
электроприборы в наших домах, фабриках и офисах работают на переменном токе.
асинхронные двигатели, работающие от вращающихся магнитных полей, которые Никола
Тесла разработал в 1880-х годах (его патент, показанный здесь, был выдан в мае 1888 года). итальянский физик по имени
Галилео Феррарис самостоятельно пришел к той же идее примерно в то же время, но история обошлась с ним еще более жестоко, чем
Тесла и его имя теперь почти забыты.

Узнать больше

На этом сайте

• Батарейки
• Вихретоковые тормоза (электромагнитные тормоза)
• Электричество
• Электродвигатели
• Двигатели
• Ступичные двигатели
• Линейные двигатели
• Шаговые двигатели

На других сайтах

• Электродвигатели и генераторы Джо Вульфа. На превосходном веб-сайте Physclips есть превосходная страница, на которой сравниваются различные типы двигателей постоянного и переменного тока с некоторыми действительно отличными анимациями.
• PBS: Tesla: Master of Lightning: отличный мини-сайт о Николе Тесле, его жизни и удивительных изобретениях.

Книги

Для читателей старшего возраста

• Электродвигатели и приводы: основы, типы и применение Остина Хьюза и Билла Друри, Newnes (Elsevier), 2013. Асинхронные двигатели рассматриваются в главах 5, 6 и 7.
• Волшебник: жизнь и времена Николы Теслы, Марк Дж. Сейфер, Кенсингтон, 2016 г.
• Тесла: Человек вне времени, Маргарет Чейни, Touchstone, 2011.

Для младших читателей

• Электричество для молодых мастеров: Веселые и легкие проекты «Сделай сам» Марка де Винка. Maker Media/O’Reilly, 2017. Отличное практическое введение в электричество, включая пару заданий, связанных с созданием электродвигателей с нуля. Возраст 9–12 лет.
• Эксперименты с электродвигателем, Эд Соби. Enslow, 2011. Это отличное общее введение в электродвигатели с большим количеством более широкого контекста науки и техники. Однако по очевидным практическим соображениям и соображениям безопасности основное внимание уделяется Двигатель постоянного тока только для проектов и лучше всего подходит для детей в возрасте 11–14 лет.
• Сила и энергия Криса Вудфорда. Facts on File, 2004. Одна из моих книг, посвященная истории человеческих усилий по использованию энергии с древних времен до наших дней. Возраст 10+.
• Никола Тесла: разработчик электроэнергии Криса Вудфорда, в книге «Изобретатели и изобретения», том 5. Нью-Йорк: Маршалл Кавендиш, 2008 г. Краткую биографию Теслы я написал несколько лет назад. На момент написания все это, кажется, было доступно в Интернете по этой ссылке на Google Книги. Возраст 9–12.

Патенты

Патенты предлагают более глубокие технические детали и собственное понимание изобретателем своей работы. Вот очень небольшая подборка многих патентов США, касающихся асинхронных двигателей.

• Патент США 381 968: Электромагнитный двигатель Николы Теслы, 1 мая 1888 г. Оригинальный патент на асинхронный двигатель переменного тока.
• Патент США 2 959 721: Многофазные асинхронные двигатели Томаса Х. Бартона и др., Lancashire Dynamo & Crypto Ltd, 8 ноября 1960 г. Асинхронный двигатель с улучшенным регулированием скорости.
• Патент США 4,311,932: Жидкостное охлаждение для асинхронных двигателей Раймонда Н. Олсона, Sundstrand Corporation, 19 января 1982 г. Эффективный метод жидкостного охлаждения двигателя без чрезмерного сопротивления жидкости вращающимся компонентам.
• Патент США 5,751,082: Асинхронный двигатель с высоким пусковым моментом, автор Umesh C. Gupta, Vickers, Inc., 12 мая 1998 г. Современный двигатель с высоким начальным крутящим моментом.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подпишитесь на нас

Оценить эту страницу

Пожалуйста, оцените или оставьте отзыв на этой странице, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2012/2020) Асинхронные двигатели. Получено с https://www.explainthatstuff.com/induction-motors.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем веб-сайте…

• Связь
• Компьютеры
• Электричество и электроника
• Энергия
• Машиностроение
• Окружающая среда
• Гаджеты
• Домашняя жизнь
• Материалы
• Наука
• Инструменты и инструменты
• Транспорт

↑ Вернуться к началу

Асинхронные двигатели переменного тока | Как работают двигатели переменного тока

Асинхронные двигатели переменного тока | Как работают двигатели переменного тока — объясните это

Вы здесь:
Домашняя страница >
Электричество и электроника >
Асинхронные двигатели

• Дом
• индекс А-Я
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 28 июня 2021 г.

Вы знаете, как работают электродвигатели? Ответ, вероятно, да и нет! Хотя многие из нас узнали, как
основные моторные работы, из простых научных книг и веб-страниц, таких как эта, многие из
двигатели, которые мы используем каждый день — во всем, от заводских машин до
электрички — вообще так не работают. Что за книги
расскажите нам о простых двигателях постоянного тока (DC), которые имеют
петля из проволоки, вращающаяся между полюсами постоянного магнита; в реальной жизни,
большинство мощных двигателей используют переменный ток (AC) и
работают совершенно по-другому: это то, что мы называем индукционными
двигатели, и они весьма изобретательно используют вращающееся магнитное поле. Давайте посмотрим поближе!

Фото: Обычный асинхронный двигатель переменного тока со снятым корпусом и ротором, видны медные обмотки катушек, составляющих статор (статическая, неподвижная часть двигателя). Эти катушки предназначены для создания вращающегося магнитного поля, которое вращает ротор (подвижную часть двигателя) в пространстве между ними. Фото Дэвида Парсонса предоставлено Министерством энергетики США/NREL.

Содержание

1. Как работает обычный двигатель постоянного тока?
2. Как работает двигатель переменного тока?
3. Как работает асинхронный двигатель переменного тока?
4. Асинхронные двигатели на практике
5. Преимущества и недостатки асинхронных двигателей
6. Кто изобрел асинхронный двигатель?
7. Узнать больше

Как работает обычный двигатель постоянного тока?

Простые двигатели, описанные в научных книгах, основаны на
кусок проволоки, согнутый в прямоугольную петлю, которая подвешивается между
полюса магнита. (Физики назвали бы это
проводник с током, находящийся в магнитном поле.) Когда
вы подключаете такой провод к батарее, через него протекает постоянный ток, создавая вокруг него временное магнитное поле. Это временное поле
отталкивает исходное поле от постоянного магнита, в результате чего проволока
перевернуть. Обычно провод останавливается в этой точке, а затем снова переворачивается,
но если мы используем остроумное вращающееся соединение
называется коммутатором, мы можем менять направление тока каждый раз, когда
проволока переворачивается, и это означает, что проволока будет продолжать вращаться в
в том же направлении, пока течет ток. Это
Суть простого электродвигателя постоянного тока, который был задуман в
1820-е годы Майкла Фарадея и
превратилось в практическое изобретение о
десять лет спустя Уильям Стерджен. (Более подробную информацию вы найдете в нашей вводной статье об электродвигателях.)

Рисунок: Электродвигатель постоянного тока основан на петле из проволоки, вращающейся внутри фиксированного магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом. Коммутатор (разъемное кольцо) и щетки (угольные контакты коммутатора) меняют направление электрического тока каждый раз, когда провод переворачивается, благодаря чему он вращается в том же направлении.

Прежде чем мы перейдем к двигателям переменного тока, давайте быстро
обобщить, что здесь происходит. В двигателе постоянного тока магнит (и его
магнитное поле) фиксируется на месте и образует внешнюю, статическую часть
двигатель (статор), а катушка провода, несущая электрический
ток формирует вращающуюся часть двигателя
(ротор). Магнитное поле исходит от статора, который представляет собой
постоянным магнитом, пока вы подаете электроэнергию на катушку, которая
составляет ротор. Взаимодействие между постоянными магнитными
поле статора и временное магнитное поле, создаваемое ротором
что заставляет двигатель крутиться.

Рекламные ссылки

Как работает двигатель переменного тока?

В отличие от игрушек и фонариков, в большинстве домов, офисов,
заводы и другие здания не питаются от маленьких батареек:
они питаются не от постоянного тока, а от переменного
(AC), который меняет свое направление примерно 50 раз в секунду
(с частотой 50 Гц). Если вы хотите, чтобы двигатель работал от бытовой сети переменного тока,
вместо батареи постоянного тока нужна другая конструкция двигателя.

В двигателе переменного тока есть кольцо электромагнитов
расположены снаружи (составляя статор),
которые предназначены для создания вращающегося магнитного поля.
Внутри статора есть сплошная металлическая ось, проволочная петля,
катушка, беличья клетка из металлических стержней и межсоединений
(например, вращающиеся клетки, которые люди иногда развлекают домашними мышами),
или какая-либо другая свободно вращающаяся металлическая деталь, которая может проводить
электричество. В отличие от двигателя постоянного тока, где вы отправляете энергию на внутреннюю
ротор, в двигателе переменного тока вы отправляете мощность на внешние катушки, которые составляют
статор. Катушки запитываются попарно, последовательно,
создавая магнитное поле, которое вращается вокруг двигателя снаружи.

Фото: Статор создает магнитное поле с помощью плотно намотанных катушек из медной проволоки,
которые называются обмотками. Когда электродвигатель изнашивается или перегорает, один из вариантов — заменить его другим двигателем. Иногда проще заменить обмотки двигателя новым проводом — квалифицированная работа, называемая перемоткой, что и происходит здесь. Фото Сета Скарлетта любезно предоставлено
ВМС США.

Как это вращающееся поле заставляет двигатель двигаться? Помните, что ротор, подвешенный внутри
магнитное поле, является электрическим проводником. Магнитное поле постоянно меняется (потому что оно вращается), поэтому
согласно законам электромагнетизма (закону Фарадея, если быть точным), магнитное поле производит (или индуцирует, используя термин Фарадея) электрический ток внутри ротора. Если проводник представляет собой кольцо или проволоку, ток течет по нему по петле. Если проводник представляет собой просто цельный кусок металла, вокруг него закручиваются вихревые токи. В любом случае индуцированный ток производит свое
собственного магнитного поля и, согласно другому закону электромагнетизма
(закон Ленца) пытается остановить то, что его вызывает —
вращающееся магнитное поле — также вращением. (Вы можете думать о роторе
отчаянно пытаясь «догнать» вращающееся магнитное поле, чтобы устранить
разница в движении между ними.) Электромагнитная индукция является ключом к тому, почему такой двигатель вращается, и поэтому он называется асинхронным двигателем.

Фото: Эффективный асинхронный двигатель переменного тока. Фото Аль Пуэнте любезно предоставлено
НРЕЛ.

Как работает асинхронный двигатель переменного тока?

Вот небольшая анимация, чтобы подвести итог и, надеюсь, сделать все понятным:

1. Две пары катушек электромагнитов, показанные здесь красным и синим цветом, поочередно питаются от источника переменного тока (не показан, но входит в провода справа). Две красные катушки соединены последовательно и запитываются вместе, а две синие
   катушки подключены одинаково. Поскольку это переменный ток, ток в каждой катушке не включается и не выключается резко (как показано на этой анимации), а плавно возрастает и падает в форме синусоиды: когда красные катушки наиболее активны, синие катушки полностью неактивны, и наоборот. Другими словами, их токи не совпадают (90° не по фазе).
2. Когда катушки находятся под напряжением, магнитное поле, которое они создают между ними, индуцирует электрический ток в роторе. Этот ток создает собственное магнитное поле, которое пытается противодействовать тому, что его вызвало (магнитному полю внешних катушек). Взаимодействие между двумя полями заставляет ротор вращаться.
3. Поскольку магнитное поле чередуется между красной и синей катушками, оно эффективно вращается вокруг двигателя. Вращающееся магнитное поле заставляет ротор вращаться в том же направлении и (теоретически) почти с той же скоростью.

Асинхронные двигатели на практике

Что управляет скоростью двигателя переменного тока?

Фото: Частотно-регулируемый двигатель. Фото Уоррена Гретца предоставлено
НРЕЛ.

В синхронных двигателях переменного тока ротор вращается точно с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле; в асинхронном двигателе ротор всегда вращается с меньшей скоростью, чем поле, что делает его примером так называемого асинхронного двигателя переменного тока. Теоретическая скорость ротора асинхронного двигателя зависит от частоты сети переменного тока и количества витков, составляющих статор, и при отсутствии нагрузки на двигатель приближается к скорости вращающегося магнитного поля. На практике нагрузка на двигатель (что бы он ни приводил) также играет роль, замедляя ротор. Чем больше нагрузка, тем больше «скольжение» между скоростью вращающегося магнитного поля и фактической скоростью вращения ротора. Чтобы контролировать скорость двигателя переменного тока (заставить его работать быстрее или медленнее), вы должны увеличить или уменьшить частоту источника переменного тока, используя так называемый
частотно-регулируемый привод. Таким образом, когда вы регулируете скорость чего-то вроде фабричной машины, питаемой от асинхронного двигателя переменного тока, вы на самом деле управляете цепью, которая повышает или понижает частоту тока, приводящего в движение двигатель.

Что такое «фаза» двигателя переменного тока?

Мы не обязательно должны управлять ротором с четырьмя катушками (две противоположные пары), как показано здесь. Можно построить асинхронные двигатели с любым другим расположением катушек. Чем больше у вас катушек, тем плавнее будет работать двигатель. Количество отдельных электрических токов, питающих катушки независимо, не синхронно, известно как фаза двигателя, поэтому показанная выше конструкция представляет собой двухфазный двигатель (с двумя токами, питающими четыре катушки, которые работают не синхронно в двух парах). ). В трехфазном двигателе у нас может быть три катушки, расположенные вокруг статора треугольником, шесть равномерно расположенных катушек (три пары) или даже 12 катушек (три набора по четыре катушки) с одной, двумя или четырьмя катушками. включается и выключается одновременно тремя отдельными противофазными токами.

Анимация: трехфазный двигатель, работающий от трех токов (обозначен красным, зеленым и
синие пары катушек), сдвинутые по фазе на 120°.

Преимущества и недостатки асинхронных двигателей

Преимущества

Самым большим преимуществом асинхронных двигателей переменного тока является их простота. У них есть только одна движущаяся часть,
ротор, что делает их недорогими, тихими, долговечными и относительно безотказными. ОКРУГ КОЛУМБИЯ
двигатели, напротив, имеют коллектор и угольные щетки, которые изнашиваются
выходят из строя и время от времени нуждаются в замене. Трение между щетками и
коммутатор также делает двигатели постоянного тока относительно шумными (а иногда даже довольно вонючими).

Произведение искусства: Электродвигатели чрезвычайно эффективны, обычно они преобразуют около 85 процентов поступающей электроэнергии в полезную, исходящую механическую работу. Несмотря на это, внутри обмоток по-прежнему теряется довольно много энергии в виде тепла, поэтому двигатели могут сильно нагреваться. Большинство промышленных двигателей переменного тока имеют встроенную систему охлаждения. Внутри корпуса есть вентилятор, прикрепленный к валу ротора (на противоположном конце оси, приводящей в движение любую машину, к которой прикреплен двигатель), показанный здесь красным. Вентилятор всасывает воздух в мотор, обдувая его снаружи корпуса мимо ребер радиатора. Если вы когда-нибудь задумывались, почему у электродвигателей такие выступы снаружи (как вы можете видеть на верхнем фото на этой странице), то причина в том, что они охлаждают двигатель.

Недостатки

Поскольку скорость асинхронного двигателя зависит от частоты переменного тока, приводящего его в движение, он вращается с
постоянная скорость, если вы не используете частотно-регулируемый привод; скорость двигателей постоянного тока намного легче контролировать, просто повышая или понижая напряжение питания. Хотя асинхронные двигатели относительно просты, они могут быть довольно тяжелыми и громоздкими из-за их катушек. В отличие от двигателей постоянного тока, они не могут работать от батарей или любого другого источника постоянного тока (например, солнечных батарей) без использования инвертора (устройства, которое превращает постоянный ток в переменный). Это потому, что им нужно переменное магнитное поле, чтобы вращать ротор.

Кто изобрел асинхронный двигатель?

Работа: Оригинальный дизайн Николы Теслы для асинхронного двигателя переменного тока. Он работает точно так же, как анимация выше, с двумя синими и двумя красными катушками, попеременно питаемыми генератором справа. Это произведение искусства взято из оригинального патента Теслы, депонированного в Бюро по патентам и товарным знакам США, с которым вы можете ознакомиться самостоятельно в приведенных ниже ссылках.

Никола Тесла (1856–1943) был физиком.
и плодовитый изобретатель, чей удивительный вклад в науку и технику
никогда не были полностью признаны. После того, как он прибыл в Соединенные Штаты в возрасте 28 лет, он начал
работал на знаменитого пионера электротехники Томаса Эдисона. Но двое мужчин выпали
катастрофически и вскоре стали заклятыми соперниками. Тесла твердо верил
что переменный ток (AC) намного превосходит постоянный ток (DC),
в то время как Эдисон думал об обратном. Со своим партнером Джорджем
Вестингауз, Тесла защищали переменный ток, а Эдисон
полны решимости управлять миром в округе Колумбия и придумывали всевозможные
рекламные трюки, чтобы доказать, что переменный ток слишком опасен для широкого использования
(изобретение электрического стула, чтобы доказать, что переменный ток может быть смертельным, и
даже убить слона Топси электрическим током, чтобы показать, насколько это смертельно и жестоко). Битва между этими двумя
очень разные взгляды на электроэнергию иногда называют Войной токов.

Несмотря на все (или худшие) усилия Эдисона, Тесла победил, и теперь электричество переменного тока обеспечивает большую часть энергии.
мира. Во многом поэтому многие электродвигатели,
электроприборы в наших домах, фабриках и офисах работают на переменном токе.
асинхронные двигатели, работающие от вращающихся магнитных полей, которые Никола
Тесла разработал в 1880-х годах (его патент, показанный здесь, был выдан в мае 1888 года). итальянский физик по имени
Галилео Феррарис самостоятельно пришел к той же идее примерно в то же время, но история обошлась с ним еще более жестоко, чем
Тесла и его имя теперь почти забыты.

Узнать больше

На этом сайте

• Батарейки
• Вихретоковые тормоза (электромагнитные тормоза)
• Электричество
• Электродвигатели
• Двигатели
• Ступичные двигатели
• Линейные двигатели
• Шаговые двигатели

На других сайтах

• Электродвигатели и генераторы Джо Вульфа. На превосходном веб-сайте Physclips есть превосходная страница, на которой сравниваются различные типы двигателей постоянного и переменного тока с некоторыми действительно отличными анимациями.
• PBS: Tesla: Master of Lightning: отличный мини-сайт о Николе Тесле, его жизни и удивительных изобретениях.

Книги

Для читателей старшего возраста

• Электродвигатели и приводы: основы, типы и применение Остина Хьюза и Билла Друри, Newnes (Elsevier), 2013. Асинхронные двигатели рассматриваются в главах 5, 6 и 7.
• Волшебник: жизнь и времена Николы Теслы, Марк Дж. Сейфер, Кенсингтон, 2016 г.
• Тесла: Человек вне времени, Маргарет Чейни, Touchstone, 2011.

Для младших читателей

• Электричество для молодых мастеров: Веселые и легкие проекты «Сделай сам» Марка де Винка. Maker Media/O’Reilly, 2017. Отличное практическое введение в электричество, включая пару заданий, связанных с созданием электродвигателей с нуля. Возраст 9–12 лет.
• Эксперименты с электродвигателем, Эд Соби. Enslow, 2011. Это отличное общее введение в электродвигатели с большим количеством более широкого контекста науки и техники. Однако по очевидным практическим соображениям и соображениям безопасности основное внимание уделяется Двигатель постоянного тока только для проектов и лучше всего подходит для детей в возрасте 11–14 лет.
• Сила и энергия Криса Вудфорда. Facts on File, 2004. Одна из моих книг, посвященная истории человеческих усилий по использованию энергии с древних времен до наших дней. Возраст 10+.
• Никола Тесла: разработчик электроэнергии Криса Вудфорда, в книге «Изобретатели и изобретения», том 5. Нью-Йорк: Маршалл Кавендиш, 2008 г. Краткую биографию Теслы я написал несколько лет назад. На момент написания все это, кажется, было доступно в Интернете по этой ссылке на Google Книги. Возраст 9–12.

Патенты

Патенты предлагают более глубокие технические детали и собственное понимание изобретателем своей работы. Вот очень небольшая подборка многих патентов США, касающихся асинхронных двигателей.

• Патент США 381 968: Электромагнитный двигатель Николы Теслы, 1 мая 1888 г. Оригинальный патент на асинхронный двигатель переменного тока.
• Патент США 2 959 721: Многофазные асинхронные двигатели Томаса Х. Бартона и др., Lancashire Dynamo & Crypto Ltd, 8 ноября 1960 г. Асинхронный двигатель с улучшенным регулированием скорости.
• Патент США 4,311,932: Жидкостное охлаждение для асинхронных двигателей Раймонда Н. Олсона, Sundstrand Corporation, 19 января 1982 г. Эффективный метод жидкостного охлаждения двигателя без чрезмерного сопротивления жидкости вращающимся компонентам.
• Патент США 5,751,082: Асинхронный двигатель с высоким пусковым моментом, автор Umesh C. Gupta, Vickers, Inc., 12 мая 1998 г. Современный двигатель с высоким начальным крутящим моментом.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.