Асинхронные двигатели

Эта статья по Асинхронным двигателям .Методы подключения расчет.

Асинхронный электродвигатель, электрическая асинхронная машина для преобразования электрической энергии в механическую. Принцип работы А. э. основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля, возникающего при прохождении трёхфазного переменного тока по обмоткам обмоткам статора, с током, индуктированным полем статора в обмотках ротора, в результате чего возникают механические усилия, заставляющие ротор вращаться в сторону вращения магнитного поля при условии, что частота вращения ротора n меньше частоты вращения поля n₁ .Т. о., ротор совершает асинхронное вращение по отношению к полю.

Впервые явление, названное магнетизмом вращения, продемонстрировал французский физик Д. Ф. Араго (1824). Он показал, что укрепленный на вертикальной оси медный диск начинает вращаться, если вращать над ним постоянный магнит. Спустя 55 лет, 28 июня 1879, английский учёный У. Бейли получил вращение магнитного поля поочерёдным подключением обмоток 4 стержневых электромагнитов к источнику постоянного тока. В работах М. Депре (Франция, 1880—1883), И. Томсона (США, 1887) и др. описываются устройства, основанные также на свойствах вращающегося магнитного поля. Однако строгое научное изложение сущности этого явления впервые, практически одновременно и независимо друг от друга, было дано в 1888 итальянским физиком Г. Феррарисом и хорватским инженером и учёным Н. Тесла.

Двухфазный А. э. был изобретён Н. Тесла в 1887 (английский патент № 6481), публичное сообщение об этом изобретении он сделал в 1888. Распространения этот тип А. э. не получил главным образом из-за плохих пусковых характеристик. В 1889 М. О. Доливо-Добровольский испытал сконструированный им первый в мире трёхфазный А. э., в котором применил ротор типа «беличье колесо» (германский патент № 51083), а обмотку статора разместил в пазах по всей окружности статора. В 1890 Доливо-Добровольский изобрёл фазный ротор с кольцами и пусковыми устройствами (патенты английский № 20425 и германский № 75361). Через 2 года им же была предложена конструкция ротора, названная «двойной беличьей клеткой», которую, однако, стали широко применять только с 1898 благодаря работам французского инженера П. Бушеро, представившего А. э. с таким ротором, как двигатель со специальными пусковыми характеристиками.

Конструктивное оформление А. э., их мощность и габариты зависят от назначения и условий работы.

Например, двигатели с воздушным и водяным охлаждением (общего применения); герметичные, маслонаполненные (для электробуров) и взрывобезопасные (для работы в шахтах, взрывоопасных помещениях и др.); пыле-, брызгозащищённые (для применения в морских условиях и тропическом климате) и т. д. Некоторые виды А. э. (например, шаговые, для следящих систем, схем автоматики и телемеханики, со ступенчатой регулировкой скорости и пр.) разрабатываются и выпускаются комплектно с блоками управления и пускозащитной аппаратурой, с встроенными редукторами. Трёхфазные А. э. сравнительно с однофазными обладают лучшими пусковыми и рабочими характеристиками. Основные конструктивные элементы А. э.: статор — неподвижная часть (рис.1 а) и ротор — вращающаяся часть (рис.1 б, в). В соответствии со способом выполнения роторной обмотки А. э. делятся на двигатели с контактными кольцами и короткозамкнутые. Воздушный зазор между статором и ротором у А. э. делается по возможности малым (до 0,25 мм). Частота вращения ротора А. э. зависит от частоты вращения магнитного поля статора и определяется частотой питающего тока и числом пар полюсов двигателя.

Рис.1


При пуске А. э. с короткозамкнутым ротором возникает пусковой ток, сила которого превышает силу номинального тока в 4—7 раз. Поэтому прямое включение в сеть применяется только для двигателей мощностью до 200 квт. Более мощные А. э. с короткозамкнутым ротором включают сперва на пониженное напряжение, чтобы сила пускового тока снизилась в 3—4 раза. С этой же целью применяют пуск А. э. через автотрансформатор, включенный на время пуска последовательно с обмоткой статора. Силу пускового тока двигателей с фазным ротором ограничивают пусковым сопротивлением в цепи ротора, которое в процессе разбега ротора постепенно уменьшают. После запуска А. э. обмотку ротора замыкают накоротко. Для уменьшения потерь на трение и износа щёток их обычно поднимают щёткоподъёмным приспособлением, которое перед этим замыкает накоротко обмотку ротора через кольца.

Частоту вращения А. э. регулируют в основном изменением числа пар полюсов, сопротивления, включенного в цепь ротора, изменением частоты питающего тока, а также каскадным включением нескольких машин. Направление вращения А. э. изменяют переключением любых двух фаз обмотки статора.

А. э. благодаря простоте в производстве и надёжности в эксплуатации широко применяют в электрическом приводе. Основные недостатки А. э. — ограниченный диапазон регулирования частоты вращения и значительное потребление реактивной мощности в режиме малых нагрузок. Создание регулируемых статических полупроводниковых преобразователей частоты существенно расширяет область применения А. э. в автоматических регулируемых электроприводах.

Конденсаторный асинхронный двигатель

1) асинхронный электродвигатель, питаемый от однофазной сети и имеющий на статоре две обмотки, одна из которых включается в сеть непосредственно, а другая — последовательно с электрическим конденсатором для образования вращающегося магнитного поля. Конденсаторы создают сдвиг фаз между токами обмоток, оси которых сдвинуты в пространстве. Наибольший вращающий момент развивается, когда сдвиг фаз токов составляет 90°, а их амплитуды подобраны так, что вращающееся поле становится круговым. При пуске К. а. д. оба конденсатора включены, а после его разгона один из конденсаторов отключают; это обусловлено тем, что при номинальной частоте вращения требуется значительно меньшая емкость, чем при пуске. К. а. д. по пусковым и рабочим характеристикам близок к трёхфазному асинхронному двигателю. Применяется в электроприводах малой мощности; при мощностях свыше 1 квт используется редко вследствие значительной стоимости и размеров конденсаторов.

2) Трёхфазный асинхронный электродвигатель, включаемый через конденсатор в однофазную сеть. Рабочая ёмкость конденсатора для 3-фазного двигателя определяется по формуле С_р = 2800  (мкф), если обмотки соединены по схеме «звезда», или С_р = 4800  (мкф), если обмотки соединены по схеме «треугольник». Ёмкость пускового конденсатора С_п=(2,5 — 3)×С_р. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше напряжения сети; конденсаторы устанавливаются обязательно бумажные.

Рис 2. Схема (а) и векторная диаграмма (б) конденсаторного асинхронного двигателя: U, U_Б, U_C — напряжения; I_A, I_Б — токи; А и Б — обмотки статора; В — центробежный выключатель для отключения С₁ после разгона двигателя; C₁ и C₂ — конденсаторы.


Рис 3. Схема включения в однофазную сеть трёхфазного асинхронного двигателя с обмотками статора, соединёнными по схеме «звезда» (а) или «треугольник» (б): B₁ Переключатель направления вращения (реверс), В₂ — Выключатель пусковой ёмкости; С_р — рабочий конденсатор; C_п — пусковой конденсатор; АД — асинхронный электродвигатель.