В настоящее время асинхронные машины используются в основном в режиме двигателя. Машины мощностью больше 0. Впервые конструкция трёхфазного асинхронного двигателя была разработана, создана и опробована нашим русским инженером М. Доливо-Добровольским в годах. Демонстрация первых двигателей состоялась на Международной электротехнической выставке во Франкфурте на Майне в сентябре года. На выставке было представлено три трёхфазных двигателя разной мощности. Самый мощный из них имел мощность 1. Конструкция асинхронного двигателя, предложенная Доливо-Добровольским, оказалась очень удачной и является основным видом конструкции этих двигателей до настоящего времени. За прошедшие годы асинхронные двигатели нашли очень широкое применение в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Их используют в электроприводе металлорежущих станков, подъёмно-транспортных машин, транспортёров, насосов, вентиляторов. Маломощные двигатели используются в устройствах автоматики. Широкое применение асинхронных двигателей объясняется их достоинствами по сравнению с другими двигателями: Неподвижная часть машины называется статор , подвижная — ротор. Сердечник статора набирается из листовой электротехнической стали и запрессовывается в станину. Станина 1 выполняется литой, из немагнитного материала. Чаще всего станину выполняют из чугуна или алюминия. На внутренней поверхности листов 2 , из которых выполняется сердечник статора, имеются пазы, в которые закладывается трёхфазная обмотка 3. Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже — из алюминия. Обмотка статора состоит из трёх отдельных частей, называемых фазами. Начала и концы фаз выведены на клеммник рис. Обмотка статора может быть соединена по схеме звезда рис. Выбор схемы соединения обмотки статора зависит от линейного напряжения сети и паспортных данных двигателя. В паспорте трёхфазного двигателя задаются линейные напряжения сети и схема соединения обмотки статора. Обмотка ротора бывает двух видов: Соответственно этому асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым ротором и фазным ротором с контактными кольцами. С торцов эти стержни замыкаются торцевыми кольцами 4. Двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет подвижных контактов. За счёт этого такие двигатели обладают высокой надёжностью. Обмотка ротора выполняется из меди, алюминия, латуни и других материалов. Доливо-Добровольский первым создал двигатель с короткозамкнутым ротором и исследовал его свойства. Он выяснил, что у таких двигателей есть очень серьёзный недостаток — ограниченный пусковой момент. Доливо-Добровольский назвал причину этого недостатка — сильно закороченный ротор. Им же была предложена конструкция двигателя с фазным ротором. У фазного ротора обмотка выполняется трёхфазной, аналогично обмотке статора, с тем же числом пар полюсов. Витки обмотки закладываются в пазы сердечника ротора и соединяются по схеме звезда. Концы каждой фазы соединяются с контактными кольцами, закреплёнными на валу ротора, и через щётки выводятся во внешнюю цепь. Контактные кольца изготавливают из латуни или стали, они должны быть изолированы друг от друга и от вала. В качестве щёток используют металлографитовые щётки, которые прижимаются к контактным кольцам с помощью пружин щёткодержателей, закреплённых неподвижно в корпусе машины. На щитке машины, закреплённом на станине, приводятся данные: Тип машины, например, задан в виде 4AHS8. Это асинхронный двигатель А четвёртой серии защищённого исполнения. Если буква Н отсутствует, то двигатель закрытого исполнения. Магнитная индукция результирующего магнитного поля определяется векторной суммой этих трёх магнитных индукций. Найдём результирующую магнитную индукцию рис. Как следует из рис. Таким образом, трёхфазная обмотка статора создаёт в машине круговое вращающееся магнитное поле. Направление вращения магнитного поля зависит от порядка чередования фаз. Величина результирующей магнитной индукции. Обратите внимание, что частота вращения магнитного поля не зависит от режима работы асинхронной машины и её нагрузки. Асинхронная машина может работать в режимах двигателя, генератора и электромагнитного тормоза. Этот режим служит для преобразования потребляемой из сети электрической энергии в механическую. Это поле будет наводить согласно закону электромагнитной индукции в обмотке ротора ЭДС. Направление ЭДС определяется по правилу правой руки и показано на рисунке силовые линии должны входить в ладонь, а большой палец нужно направить по направлению движения проводника, то есть ротора, относительно магнитного поля. В обмотке ротора появится ток, направление которого примем совпадающим с направлением ЭДС. Направление силы определяется по правилу левой руки силовые линии должны входить в ладонь, четыре пальца — по направлению тока в обмотке ротора. В данном режиме рис. Направление вращения ротора совпадает с направлением вращения магнитного поля. Чтобы изменить направление вращения ротора реверсировать двигатель , нужно изменить направление вращения магнитного поля. Для реверса двигателя нужно изменить порядок чередования фаз подведённого напряжения, то есть переключить две фазы. За счёт этого ротор станет вращаться медленнее, в обмотке ротора появится ЭДС, ток. Таким образом, в режиме двигателя ротор будет вращаться несинхронно с магнитным полем. Частота вращения ротора будет изменяться при изменении нагрузки на валу. Отсюда появилось название двигателя — асинхронный несинхронный. При увеличении нагрузки на валу двигатель должен развивать больший вращающий момент, а это происходит при снижении частоты вращения ротора. В отличие от частоты вращения ротора частота вращения магнитного поля не зависит от нагрузки. Скольжение может измеряться в относительных единицах и в процентах. Таким образом, в режиме двигателя скольжение изменяется в пределах:. Этот режим служит для преобразования механической энергии в электрическую, то есть асинхронная машина должна развивать на валу тормозной момент и отдавать в сеть электрическую энергию. Этот режим может наступить, например, при регулировании частоты вращения ротора. При этом изменится по сравнению с режимом двигателя направление ЭДС и тока ротора, а также изменится направление электромагнитной силы и электромагнитного момента рис. Машина начинает развивать на валу тормозной момент потребляет механическую энергию и возвращает в сеть электрическую энергию изменилось направление тока ротора, то есть направление передачи электрической энергии. Этот режим работы наступает, если ротор и магнитное поле вращаются в разные стороны. Этот режим работы имеет место при реверсе асинхронного двигателя, когда изменяют порядок чередования фаз, то есть изменяется направление вращения магнитного поля, а ротор по инерции вращается в прежнем направлении. В режиме электромагнитного тормоза машина потребляет механическую энергию, развивая на валу тормозной момент, и одновременно потребляет из сети электрическую энергию. Вся эта энергия идёт на нагрев машины. Действующее значение ЭДС, наводимой этим полем в одной фазе обмотки статора определяется выражением:. Это уравнение составлено по аналогии с катушкой с сердечником, работающей на переменном токе. Аналогичное соотношение имеет место и в другой машине переменного тока — в трансформаторе. При вращающемся роторе частота ЭДС ротора зависит от частоты вращения магнитного поля относительно вращающегося ротора, которая определяется соотношением:. Частота ЭДС ротора изменяется пропорционально скольжению и в режиме двигателя имеет наибольшее значение в момент пуска в ход. Таким образом, в обмотке ротора асинхронной машины частота наводимой ЭДС зависит от частоты вращения ротора. ЭДС, наводимая в обмотке ротора, изменяется пропорционально скольжению и в режиме двигателя имеет наибольшее значение в момент пуска в ход. Отношение ЭДС статора к ЭДС неподвижного ротора называется коэффициентом трансформации асинхронной машины. Отсюда следует, что ток ротора зависит от скольжения и возрастает при его увеличении, но медленнее, чем ЭДС. Обмотка ротора, как и обмотка статора, является многофазной и при появлении в ней тока создаёт своё вращающееся магнитное поле. Из полученного соотношения следует, что магнитное поле ротора относительно статора вращается с той же частотой, что и магнитное поле статора. Таким образом, магнитные поля ротора и статора относительно друг друга неподвижны. Поэтому при анализе работы асинхронной машины можно применить те же соотношения, что и трансформаторе. Так как результирующее магнитное поле асинхронной машины не зависит от её режима работы, можно составить для одной фазы уравнение магнитодвижущих сил, приравняв магнитодвижущую силу в режиме холостого хода к сумме магнитодвижущих сил в режиме нагрузки. Полученное выражение для тока статора отражает свойство саморегулирования асинхронной машины. Чем больше ток ротора, тем больше ток статора. В режиме холостого хода ток статора минимальный. В режиме нагрузки ток статора возрастает. У асинхронной машины, в отличие от трансформатора, есть воздушный зазор, который создаст большое сопротивление магнитному полю. Электромагнитный момент возникает при наличии магнитного поля, создаваемого обмоткой статора, и тока в обмотке ротора. Можно показать, что электромагнитный момент определяется соотношением:. В результате изменяется вращающий момент. Кратность пускового момента по сравнению с номинальным у них составляет. Причем большие цифры относятся к двигателям специальной конструкции с улучшенными пусковыми свойствами. Это приводит к увеличению вращающего момента и дальнейшему разгону двигателя. В результате получим другое выражение для электромагнитного момента, которое удобно использовать при анализе работы машины, при построении ее характеристик. Это является одним из недостатков асинхронных двигателей, так как приводит на производстве к снижению производительности труда и увеличению брака. Рассмотрим часть этой характеристики, соответствующая режиму двигателя, то есть при скольжении, изменяющемся от 1 до 0. Отношение критического момента к номинальному называют перегрузочной способностью двигателя. Критический момент не зависит от активного сопротивления ротора, но зависит от подведенного напряжения. С увеличением момента нагрузки на валу частота вращения ротора станет меньше, что приведет к увеличению скольжения и электромагнитного вращающего момента. Если момент нагрузки превысит критический момент, то двигатель остановится. Этот участок характеристики двигатель проходит при пуске в ход и при торможении. Участок соответствует устойчивой работе, участок — неустойчивой работе. Механическую характеристику можно рассчитать и построить по паспортным данным. Номинальный момент рассчитывается по формуле:. Асинхронные двигатели имеют жесткую механическую характеристику, так как частота вращения ротора участок 1—3 мало зависит от нагрузки на валу. Это одно из достоинств этих двигателей. При изменении нагрузки на валу автоматически изменяется частота вращения ротора, токи в обмотках ротора и статора и потребляемый из сети ток. Снижение частоты вращения ротора приводит к увеличению скольжения, увеличению токов в обмотках ротора и статора, то есть к увеличению потребляемого из сети тока. Построенная по паспортным данным двигателя механическая характеристика называется естественной. Если изменять величину подведенного напряжения, активное сопротивление ротора или другие параметры, то можно получить механические характеристики, отличные от естественной, которые называют искусственными. При понижении подведенного напряжения механическая характеристика становится мягче. С увеличением активного сопротивления обмотки ротора механические характеристики становятся мягче, то есть ухудшается устойчивость работы двигателя. Как рассматривалось ранее, из-за большой частоты ЭДС ротора асинхронные двигатели имеют ограниченный пусковой момент. Для пуска в ход двигателя необходимо, чтобы развиваемый им пусковой момент превышая момент нагрузки на валу. В зависимости от мощности источников питания и условий пуска используют разные способы пуска, которые преследуют цели: Различают следующие способы пуска в ход асинхронных двигателей: Это самый простой и самый дешевый способ пуска. На двигатель вручную или с помощью дистанционного управления подается номинальное напряжение. Ограничение по мощности объясняется бросками тока в момент пуска, что приводит к снижению напряжения на зажимах вторичных обмоток трансформатора. Этот способ применяют при пуске в ход мощных двигателей, для которых недопустимо прямое включение в сеть. Для понижения подводимого к обмотке статора напряжения используют дроссели и понижающие автотрансформаторы. После пуска в ход на обмотку статора подается напряжение сети. Понижение напряжения производят с целью уменьшения пускового тока, но одновременно, как это следует из рис. Если напряжение при пуске понизить в раз, пусковой момент понизится в 3 раза. Поэтому этот способ пуска можно применять только при отсутствии нагрузки на валу, то есть в режиме холостого хода. Если, согласно паспортным данным, двигатель должен включаться в сеть по схеме треугольник, то для снижения пускового тока на время пуска в ход обмотку статора включают по схеме звезда. Основные недостатки этого способа пуска: Этот способ применяют при тяжелых условия пуска, то есть при большой нагрузке на валу. Для реостатного пуска используют асинхронные двигатели с фазным ротором, в цепь ротора включается пусковой реостат. Реостатный пуск служит для увеличения пускового момента. Одновременно происходит уменьшение пускового тока двигателя. По мере разгона двигателя пусковой реостат выводится и после окончания пуска обмотка ротора оказывается замкнутой накоротко. В момент пуска в ход рис. При этом двигатель будет запускаться по характеристике 3 рис. Стремление совместить достоинства асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором высокая надежность и фазным ротором большой пусковой момент привело к созданию этих двигателей. Они имеют короткозамкнутую обмотку ротора специальной конструкцией. Обмотка 1 выполняет роль пусковой, а обмотка 2 является рабочей. Для получения повышенного пускового момента пусковая обмотка должна обладать большим активным сопротивлением, чем рабочая обмотка. Поэтому обмотка 1 выполняется из материала с повышенным удельным сопротивлением латунь , чем обмотка 2 медь. Сечение проводников, образующих пусковую обмотку, меньше, чем у рабочей обмотки. За счет этого повышается активное сопротивление пусковой обмотки. Рабочая обмотка, расположенная глубже, охватывается большим магнитным потоком, чем пусковая. Поэтому индуктивное сопротивление рабочей обмотки значительно больше, чем пусковой. За счет этого в момент пуска в ход, когда частота тока ротора имеет наибольшее значение, ток в рабочей обмотке, как следует из закона Ома, будет небольшим и в создании пускового момента будет участвовать в основном пусковая обмотка, имеющая большое активное сопротивление. По мере разгона двигателя частота тока ротора падает, уменьшается и индуктивное сопротивление обмоток ротора, это приводит к увеличению тока в рабочей обмотке, за счет этого в создании вращающего момента будет участвовать, в основном, рабочая обмотка. Аналогичная картина наблюдается у двигателя с глубоким пазом рис. Глубокий стержень обмотки 1 можно представить в виде нескольких проводников, расположенных по высоте паза. За счет этого в создании пускового момента участвует только верхний слой проводников обмотки ротора. Сечение верхнего слоя значительно меньше сечения всего проводника. Поэтому при пуске в ход обмотка ротора обладает повышенным активным сопротивлением, двигатель развивает повышенный пусковой момент. По мере разгона двигателя плотность тока по сечению проводников обмотки ротора выравнивается, сопротивление обмотки ротора снижается. В целом эти двигатели имеют жесткие механические характеристики, повышенный пусковой момент и меньшую кратность пускового тока, чем двигатели с короткозамкнутым ротором обычной конструкцией. При работе многих механизмов, приводящихся во вращение асинхронными двигателями, в соответствии с технологическими требованиями возникает необходимость регулировать скорость вращения этих механизмов. Способы регулирования частоты скорости вращения асинхронных двигателей раскрывает соотношение:. Отсюда следует, что при заданной нагрузке на валу частоту вращения ротора можно регулировать:. Этот способ используют в приводе тех механизмов, где установлены асинхронные двигатели с фазным ротором. Например, в приводе подъемно-транспортных машин. В цепь фазного ротора вводится регулировочный реостат. Увеличение активного сопротивления ротора не влияет на величину критического момента, но увеличивает критическое скольжение рис. Основные недостатки этого способа:. Из-за перечисленных недостатков этот способ применяют для кратковременного снижения частоты вращения. Эти двигатели многоскоростные имеют более сложную обмотку статора, позволяющую изменять ее число пар полюсов, и короткозамкнутый ротор. При работе асинхронного двигателя необходимо, чтобы обмотки ротора и статора имели одинаковое число пар полюсов. Только короткозамкнутый ротор способен автоматически приобретать то же число пар полюсов, что и поле статора. Многоскоростные двигатели нашли широкое применение в приводе металлорежущих станков. Нашли применение двух, трех и четырех скоростные двигатели. У двухскоростного двигателя обмотка каждой фазы состоит из двух полуобмоток. Включая их последовательно или параллельно можно в 2 раза изменять число пар полюсов. У четырехскоростного двигателя на статоре должно размещаться две независимые обмотки с разным числом пар полюсов. Каждая из обмоток позволяет в два раза изменять число пар полюсов. Если при изменении числа пар полюсов одновременно изменять и подведенное напряжение, то критический момент может остаться неизменным рис. Поэтому при этом способе регулирования могут быть получены два вида семейства механических характеристик рис. Достоинства этого способа регулирования: В качестве таких источников питания в настоящее время начали находить применение преобразователи частоты ПЧ , выполняемые на мощных полупроводниковых приборах — тиристорах. Основной недостаток — требуется преобразователь частоты, то есть дополнительные капитальные вложения. При работе многих производственных механизмов возникает необходимость в быстрой остановке торможении двигателя. Для этой цели широко используются механические тормоза, но асинхронная машина может сама выполнять функции тормозного устройства, работая в одном из тормозных режимов. При этом механические тормоза используются как запасные или аварийные, а также для удержания механизма в неподвижном состоянии. Этот режим может наступить при регулировании скорости вращения увеличением числа пар полюсов или уменьшением частоты источника питания, а также в подъемно-транспортных машинах при опускании груза, когда под действием силы тяжести груза ротор начинает вращаться быстрее магнитного поля. В режиме генератора изменяется направление электромагнитного момента, то есть он становится тормозным, под действием чего происходит быстрое снижение скорости вращения. Одновременно изменяется фаза тока в обмотке статора, что приводит к изменению направления передачи электрической энергии. В режиме генератора происходит возврат энергии в сеть. Одно из достоинств генераторного торможения у асинхронных машин заключается в том, что переход в режим генератора происходит автоматически, как только ротор начинает вращаться быстрее магнитного поля. Это защищает асинхронные двигатели от аварийной ситуации, которая может наступить у двигателей постоянного тока. Асинхронные двигатели не могут пойти в разнос. Максимальная частота вращения ротора ограничивается частотой вращения магнитного поля. За счет этого происходит быстрое снижение частоты вращения. Генераторное торможение является самым экономичным режимом, так как происходит преобразование механической энергии в электрическую и возврат энергии в сеть. Одним из достоинств этого тормозного режима является его самопроизвольное появление, то есть не требуется никакая контролирующая аппаратура. Этот тормозной режим используется для точной остановки мощных двигателей. На время торможения обмотка статора отключается от сети переменного напряжения и подключается и источнику с постоянным напряжением. При этом обмотка статора будет создавать постоянное неподвижное магнитное поле. При вращении ротора относительно этого магнитного поля изменяется направление ЭДС и тока ротора, что приведет к изменению направления электромагнитного момента, то есть он станет тормозным. Под действием этого момента происходит торможение. Изменяя величину подведенного к обмотке статора напряжения, можно регулировать время торможения. Основным достоинством этого тормозного режима является точная остановка. Постоянное напряжение можно подводить к обмотке статора только на время торможения. После остановки двигатель нужно отключить от сети постоянного тока. Под действием тормозного электромагнитного момента будет происходить снижение частоты вращения до полной остановки точка 0. Основные недостатки динамического торможения: Этот тормозной режим возникает при реверсе двигателя, а также широко используется для быстрой остановки двигателя. Для торможения двигателя нужно изменить порядок чередования фаз, то есть переключить две фазы. Достоинством этого тормозного режима является быстрое торможение, так как тормозной момент действует на всем тормозном пути. Если в приводе механизма двигатель часто работает в режиме реверса, приходится завышать его мощность из-за больших потерь мощности. Потери в стали не зависят от нагрузки на валу, а зависят от подведенного к обмотке статора напряжения. При большой недогрузке асинхронного двигателя он имеет низкий коэффициент мощности, что экономически невыгодно. При этом уменьшается реактивная мощность, а коэффициент мощности повышается.
В этом случае изменения частоты асинхронного двигателя n2 при колебаниях нагрузки Р2 возрастают. Рабочие характеристики асинхронного двигателя двигателя. 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. 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. 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. 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. Копирование материалов разрешено только с указанием активной ссылки на первоисточник! Векторная диаграмма асинхронного двигателя при небольшой нагрузке. Как изменяются параметры трехфазного асинхронного двигателя при условиях, о Потери энергии и кпд асинхронных двигателей Скольжение асинхронного двигателя Механическая характеристика асинхронного двигателя Коэффициент мощности асинхронного двигателя - от чего зависит и как изменяе
https://gist.github.com/23a46c32da7cf74e91fb5fe097515ff0
https://gist.github.com/1529c1ad423627ff329e1933798a5cf6
https://gist.github.com/d35b2e5940c0599c2d6d9ff70d7e8fab