Достоинства и недостатки машин переменного тока

Дмитрий Левкин

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором Конструкция асинхронного электродвигателя
Принцип работы трехфазного двигателя
Скольжение асинхронного двигателя

Подключение асинхронного двигателя

Трехфазный переменный ток

Звезда и треугольник

Обозначение выводов

Подключение к однофазной сети

Управление асинхронным двигателем

Прямое подключение к сети питания

Плавный пуск

Частотное управление

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором Особенности конструкции
Обозначение выводов ротора
Пуск АДФР

Трехфазный асинхронный электродвигатель

— это асинхронный электродвигатель, который имеет трехфазную обмотку статора.

Строение двигателя

Основные элементы электродвигателя это – статор, ротор, их обмотки и магнитопровод.

Преобразование электрической энергии в механическую происходит во вращающейся части мотора — роторе.

У двигателя переменного тока, ротор получает энергию не только за счет магнитного поля, но и при помощи индукции. Таким образом, они называются асинхронными двигателями. Это можно сравнить с вторичной обмоткой трансформатора. Эти асинхронные двигатели еще называют вращающимися трансформаторами. Чаще всего используется модели рассчитанные на трех фазное включение.

Конструкция асинхронного двигателя

Направление вращения электродвигателя задается правилом левой руки буравчика: оно демонстрирует связь между магнитным полем и проводником.

Второй очень важный закон – Фарадея:

ЭДС наводиться в обмотке, но электромагнитный поток меняется во временем.
Величина наведенной ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения электрического потока.
Направление ЭДС противодействует току.

Принцип действия

При подаче напряжения на неподвижные обмотки статора, оно создает магнитное в статора. Если подается напряжение переменного тока, то магнитный поток, созданный им, изменяется. Так статор производит изменение магнитного поля, и ротор получает магнитные потоки.

Таким образом, ротор электродвигателя принимает эти поток статора и, следовательно, вращается. Это основной принцип работы и скольжения в асинхронных машинах. Из вышеизложенного следует отметить, что магнитный поток статора (и его напряжение) должно быть равно переменному току для вращения ротора, так что асинхронная машина может работать только от сети переменного тока.

Принцип работы асинхронного двигателя

Когда такие двигатели действуют в качестве генератора, они будет генерировать непосредственно переменный ток. В случае такой работы, ротор вращается с помощью внешних средств скажем, турбины. Если ротор имеет некоторый остаточный магнетизм, то есть некоторые магнитные свойства, которые сохраняет по типу магнита внутри материала, то ротор создает переменный поток в стационарной обмотке статора. Так что это обмотки статора будут получать наведенное напряжение по принципу индукции.

Индукционные генераторы используются в небольших магазинах и домашних хозяйствах, чтобы обеспечить дополнительную поддержку питания и являются наименее дорогостоящими из-за легкого монтажа. В последнее время они широко используется людьми в тех странах, где электрические машины теряют мощность из-за постоянных перепадов напряжения в питающей электросети. Большую часть времени, ротор вращается при помощи небольшого дизельного двигателя соединенного с асинхронным генератором переменного напряжения.

Обмотки

Перед тем, как начать характеризовать обмотки непосредственно статора электрического двигателя, давайте рассмотрим, что же представляют собой данные обмотки. Они представляют собой набор проводных витков, которые вместе образуют электроцепь, которая в свою очередь суммирует в себе все электродвижущие мощности, наведенные в этих же витках. Именно катушка является самым простым примером таких обмоток, где витки последовательно размещаются рядом друг с другом.

Обмотки классифицируются на такие группы по разным признакам:

по способу применения – статорные и роторные. Одна из ключевых классификаций;
по способу расположения в пазах – двух- и однослойные;
согласно форме катушек – равнокатушечные и концентрического типа;
по виду лобовых частей – двух и трехполосные, а также корзиночные (или концентрические);
по типу сечения провода – жесткие (состоят из кабелей с жилами прямоугольной формы) и мягкие (изготавливаются из проводки круглой).

Реализовано еще множество классификаций, позволяющих выбрать статорную катушку по определенному показателю.

Также выделяют шаблонные и концентрические набмотки, все они относятся к однослойным. В последнем случае намотка включает катушки, которые располагаются одна внутри второй.

Пример концентрической обмотки

Точное количество групп катушек равняется 6р. Когда число полюсных пар четное, тогда количество групп катушек также указывается как четное. При этом, первая половина таких наборов производится с длинными лобовыми участками, а вторая – с короткими. В ситуациях, при которых число непарное – одна группа реализуется несимметричной.

В обмотке концентрического действия, выполненной по типу «вразвалку» группы катушек классифицируются на две подгруппы. Такая намотка имеет место, когда показатель q превышает 2 и дает возможность снижать уровни вылета лобовых элементов, из-за более удобного их размещения.

Наборы катушек несимметричного исполнения, в таких типах конструкции не используются и при наличии четного количества пар полюсов. Показатели электрического сопротивления при обмотке кон имеют место через одинаковую длину лобовых компонентов катушек в фазах:

одна фаза включает все малые подклассы;
вторая – среднего уровня;
третья – крупные.

Это способствует некоторым изменениям в обмотке. Например, передние компоненты обмоток концентрического типа размещаются сразу в двух или трех областях. Исходя из этого, обмотки бывают таких видов:

двух- или трехплоскостные;
двух- или трехъярусные.

Вышеуказанные вариации имеют место, когда лобовые части установлены на ярусах или же в плоскостях.

Лобовые элементы намоток методом «вразвалку» размещаются сразу в 3 положениях. Данные обмотки часто описывают, как катушечные, ведь они далеко не всегда одинаковые через различия в длине каждой отдельной лобовой части.

Пример обмотки вразвалку

Шаблонные намотки реализуются как симметричные, ведь катушки обладают одинаковыми показателями габаритов. Самые простые среди них – шаблонные, которые изображены на рисунке внизу.

Обмотка шаблонная

Далее идут шаблонны вразвалку и цепные. Их технологические особенности мы рассмотрели чуть выше.

Подключение

Асинхронный двигатель можно остановить, просто поменяв местами любые два из выводов статора. Это используется во время чрезвычайных ситуаций. После он изменяет направление вращающегося потока, который производит вращающий момент, тем самым вызывая разрыв питания на роторе. Это называется противофазным торможением.

Видео: Как работает асинхронный двигатель

Для того чтобы этого не происходило в однофазном асинхронном двигателе, необходимо использование конденсаторного устройства.

Его нужно подключить к пусковой обмотке, но предварительно обязательно проводится его расчет. Формула

QC = Uс I 2 = U 2 I 2 / sin 2

Схема: Подключение асинхронного двигателя

Из которой следует, что электрические машины переменного тока двухфазного или однофазного типа, должны снабжаться конденсаторами с мощностью, равной самой мощности двигателя.

Для низкого напряжения

Может быть, что той же табличке написано Δ/Ỵ 127/220. Это говорит о том, что требуется «звездная» схема подключения обмоток. Если клеммной коробки нет, двигатель подключен «треугольником», а концы, как это часто бывает, не подписаны – не беда. Решение проблемы есть. Правда, в этом случае все несколько сложнее и займет больше времени.

Разведите все концы и с помощью омметра отыщите катушки статора.

Пометьте их с помощью скотча или цветной изоленты. Возможно, это пригодится еще не раз.

Возьмите батарейку и подключите ее к а1-а2. к в1-в2 подключите омметр.

Когда контакт с батарейкой будет разорван, стрелка на омметре сдвинется в сторону. Запомните, куда именно указала стрелка и присоедините прибор к с1-с2. Полярность менять не нужно. Проделайте все снова.

Стрелка может качнуться в другую сторону. В этом случае провода нужно поменять местами, и сменить маркировку. Стрелка должна отклоняться только в одну сторону.

Батарейка, на которой соблюдена полярность, соединяется с с1-с2, а измерительный прибор с а1-а2.

Теперь все нужно перепроверить. Стрелка должна отклоняться одинаково на всех катушках. Если все верно, пучок с одинаковыми цифрами (допустим, 1) — это начало, с цифрой 2 – конец.

Все три конца (а2, в2, с2) нужно соединить и изолировать. Это и есть соединение по схеме звезды. Его можно вывести на клеммник, сделать маркировку для удобства, нарисовать или наклеить схему, по которой соединены обмотки.

Переключение с «треугольника» на «звезду» готово. Устройство можно подключать к сети.

Аналогия с муфтой

Рассматривая принцип действия асинхронного электродвигателя, используемого в промышленных машинах, и его технические характеристики, нужно сказать про вращающуюся муфту механического сцепления . Крутящий момент на валу привода должен равняться крутящему моменту на ведомом валу. Кроме того, следует подчеркнуть, что эти два момента являются одним и тем же, поскольку крутящий момент линейного преобразователя вызывается трением между дисков внутри самой муфты.

Электромагнитная муфта сцепления

Похожий принцип действия и у тягового двигателя с фазным ротором. Система такого мотора состоит из восьми полюсов (из которых 4 – основные, а 4 – добавочные), и остовы. На основных полюсах расположены медные катушки. Вращение такого механизма обязано зубчатой передаче, которая получает крутящий момент от вала якоря, так же называемого сердечником. Включение в сеть, производится четырьмя гибкими кабелями. Основное назначение многополюсного электродвигателя – приведение в движение тяжелой техники: тепловозы, тракторы, комбайны и в некоторых случаях, станки.

Краткая историческая справка

Первый двигатель асинхронного типа был изобретён ещё во время Российской Империи, а именно 8 марта 1889 г. Автор изобретения – великий русский мастер инженерной мысли М. О. Доливо-Добровольский.

Сегодня область использования подобных электродвигателей довольно широка. Они считаются наиболее распространённым видом двигателей, поскольку совершили технический переворот в промышленной сфере.

Можно дать следующее описание асинхронных электродвигателей: это единственная разновидность двигателей, в которой полюсы создаются благодаря такому явлению, как индукция. Поэтому их часто называют индукционными.

Другие устройства используют катушки, питаемые током, магниты, и лишь в асинхронных электрических машинах применяются наводки – именно они создают движущую силу.

Достоинства и недостатки

Устройство асинхронного двигателя является практически универсальным, но так же, у данного механизма есть свои плюсы и минусы.

Преимущества асинхронных двигателей переменного тока:

Конструкция простой формы.
Низкая стоимость производства.
Надежная и практичная в обращении конструкция.
Не прихотлив в эксплуатации.
Простая схема управления

Эффективность этих двигателей очень высока, так как нет потерь на трение, и относительно высокий коэффициент мощности.

Недостатки асинхронных двигателей переменного тока:

Не возможен контроль скорости без потерь мощности.
Если увеличивается нагрузка – уменьшается момент.
Относительно небольшой пусковой момент.

Машины постоянного тока чаще используются в качестве двигателей, так как они обладают следующими преимуществами:

— высоким пусковым моментом;
— возможностью широко регулировать скорость;
— легко реверсируются;
— имеют практически линейные регулировочные характеристики;
— экономичны.

Эти достоинства часто ставят их вне конкуренции в приводах, требующих широких и точных регулировок. Важным преимуществом машин постоянного тока является также возможность их регулирования по слабо- точным цепям возбуждения.

Машины постоянного тока используются только там, где невозможно подобрать равноценную замену. Это связано с наличием щёточноколлекторного узла, который обуславливает большинство недостатков машины, основными из которых являются:

— повышается стоимость;
— сокращается ресурс работы;
— создаются радиопомехи, акустический шум;
— искрение под щётками ускоряет износ щёток и пластин коллектора.
— продукты износа покрывают внутреннюю полость машины тонким проводящим слоем, ухудшая изоляцию токопроводящих цепей.

Каталог публикаций

Дошкольное образование
Начальное и основное общее образование
Среднее профессиональное образование
Обмен педагогическим опытом
Детские исследовательские проекты и работы
Работы опубликованные до ноября 2022 года

Разместить публикациюСписок всех публикаций Опубликовано работ: 13053

Презентация: Электрические машины переменного тока

Волкорезов Андрей Тимурович , Ярославль

Подготовил: курсант Волкорезов А. Т. Доклад на тему: “Электрические машины переменного тока: область применения, примеры, достоинства и недостатки.”

Учебные вопросы:Асинхронные двигатели. Принцип работы. Классификация электрических машин переменного тока.Достоинства и недостатки Электрических машин переменного тока.

Классификация электрических машин переменного тока. ЭМ переменного тока бывают синхронные(чаще генераторы) и асинхронные(чаще двигатели). Асинхронные, в свою очередь, могут быть с короткозамкнутым или фазным ротором. Рассмотрим примеры АД.

Однофазный асинхронный двигатель Однофазный асинхронный двигатель содержит на статоре лишь одну рабочую обмотку, на которую в процессе работы двигателя подается переменный ток. Но для пуска двигателя на его статоре есть и дополнительная обмотка, которая кратковременно подключается к сети через конденсатор или индуктивность, либо замыкается накоротко. Это необходимо для создания начального сдвига фаз, чтобы ротор начал вращаться, иначе пульсирующее магнитное поле статора не столкнуло бы ротор с места.

Для высокого напряжения

Допустим табличка имеет следующие данные: Δ/Ỵ220/380. Эта надпись говорит о том, что двигателю требуется подключение треугольником. При наличии клеммной коробки сделать это не составит труда. Перемычки просто переключатся в требуемое положение.

Если клеммная коробка отсутствует и перед вами лишь провода, весь агрегат придется разобрать. Когда доберетесь до статора, увидите три конца проводов, они будут спаяны. Вы нашли соединение по схеме звезды. Их нужно отсоединить друг от друга и подключить по схеме треугольника.

В целом, это не очень сложно. Помните о том, что у катушки есть начало и конец, не путайте их. Если начало – это, то, что выведено в борно двигателя, значит, спаяны концы.

Подключение происходит так: конец одной катушки спаивается с началом другой.

С помощью таких нехитрых манипуляций, мы сделали двигатель, предназначенный для напряжения 380 В, пригодным для подключения к сети 220 В.