Параметры трехфазного асинхронного двигателя

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют собой графически выраженные зависимости частоты вращения n2, КПД η, полезного момента (момента на валу) М2, коэффициента мощности cos φ, и тока статора I1 от полезной мощности Р2 при U1 = const f1 = const.

Скоростная характеристика n2 = f(P2). Частота вращения ротора асинхронного двигателя n2 = n1(1 — s).

Скольжение s = Pэ2/Pэм, т. е. скольжение асинхронного двигателя, а следовательно, и его частота вращения определяются отношением электрических потерь в роторе к электромагнитной мощности. Пренебрегая электрическими потерями в роторе в режиме холостого хода, можно принять Рэ2 = 0, а поэтому s ≈ 0 и n20 ≈ n1.

По мере увеличения нагрузки на валу асинхронного двигателя отношение s = Pэ2/Pэм растет, достигая значений 0,01 — 0,08 при номинальной нагрузке. В соответствии с этим зависимость n2 = f(P2) представляет собой кривую, слабо наклоненную к оси абсцисс. Однако при увеличении активного сопротивления ротора двигателя r2′ угол наклона этой кривой увеличивается. В этом случае изменения частоты асинхронного двигателя n2 при колебаниях нагрузки Р2 возрастают. Объясняется это тем, что с увеличением r2′ возрастают электрические потери в роторе.

Рис. 1. Рабочие характеристики асинхронного двигателя двигателя

Зависимость М2 =f(P2). Зависимость полезного момента на валу асинхронного двигателя М2 от полезной мощности Р2 определяется выражением M2 = Р2/ ω2 = 60 P2/ (2πn2) = 9,55Р2/ n2,

где Р2 — полезная мощность, Вт; ω2 = 2πf 2/ 60 — угловая частота вращения ротора.

Из этого выражения следует, что если n2 = const, то график М2 =f2(Р2) представляет собой прямую линию. Но в асинхронном двигателе с увеличением нагрузки Р2 частота вращения ротора уменьшается, а поэтому полезный момент на валу М2 с увеличением нагрузки возрастает не сколько быстрее нагрузки, а следовательно, график М2 =f (P2) имеет криволинейный вид.

Зависимость cos φ1 = f (P2). В связи с тем что ток статора асинхронного двигателя I1 имеет реактивную (индуктивную) составляющую, необходимую для создания магнитного поля в статоре, коэффициент мощности асинхронных двигателей меньше единицы. Наименьшее значение коэффициента мощности соответствует режиму холостого хода. Объясняется это тем, что ток холостого хода электродвигателя I0 при любой нагрузке остается практически неизменным. Поэтому при малых нагрузках двигателя ток статора невелик и в значительной части является реактивным (I1 ≈ I0). В результате сдвиг по фазе тока статора относительно напряжения получается значительным (φ1 ≈ φ0), лишь немногим меньше 90° (рис. 2).

Коэффициент мощности асинхронных двигателей в режиме холостого хода обычно не превышает 0,2. При увеличении нагрузки на валу двигателя растет активная составляющая тока I1 и коэффициент мощности возрастает, достигая наибольшего значения (0,80 — 0,90) при нагрузке, близкой к номинальной. Дальнейшее увеличение нагрузки на валу двигателя сопровождается уменьшением cos φ1 что объясняется возрастанием индуктивного сопротивления ротора (x2s) за счет увеличения скольжения, а следовательно, и частоты тока в роторе.

В целях повышения коэффициента мощности асинхронных двигателей чрезвычайно важно, чтобы двигатель работал всегда или по крайней мере значительную часть времени с нагрузкой, близкой к номинальной. Это можно обеспечить лишь при правильном выборе мощности двигателя. Если же двигатель работает значительную часть времени недогруженным, то для повышения cos φ1, целесообразно подводимое к двигателю напряжение U1 уменьшить. Например, в двигателях, работающих при соединении обмотки статора треугольником, это можно сделать пересоединив обмотки статора в звезду, что вызовет уменьшение фазного напряжения в раз. При этом магнитный поток статора, а следовательно, и намагничивающий ток уменьшаются примерно в раз. Кроме того, активная составляющая тока статора несколько увеличивается. Все это способствует повышению коэффициента мощности двигателя.

На рис. 3 представлены графики зависимости cos φ1, асинхронного двигателя от нагрузки при соединении обмоток статора звездой (кривая 1) и треугольником (кривая 2).

Рис. 3. Зависимость cos φ1,от нагрузки при соединении обмотки статора двигателя звездой (1) и треугольником (2)

Параметры асинхронного двигателя

Для того чтобы определить возможности и способ применения асинхронного двигателя, необходимо знать его характеристики. Полный список параметров можно найти в справочнике, каталоге или обратиться на завод изготовитель. Наиболее важные данные приводятся в паспорте двигателя. Паспорт, часто его называют «шильдик», двигателя представляет собой небольшую металлическую табличку, прикрепленную к корпусу двигателя.

Номинальные параметры двигателя это параметры, которые двигатель сможет выдерживать в течении всего срока эксплуатации. К номинальным (паспортным) данным двигателя относятся:

• Мощность на валу или механическая Рн;
• Напряжение обмотки статора Uн;
• Ток статора Iн;
• Частота напряжения сети fн;
• Частота или скорость вращения ротора nн, об/мин;
• Номинальный КПД ηн;
• Коэффициент мощности cos φн;

В паспорте АД обычно приводят два значения напряжения, например 380/220 В. Меньшее значение напряжения (220 В) это фазное напряжение обмотки статора. Большее значение напряжения относится к соединению обмотки статора в звезду, меньшее в треугольник. Соответственно указывают два значения тока статора. В каталогах приводят также:

• Кратность пускового тока Iп/Iн;
• Кратность пускового момента μп= Мп/Мн;
• Кратность максимального момента μм = Mм/Мн;

Кратность максимального момента называется перегрузочной способностью двигателя. Для АД с фазным ротором указывают на паспорте также напряжение между контактными кольцами при разомкнутой обмотке ротора U2н и номинальный ток в обмотке ротора I2н. Величина, характеризующая степень отставания скорости вращения ротора АД n от синхронной скорости n1 называется скольжением.

Скольжение иногда выражают в процентах:

Скорость вращения ротора, об/мин:

Номинальной скорости вращения двигателя nн соответствует номинальное скольжение Sн, которое составляет несколько процентов. Следовательно, скорость вращения ротора в номинальном режиме весьма близка к синхронной. Приведем для примера соотношения синхронной и номинальных скоростей серийных двигателей n1/n : 3000/2970, 1500/1460, 1000/970 и т.д. Частота электродвижущей силы ЭДС, наведенной в роторе, и тока ротора, Гц:

Если обмотки статора и ротора имеют соответственно числа витков W1, и W2 и обмоточные коэффициенты K1, и K2, то для ЭДС получим следующие соотношения:

для ЭДС, наведенной в обмотке статора, В:

для ЭДС, наведенной в обмотке ротора в момент пуска, В:

для ЭДС, наведенной в обмотке ротора при его вращении, В:

Как видно из последнего соотношения, чем выше скорость вращения ротора (т.е. чем меньше скольжение), тем меньше ЭДС, наводимая в его обмотке. И напротив, наибольшая ЭДС наводится в роторе в момент пуска, когда ротор еще неподвижен, а скольжение равно 1. Этому режиму соответствует пусковой ток, который превышает номинальный ток серийных АД в 5-7 раз.

Двигатель, подключенный к сети, потребляет из нее активную и реактивную мощности. Активная мощность идет на создание полезной механической мощности на валу и покрытие потерь в двигателе: на нагрев обмоток, потери в стали, механические потери.

Активная мощность двигателя, Вт:

Механическая мощность на валу двигателя, Вт:

Где М — вращающий момент двигателя.

Реактивная мощность двигателя идет на намагничивание машины или создание вращающегося магнитного поля, вар:

Технические характеристики трехфазных электродвигателей

Технические характеристики электродвигателей

Технические характеристики, они же паспортные данные электродвигателя — это характеристики которые указываются заводом-изготовителем на шильдочке прикрепляемой к корпусу электродвигателя.

В случае если шильдик с паспортными данными не сохранился характеристики электродвигателя можно определить расчетным путем.

Шильдик с характеристиками (паспортными данными) электродвигателя:

И так, какую же информацию мы видим на шильдике электродвигателя? Разберем каждый параметр в отдельности:

Сначала указывается тип, марка и заводской номер электродвигателя, на этом мы останавливаться не будем. Далее по пунктам:

3Ф — трехфазный электродвигатель.

— переменный ток сети.

1. Класс внутренней защиты корпуса, в нашем случае IP54 — пылезащищенный корпус с защитой от водяных брызг. Подробнее о том как расшифровывать Коды классов внутренней защиты вы можете прочитать в этой статье.
2. Класс изоляции обмоток электродвигателя — показывает до каких температур может нагреваться электродвигатель в процессе работы без вреда для изоляции его обмоток.

Всего есть семь классов изоляции по нагревостойкости:

2. Таблица технических характеристик электродвигателей аир

Ниже представлены технические характеристики асинхронных электродвигателей серии АИР, кроме того вы можете самостоятельно произвести расчет характеристик электродвигателя с помощью онлайн калькулятора.

ПРИМЕЧАНИЕ: Пусковой ток электродвигателя рассчитывается путем умножения номинального тока (тока статора) на кратность пускового тока:

Приведенные в таблице данные электродвигателей могут немного отличаться в зависимости от производителя электродвигателя и года выпуска.

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

Расчет параметров трехфазного асинхронного двигателя

Трехфазный асинхронный двигатель с коротко-замкнутым ротором серии 4А имеет технические данные, при­веденные в табл. 4. Определить высоту оси вращения h, число полюсов 2р, скольжение при номинальной нагрузке s_HM, момент на валу М_ном, начальный пусковой М_п и максимальный

М _max момен­ты, номинальный и пусковой токи I_HM и I_п в питающей сети при соединении обмоток статора звездой и треугольником.

Асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором марки А02-82-6 имеет следующие паспортные данные: напряжение
U=220 /380 В, номинальная мощность Р₂ = 40 кВт, частота вращения п₂=980 об/мин, КПД η=91,5%, коэффициент мощности cos φ=0,91, кратность пу­скового тока К_I = 5, кратность пускового момента K_M = l,l, перегрузочная способность двигателя λ= 1,8. Определить число пар полюсов, номинальное сколь­жение, номинальные максимальный и пусковой вра­щающие моменты, номинальный и пусковой токи двигателя при соединении обмотки статора в «тре­угольник» и «звезду». Возможен ли пуск нагружен­ного двигателя, если подводимое напряжение на 10% ниже номинального и пуск производится переключением обмоток статора со «звезды» на «треугольник» от сети с напряжением U=220. В?

Решение. Для определения числа пар полюсов можно воспользоваться маркировкой двигателя, ча­стотой вращения магнитного поля или ротора.

Если известна маркировка, то последнее число в марке двигателя означает количество полюсов. В данном двигателе шесть полюсов; следовательно, три пары. При известной частоте вращения магнит­ного поля число пар полюсов определяем по формуле

По этой же формуле определяем число пар полюсов, если задана частота вращения ротора, но в этом случае получаемый результат округляем до ближайшего целого числа. Например, для заданных условий р = 60//п₂ = 3000/980 = 3,06; отбросив сотые доли, получаем число пар полюсов двигателя—3.

Частота вращения магнитного поля

Номинальное значение скольжения

Мощность, потребляемая двигателем,

Номинальный вращающий момент двигателя

М_max = λ*.М _ном = 1,8 • 389,8 = 701,6 Н • м.

Для определения фазных, линейных и пусковых токов (фазными являются токи в обмотках статора, линейными—токи в подводящих проводах) нужно учесть следующее: если двигатель рассчитан на работу от сети переменного тока с напряжением, 220/380 В, то это значит, что каждая фаза обмотки статора рассчитана на напряжение 220 В. Обмотку необходимо включить по схеме «треугольник», если в сети линейное напряжение U=220 В, и по схеме «звезда», если в сети линейное напряжение U=380 В.

Определяем фазный, линейный и пусковой токи при линейном напряжении U=220 В и соединении обмотки статора по схеме «треугольник».

Фазный ток в обмотке статора

Найдем значения фазных, линейных и пусковых токов, если обмотки статора включены по схеме «звезда» и подключены к сети с линейным напряже­нием U=38О В.

Значение фазного тока найдем из формулы мощ­ностей для линейных значений токов и напряжений

При соединении обмоток в «звезду» линейный ток

Из сопоставления фазных, линейных и пусковых токов при различных соединениях обмоток можно заметить, что фазные токи оказались практически одинаковыми, а линейные и пусковые — различными.

Для определения возможности пуска в ход двигате­ля, находящегося под номинальной нагрузкой и пони­женным напряжением, необходимо определить пуско­вой вращающий момент при пониженном напряжении.

В соответствии с формулой M=CU 2 вращающий момент двигателя пропорционален квадрату подво­димого напряжения. При понижении напряжения на 10% вращающий момент

M’=C U_ном = C<0,9U_HOM) 2 = 0,81 х М_аоы=0,81x 389,8 = 315,74 Н • м. Соответствен­но пусковой момент

М’_п =К_М* М’= 1,1*315,74 = 347,3 Н-м, что меньше тормозного момента на валу на 42,5 Н • м, т.е. пуск невозможен.

Для понижения пусковых токов часто пуск асинхронных двигателей осуществляют при понижен­ном напряжении. Двигатели, работающие при со­единении обмоток статора по схеме «треугольник», пускают без нагрузки путем переключения обмоток со «звезды» на «треугольник». Определить пусковой момент двигателя при данном виде пуска.

В момент пуска обмотки находятся под напряжени­ем

U_Ф = U_л/ = 220/1,73 = 127 В, что составляет 57,7% U_ном,

пусковой момент при переключении обмо­ток

М _п = C*U 2 = C (0,57U_HOM) 2 = 0_.33CU _ном =128,8 Н-м, т. е. в три раза меньше номинального значения.

Дата добавления: 2015-04-16 ; просмотров: 307 ; Нарушение авторских прав

Достоинства электродвигателей асинхронных трехфазных, технические характеристики, виды, особенности

Электродвигатель, работающий на переменном токе, использующий вращающееся магнитное поле, которое создается статором, называют асинхронным, если частота поля отличается от той, с которой вращается ротор. Широко распространены электродвигатели асинхронные трехфазные. Технические характеристики их важны для правильной эксплуатации. К ним относятся механические характеристики и рабочие. К первым относят зависимость частоты, с которой вращается ротор, от нагрузки. Зависимость между этими величинами обратно пропорциональная, т.е. чем нагрузка больше, тем частота меньше.

Асинхронные электродвигатели и их виды

При этом, как видно из графика, на промежутке от нуля до максимального значения, с увеличением нагрузки снижение частоты незначительно. О таком электродвигателе асинхронном говорят, что его механическая характеристика жесткая.

Электродвигатели асинхронные в изготовлении несложные и надежные, поэтому применяется широко.

Выделяют 3 вида асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором:

одно-, двух и трехфазные, а кроме них – асинхронные с фазным ротором.

Однофазные

У первого типа на статоре есть единственная обмотка, на которую поступает переменный ток. Для запуска двигателя асинхронного пользуются обмоткой статора дополнительной, подключаемой на короткое время к сети через емкость или индуктивность, или же замыкаемой накоротко, чтобы добиться начального сдвига фаз, нужного для того, чтобы привести ротор во вращение.

Без этого его не могло бы сдвинуть магнитное поле статора. У такого мотора, как у каждого асинхронного, ротор делают в виде цилиндрического сердечника с алюминиевыми залитыми пазами и лопастями для вентиляции. Подобный ротор, называемый «беличьей клеткой», называется короткозамкнутым.

Электродвигатели асинхронные устанавливают в приборах не требующих большой мощности, типа небольших насосов и вентиляторов.

Двухфазные

Второй тип, т.е. двухфазные – намного эффективнее. На статоре у них две обмотки, которые находятся перпендикулярно друг к другу. При этом на одну из них подают переменный ток, другую соединяют с фазосдвигающим конденсатором, благодаря которому создается магнитное вращающееся поле.

У них также есть короткозамкнутый ротор. Их область использования намного шире, в сравнении с первыми. Двухфазные машины, питающиеся от однофазной сети, называются конденсаторными, поскольку в них обязательно должен стоять фазосдвигающий конденсатор.

Трехфазные

У трехфазный имеется три обмотки на статоре, сдвиг между которыми составляет 120 градусов, поэтому и поля их смещаются на такую же величину при включении. Включив в переменную трехфазную сеть такой электродвигатель, замкнутый накоротко, вращение ротора происходит благодаря появляющемуся магнитному полю.

Обмотки соединяют по одной из схем — «треугольник» или «звезда». Но, у второго соединения напряжение выше, а указано оно на корпусе двумя величинами – 127/220 или же 220/380. Эти моторы незаменимы для работы лебедок, разнообразных станков, кранов подъемных, циркулярок.

Идентичный статор имеется у моторов с фазным ротором. Магнитный провод (шихтовый) уложен у них в пазы вместе с тремя обмотками. Но отсутствуют залитые стержни алюминиевые, но имеется полноценная обмотка, соединена которая «звездой». Три ее конца выводятся на контактные кольца, которые насаживают на роторный вал и изолируют от него.

1 — кожух и жалюзи;

3 – держатели щеток со щеточной траверсой;

4 — крепящий траверсу палец;

5 — выводы со щеток;

7 – изолирующая втулка;

8 и 26 – контактные кольца;

9 и 23- крышки наружная подшипника и внутренняя;

10 – шпилька, крепящая крышку подшипника к коробке;

11 – щит задний подшипника;

12 и 15- обмотки ротора;

13 – держатель обмотки;

14 — роторный сердечник;

16 и 17 — щит передний подшипника и его наружная крышка;

18 – отверстия для вентиляции;

20 — статорный сердечник;

21 — шпильки наружной крышки подшипника;

27 — выводы роторной обмотки

Подключить мотор можно напрямую или через реостат, подав посредством щеток переменное напряжение (трехфазное) на кольца. Последний относится к самому дорогому электродвигателю асинхронному трехфазному. Характеристики его, в частности пусковой момент, под нагрузкой намного большие, благодаря чему их ставят в устройствах, которые запускаются под нагрузкой: в лифтах, подъемных кранах и пр.

Как работает электродвигатель?

Распространены эти электродвигатели достаточно широко на производстве и в быту, поскольку по эффективности они превосходят моторы, работающие от двухфазной сети.

Если у электродвигателя присутствует статор – неподвижный узел, и подвижный ротор, разделенные прослойкой воздуха, т.е. механически не взаимодействующие, а частоты вращения ротора и магнитного поля не одинаковы, его называют асинхронным электродвигателем. Устройство и принцип работы описан ниже.

На статоре находятся три обмотки с магнитопроводом внутри. Сам статор набирается из пластин, изготовленных из электротехнической стали. Расположены они под углом 120 градусов по отношению друг к другу и закреплены в пазах неподвижного статора. Конструкция ротора опирается на подшипники. Для вентиляции предусмотрена крыльчатка.

Из-за того, что между частотой, с которой вращается ротор и магнитное поле, существует задержка, т.е. первый как бы догоняет поле, но сделать этого не может из-за меньшей частоты вращения, его называют асинхронным электродвигателем. Принцип работы заключается в индуцировании токов ротором, создающим свое поле, которое, в свою очередь, взаимодействует со статорным магнитным полем, заставляя двигаться ротор.

Скорость вращения вала можно изменять, используя регулятор скорости вращения асинхронного электродвигателя, т.е. метод изменения ее регулирования с помощью изменения фазного напряжения или с использованием широтно-импульсной модуляции.

В качестве регулятора скорости вращения электродвигателя использовать можно инвертор (регулятор-стабилизатор напряжения), который играть будет роль источника питания. Напряжение питания после регулятора изменяться будет в соответствие с частотой вращения.

Могут электродвигатели быть многоскоростными, т.е. предназначенные для механизмов, которым необходимо ступенчатое регулирование частоты вращения. В их маркировке присутствуют символы: АОЛ, АО2, 4А и др. Схема подключения есть в паспорте или приведена на клеммной коробке.

Рекомендуем:

Важной особенностью двухскоростных является возможность функционирования в двух режимах. Они маркируются (отечественные): АМХ, АД, АИР, 5АМ, АИРХМ. Чтобы подобрать импортный двигатель двухскоростной, нужно точно указать данные таблицы, имеющейся на корпусе.

Преимущества

Главным достоинством является:

• Простая конструкция электродвигателя, отсутствие изнашиваемых быстро деталей (нет коллекторной группы) и дополнительного трения (та же причина).
• Не нужны дополнительные преобразования для питания, поскольку оно осуществляется напрямую от сети трехфазной промышленной.
• Малое число деталей делает мотор весьма надежным.
• Срок службы у него внушительный.
• Он прост для обслуживания и ремонта.

Недостатки, конечно, тоже имеются.

К ним относятся:

• небольшой пусковой момент, из-за которого ограничена область его применения;
• значительные потребляемые токи запуска, порой превышающие в системе электроснабжения допустимые значения;
• большая потребляемая мощность реактивная, снижающая механическую мощность.

Схемы подключения

Есть два варианта подключения, обеспечивающие работу асинхронного электродвигателя — схема подключения «звезда» и «треугольник».

Звезда

Ее применяют для трехфазной цепи, у которой величина линейного напряжения составляет 380 вольт. Особенностью соединения звездой является то, что концы обмоток должны соединяться в одной точке: С4, С5 и С6 (U2, V2 и W2). Начала же обмоток: С1, С2 и С3 (U1, V1 и W1), подключаются к проводникам A, B и C (L1, L2 и L3) через коммутационную аппаратуру.

Напряжение между началами соответствует 380 вольтам, а в местах, где соединяются с обмотками фазные проводники – 220в.

Подключение асинхронного электродвигателя на 220 обозначается Y. Для защиты от перегрузок электродвигателя в точке соединения обмоток подключают нейтраль.

Подобное соединение, двигателю электрическому, который приспособлен к работе от 380 вольт, не позволяет достигать полной мощности, поскольку напряжение обмоток всего 220в. Но зато оно защищает от перегрузок по току, благодаря чему старт является плавным.

Взглянув в коробку с клеммами легко понять, по какой схеме выполнено подключение. Если присутствует перемычка, соединяющая 3 вывода, то используется «звезда».

Треугольник

Если концы обмоток соединены с началом предыдущих, значит это «треугольник».

По старой маркировке С4 соединяют с выводом С2, далее — С5 с С3, а С6 с С1. В новом варианте маркировки это выглядит так: соединяют U2 и V1, V2 и W1, W2 и U1. Величина напряжения между обмотками равно 380 в. Но, не требуется при этом соединение с нейтралью, или «рабочим нулем». Особенностью этого подключения являются большие значения пусковых токов, опасных для проводки.

В практике порой используют подключение комбинированное, т.е. во время запуска и разгона применяют «звезду», а «треугольник» используют в дальнейшем, т.е. рабочем режиме.

Определить, что для подключения применили схему «треугольник» поможет клеммная коробка, точнее три перемычки между клеммами.

О преобразовании энергии

Энергия, которую подают на статорные обмотки преобразуется асинхронным электродвигателем в энергию вращения ротора, т.е. механическую. Но величина мощности на выходе и входе – разные, поскольку часть ее теряется на вихревые токи и гистерезис, на трение и нагрев.

Она рассеивается в виде выделяемого тепла, поэтому и для охлаждения и нужен вентилятор. Тем не менее, кпд асинхронных электродвигателей в широком диапазоне нагрузок высок и достигает 90% и 96% для очень мощных.

Достоинства трехфазной системы

Основным достоинством трехфазных, если сравнивать с одно- и двухфазными моторами, считается экономичность. В этом случае, для передачи энергии имеется три провода, а относительный сдвиг токов в них равен 120 градусов. Значение амплитуд и частот с синусоидальным ЭДС одинаково на разных фазах.

Важно: при любом соединении, зависящем от напряжения, соединяться концы обмоток могут внутри мотора (три выходящих из него провода) или выводиться наружу (6 проводов).

Какие есть варианты исполнения электродвигателей?

Присутствие в маркировке буквы «У» говорит о том, что назначение электродвигателя – работа в умеренном климате, где годичные температуры находятся в диапазоне + 40 градусов – 40 градусов. Для тропического климата должна присутствовать в маркировке «Т».

Значит, работает мотор нормально в интервале температур от +50 до -10. Для морского климата в обозначении есть «ОМ», для всех районов, кроме очень холодных – «О» (+35 – 10 градусов). Наконец, для районов с очень холодным климатом – «УХЛ», что означает нормальное функционирование при температуре от плюс 40 до минус шестидесяти градусов.

Делятся электродвигатели и по вариантам специального исполнения. Если вы видите букву «С», означает это, что двигатель с повышенным скольжением. Если «Р» — с высоким пусковым моментом, «К» — с фазным ротором, с «Е» — электромагнитным встроенным тормозом.

Помимо этого, они бывают:

• на крепежных лапах, находящихся на основании кожуха и отверстиями, предназначенными для крепления. Подобные двигатели стоят в станках деревообрабатывающих и компрессорах, в электромашинах с ременной передачей и пр.;
• во фланцевом исполнении, т.е. на корпусе фланцы имеют отверстия для крепежа к редуктору. Используются часто в электронасосах, бетономешалках и прочих устройствах;
• комбинированными, т.е. имеющими фланцы и лапы. Их называют универсальными, поскольку крепиться они могут к любому оборудованию.

Синхронные и асинхронные электродвигатели, или о различиях между ними

Помимо моторов асинхронных, существуют синхронные, отличающиеся от первых тем, что частота вращающегося ротора, соответствует той, которую имеет магнитное поле. Его главными элементами являются индуктор, находящийся на роторе, и якорь, располагающийся на статоре. Их разделяет, как и у асинхронных, воздушная прослойка. Функционируют они как электродвигатель или генератор.

В первом варианте устройство функционирует благодаря взаимодействию магнитного поля, создаваемого на якоре, с полем на полюсах индуктора. Функционирование в режиме генератора обеспечивает электромагнитная индукция, вызванная вращающимся якорем в магнитном поле, сформированном в обмотке.

Поле, взаимодействует с фазами обмотки статора по очереди, образуя электродвижущую силу. По конструкции синхронные моторы более сложные, чем асинхронные.

Вывод: у синхронных электродвигателей частота вращения ротора одинакова с частотой магнитного поля, а у асинхронного они разные.

Эти особенности определяют использование первых там, где нужна мощность 100 кВт и больше, вторых – в случаях до 100 кВт.

Видео: Асинхронный двигатель.Модель и принцип работы.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Учитывая то, что электроснабжение традиционно осуществляется путём доставки потребителям переменного тока, понятно стремление к созданию электромашин, работающих на поставляемой электроэнергии. В частности, переменный ток активно используется в асинхронных электродвигателях, нашедших широкое применение во многих областях деятельности человека. Особого внимания заслуживает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, который в силу ряда причин занял прочные позиции в применении.

Секрет такой популярности состоит, прежде всего, в простоте конструкции и дешевизне его изготовления. У электромоторов на короткозамкнутых роторах есть и другие преимущества, о которых вы узнаете из данной статьи. А для начала рассмотрим конструктивные особенности этого типа электрических двигателей.

Конструкция

В каждом электромоторе есть две важных рабочих детали: ротор и статор. Они заключены в защитный кожух. Для охлаждения проводников обмотки на валу ротора установлен вентилятор. Это общий принцип строения всех типов электродвигателей.

Конструкции статоров рассматриваемых электродвигателей ничем не отличаются от строения этих деталей в других типах электромоторов, работающих в сетях переменного тока. Сердечники статора, предназначенного для работы при трехфазном напряжении, располагаются по кругу под углом 120º. На них устанавливаются обмотки из изолированной медной проволоки определённого сечения, которые соединяются треугольником или звездой. Конструкция магнитопровода статора жёстко крепится на стенках цилиндрического корпуса.

Строение электродвигателя понятно из рисунка 1. Обратите внимание на конструкцию обмоток без сердечника в короткозамкнутом роторе.

Рис. 1. Строение асинхронного двигателя с КЗ Ротором

Немного по-другому устроен ротор. Конструкция его обмотки очень похожа на беличью клетку. Она состоит из алюминиевых стержней, концы которых замыкают короткозамыкающие кольца. В двигателях большой мощности в качестве короткозамкнутых обмоток ротора можно увидеть применение медных стержней. У этого металла низкое удельное сопротивление, но он дороже алюминия. К тому же медь быстрее плавится, а это не желательно, так как вихревые токи могут сильно нагревать сердечник.

Конструктивно стержни расположены поверх сердечников ротора, которые состоят из трансформаторной стали. При изготовлении роторов сердечники монтируют на валу, а проводники обмотки впрессовывают (заливают) в пазы магнитопровода. При этом нет необходимости в изоляции пазов сердечника. На рисунке 2 показано фото ротора с КЗ обмотками.

Рис. 2. Ротор асинхронного двигателя с КЗ обмотками

Пластины магнитопроводов таких роторов не требуют лаковой изоляции поверхностей. Они очень просты в изготовлении, что удешевляет себестоимость асинхронных электродвигателей, доля которых составляет до 90% от общего числа электромоторов.

Ротор асинхронно вращается внутри статора. Между этими деталями устанавливаются минимальные расстояния в виде воздушных зазоров. Оптимальный зазор находится в пределах от 0,5 мм до 2 мм.

В зависимости от количества используемых фаз асинхронные электродвигатели можно разделить на три типа:

Они отличаются количеством и расположением обмоток статора. Модели с трехфазными обмотками отличаются высокой стабильностью работы при номинальной нагрузке. У них лучшие пусковые характеристики. Зачастую такие электродвигатели используют простую схему пуска.

Двухфазные двигатели имеют две перпендикулярно расположенных обмотки статора, на каждую из которых поступает переменный ток. Их часто используют в однофазных сетях – одну обмотку подключают напрямую к фазе, а для питания второй применяют фазосдвигающий конденсатор. Без этой детали вращение вала асинхронного электродвигателя самостоятельно не начнётся. В связи с тем, что конденсатор является неотъемлемой частью двухфазного электромотора, такие двигатели ещё называют конденсаторными.

В конструкции однофазного электродвигателя используют только одну рабочую обмотку. Для запуска вращения ротора применяют пусковую катушку индуктивности, которую через конденсатор кратковременно подключают к сети, либо замыкают накоротко. Эти маломощные моторчики используются в качестве электрических приводов некоторых бытовых приборов.

Принцип работы

Функционирование асинхронного двигателя осуществляется на основе свойства трёхфазного тока, способного создавать в обмотках статора вращающее магнитное поле. В рассматриваемых электродвигателях синхронная частота вращения электромагнитного поля связана прямо пропорциональной зависимостью с собственной частотой переменного тока.

Существует обратно пропорциональная зависимость частоты вращения от количества пар полюсов в обмотках статора. Учитывая то, что сдвиг фаз составляет 60º, зависимость частоты вращения ротора (в об/мин.) можно выразить формулой:

В результате действия магнитной индукции на сердечник ротора, в нём возникнет ЭДС, которая, в свою очередь, вызывает появление электрического тока в замкнутом проводнике. Возникнет сила Ампера, под действием которой замкнутый контур начнёт вращение вдогонку за магнитным полем. В номинальном режиме работы частота вращения ротора немного отстаёт от скорости вращения создаваемого в статоре магнитного поля. При совпадении частот происходит прекращение магнитного потока, ток исчезает в обмотках ротора, вследствие чего прекращается действие силы. Как только скорость вращения вала отстанет, переменными токами магнитных полей, возобновляется действие амперовой силы.

Разницу частот вращения магнитных полей называют частотой скольжения: n_s=n₁–n₂, а относительную величину s, характеризующую отставание, называют скольжением.

s = 100% * ( n_s / n₁) = 100% * (n₁ — n₂) / n_{1 ,} где n_s – частота скольжения; n_1, n₂ – частоты вращений статорных и роторных магнитных полей соответственно.

С целью уменьшения гармоник ЭДС и сглаживания пульсаций момента силы, стержни короткозамкнутых витков немного скашивают. Взгляните ещё раз на рис. 2 и обратите внимание на расположение стержней, выполняющих роль обмоток ротора, относительно оси вращения.

Скольжение зависит от того, какую механическую нагрузку приложено к валу двигателя. В асинхронных электромоторах изменение параметров скольжения происходит в диапазоне от 0 до 1. Причём в режиме холостого хода набравший обороты ротор почти не испытывает активного сопротивления. S приближается к нулю.

Увеличение нагрузки способствует увеличению скольжения, которое может достигнуть единицы, в момент остановки двигателя из-за перегрузки. Такое состояние равносильно режиму короткого замыкания и может вывести устройство из строя.

Относительная величина отставания соответствующая номинальной нагрузке электрической машины называется номинальным скольжением. Для маломощных электромоторов и двигателей средней мощности этот показатель изменяется в небольших пределах – от 8% до 2%. При неподвижности ротора электродвигателя скольжение стремится к 0, а при работе на холостом ходу оно приближается к 100%.

Во время запуска электромотора его обмотки испытывают нагрузку, что приводит к резкому увеличению пусковых токов. При достижении номинальных мощностей электрические двигатели с короткозамкнутыми витками самостоятельно восстанавливают номинальную частоту ротора.

Обратите внимание на кривую крутящего момента скольжения, изображённую на рис. 3.

Рис. 3. Кривая крутящего момента скольжения

При увеличении крутящего момента коэффициент s изменяется от 1 до 0 (см. отрезок «моторная область»). Возрастает также скорость вращения вала. Если скорость вращения вала превысит номинальную частоту, то крутящий момент станет отрицательным, а двигатель перейдёт в режим генерации (отрезок «генерирующая область»). В таком режиме ротор будет испытывать магнитное сопротивление, что приведёт к торможению мотора. Колебательный процесс будет повторяться, пока не стабилизируется крутящий момент, а скольжение не приблизится к номинальному значению.

Преимущества и недостатки

Повсеместное использование асинхронных двигателей с короткозамкнутыми роторами обусловлено их неоспоримыми преимуществами:

• стабильностью работы на оптимальных нагрузках;
• высокой надёжностью в эксплуатации;
• низкие эксплуатационные затраты;
• долговечностью функционирования без обслуживания;
• сравнительно высокими показателями КПД;
• невысокой стоимостью, по сравнению с моделями на основе фазных роторов и с другими типами электромоторов.

Из недостатков можно отметить:

• высокие пусковые токи;
• чувствительность к перепадам напряжений;
• низкие коэффициенты скольжений;
• необходимость в применении устройств, таких как преобразователи частоты, пусковые реостаты и др., для улучшения характеристик электромотора;
• ЭД с короткозамкнутым ротором нуждаются в дополнительных коммутационных управляющих устройствах, в случаях, когда возникает необходимость регулировать скорость.

Электродвигатели данного типа имеют приличную механическую характеристику. Несмотря на недостатки, они лидируют по показателям их применения.

Основные технические характеристики

В зависимости от класса электродвигателя, его технические характеристики меняются. В рамках данной статьи не ставится задача приведения параметров всех существующих классов двигателей. Мы остановимся на описании основных технических характеристик для электромоторов классов 56 А2 – 80 В2.

В этом небольшом промежутке на линейке моделей эелектромоторов с короткозамкнутыми роторами можно отметить следующее:

Мощность составляет от 0,18 кВт (класс 56 А2) до 2,2 кВт (класс 80 В2).

Ток при максимальном напряжении – от 0,55 А до 5А.

КПД от 66% до 83%.

Частота вращения вала для всех моделей из указанного промежутка составляет 3000 об./мин.

Технические характеристики конкретного двигателя указаны в его паспорте.

Подключение

Статорные обмотки трёхфазного АДКР можно подключать по схеме «треугольник» либо «звезда». При этом для звёздочки требуется напряжение выше, чем для треугольника.

Обратите внимание на то, что электродвигатель, подключенный разными способами к одной и той же сети, потребляет разную мощность. Поэтому нельзя подключать электромотор, рассчитанный на схему «звезда» по принципу треугольника. Но с целью уменьшения пусковых токов можно коммутировать на время пуска контакты звезды в треугольник, но тогда уменьшится и пусковой момент.

Схемы включения понятны из рисунка 4.

Рис. 4. Схемы подключения

Для подключения трёхфазного электрического двигателя к однофазному току применяют фазосдвигающие элементы: конденсаторы, резисторы. Примеры таких подключений смотрите на рисунке 5. Можно использовать как звезду, так и треугольник.

Рис. 5. Примеры схем подключений в однофазную сеть

С целью управления работой двигателя в электрическую цепь статора подключаются дополнительные устройства.