Дата публикации: 20.03.2022
Аманқосов Б.Ж., Абиш А.Ш.
Академия гражданской авиации
В данной статье описывается работа трехфазного асинхронного двигателя входящий в общую группу электрических машин переменного тока. Особенности конструкции, влияние на скорость вращения магнитного поля , изучение режимов работ асинхронного двигателя , рабочие характеристики и причина распространенности этих двигателей
Ключевые слова: магнитное поле, обмотка, фазы, скорость вращение, переменный ток, пластины статора,магнитопровод.
Ключевые слова: магнитное поле, обмотка, фазы, скорость вращение, переменный ток, пластины статора,магнитопровод.
ВВЕДЕНИЕ
В технических устройствах в настоящее время широкое применение нашли асинхронные двигатели. Их отличительной чертой являются экономичность, простота изготовления и эксплуатации. Они являются самым популярным видом из электродвигателей и составляют более половины всех используемых электромашин. Асинхронные электродвигатели были изобретены более ста лет назад русским ученым и инженером Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским. Первый двигатель был трехфазным асинхронным с короткозамкнутым ротором
На ряду с достоинствами асинхронный двигатель имеет существенный недостаток –
в нем не предусмотрено изменение скорости вращения ротора.
Данная работа посвящена разработке устройства, позволяющего регулировать скорость вращения асинхронного двигателя.
Данная работа посвящена разработке устройства, позволяющего регулировать скорость вращения асинхронного двигателя.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Электрическая машина – это устройство, преобразующее энергию электрического тока в механическую энергию. Электрические машины делится на машины постоянного тока и машины переменного тока. Принцип действия электрических машин постоянного тока основан на взаимодействии постоянного тока с постоянным магнитным полем. При этом меняя силу тока мы можем изменять скорость вращения двигателя. Именно электрические машины постоянного тока устанавливаются от квадрокоптеров до силовых установок атомных подводных лодок. Принцип работы электрических машин переменного тока основан на создании вращающегося электрического поля. это электрическая машина, основной процесс преобразования энергии, в которой обусловлен потреблением или генерированием переменного электрического тока. Машины, использующие переменный ток промышленной частоты для преобразования электрической энергии в механическую, могут быть синхронными и асинхронными. Эти два типа отличаются конструкцией ротора и статора, имеют различные схемы подключения питания и регулирования скорости.
Синхронные машины - это машины переменного тока, в которых частота вращения ротора и частота переменного тока в обмотках изменяются одновременно и пропорционально друг другу, т.е. синхронно. Как правило, магнитное поле в синхронной машине создается обмоткой постоянного тока ротора и обмоткой переменного тока статора. Синхронные машины широко применяются в качестве трехфазных генераторов переменного тока на электростанциях, а также используются в качестве электродвигателей.
Асинхронная машина (двигатель или генератор) – это машина, в которой ее подвижная часть вращается с частотой вращения, отличной от частоты вращения магнитного поля. Асинхронные машины применяются в основном в качестве двигателей. Асинхронные двигатели и генераторы, входят в большую группу электрических машин переменного тока.
Приведенный обзор существующих электродвигателей показал, что асинхронные двигатели имеет значительные преимущества перед двигателями других типов.
Перед нами поставлена задача создать устройство регулировки скорости вращения асинхронного двигателя. Для этого рассмотрим принцип работы асинхронного двигателя.
Трехфазные асинхронные двигатели являются простейшими машинами переменного тока. Двигатель состоит из основных частей: обмотка статора трех фаз, корпуса двигателя и вращающегося ротора типа беличье колесо.
Статор состоит из станины, в которой закреплен магнитный провод, представляющий собой полый цилиндр, собранный из листов электротехнической стали, толщиной 0,5 мм, изолированных друг от друга слоем лака, для уменьшения потерь на вихревые токи. В пазах на внутренней стороне статора размещены обмотки трех фаз. Обмотка каждой фазы состоит из одной или нескольких групп катушек, соединенных между собой, оси катушек смещены в пространстве на 120 ͦ.
Три обмотки статора укладываются в пазы таким образом, что они создают три пары магнитных полюсов. Вращающееся магнитное поле возбуждается в алюминиевых стержнях электрическим током I2. В результате возникшее магнитное поле ротор с силой Fm действует с вращающимся магнитным полем статора. Сила Fm на оси ротора создает вращающийся момент M= Fmr, где r-радиус ротора, начинает вращаться со скоростью
Синхронные машины - это машины переменного тока, в которых частота вращения ротора и частота переменного тока в обмотках изменяются одновременно и пропорционально друг другу, т.е. синхронно. Как правило, магнитное поле в синхронной машине создается обмоткой постоянного тока ротора и обмоткой переменного тока статора. Синхронные машины широко применяются в качестве трехфазных генераторов переменного тока на электростанциях, а также используются в качестве электродвигателей.
Асинхронная машина (двигатель или генератор) – это машина, в которой ее подвижная часть вращается с частотой вращения, отличной от частоты вращения магнитного поля. Асинхронные машины применяются в основном в качестве двигателей. Асинхронные двигатели и генераторы, входят в большую группу электрических машин переменного тока.
Приведенный обзор существующих электродвигателей показал, что асинхронные двигатели имеет значительные преимущества перед двигателями других типов.
Перед нами поставлена задача создать устройство регулировки скорости вращения асинхронного двигателя. Для этого рассмотрим принцип работы асинхронного двигателя.
Трехфазные асинхронные двигатели являются простейшими машинами переменного тока. Двигатель состоит из основных частей: обмотка статора трех фаз, корпуса двигателя и вращающегося ротора типа беличье колесо.
Статор состоит из станины, в которой закреплен магнитный провод, представляющий собой полый цилиндр, собранный из листов электротехнической стали, толщиной 0,5 мм, изолированных друг от друга слоем лака, для уменьшения потерь на вихревые токи. В пазах на внутренней стороне статора размещены обмотки трех фаз. Обмотка каждой фазы состоит из одной или нескольких групп катушек, соединенных между собой, оси катушек смещены в пространстве на 120 ͦ.
Три обмотки статора укладываются в пазы таким образом, что они создают три пары магнитных полюсов. Вращающееся магнитное поле возбуждается в алюминиевых стержнях электрическим током I2. В результате возникшее магнитное поле ротор с силой Fm действует с вращающимся магнитным полем статора. Сила Fm на оси ротора создает вращающийся момент M= Fmr, где r-радиус ротора, начинает вращаться со скоростью
n2<n1 [1]
где n2 –скорость вращения ротора; n1 – скорость вращения магнитного поля.
Из неравенства можно увидеть, что ротор вращается с меньшей скоростью, нежели магнитное поле неподвижного статора. Асинхронность вращения ротора и поля статора дали название самому двигателю - асинхронный двигатель.
Собранный из листов электротехнической стали, ротор асинхронной машины представляет собой цилиндрический сердечник имеющий изоляцию друг от друга лаком. Сердечник ротора установлен на валу, закрепленном в подшипниках.
В большинстве электродвигателей используются ротор с короткозамкнутой обмоткой. Поскольку тот имеет низкую стоимость и прост в эксплуатации. Обмотка такого ротора изготавливается в виде цилиндрической клетки, которые без изоляции укладывают в пазы сердечника ротора. А замыкаются концы стержней на торцах ротора кольцами из того же материала, что и стержни («беличье колесо»). Беличья клетка представляет собой короткозамкнутую обмотку ротора, что объясняет ее соответствующее название.
Из неравенства можно увидеть, что ротор вращается с меньшей скоростью, нежели магнитное поле неподвижного статора. Асинхронность вращения ротора и поля статора дали название самому двигателю - асинхронный двигатель.
Собранный из листов электротехнической стали, ротор асинхронной машины представляет собой цилиндрический сердечник имеющий изоляцию друг от друга лаком. Сердечник ротора установлен на валу, закрепленном в подшипниках.
В большинстве электродвигателей используются ротор с короткозамкнутой обмоткой. Поскольку тот имеет низкую стоимость и прост в эксплуатации. Обмотка такого ротора изготавливается в виде цилиндрической клетки, которые без изоляции укладывают в пазы сердечника ротора. А замыкаются концы стержней на торцах ротора кольцами из того же материала, что и стержни («беличье колесо»). Беличья клетка представляет собой короткозамкнутую обмотку ротора, что объясняет ее соответствующее название.
Вращающееся магнитное поле является основной концепцией электродвигателей и генераторов.
В асинхронном двигателе для получения вращающегося поля используются обмотки статора. Магнитный поток, образованный ими, создает ЭДС в проводниках ротора. При взаимодействии магнитного поля статора и индуцируемого тока в обмотке ротора создается электромагнитная сила, приводящая во вращение вал электродвигателя.
Весь этот процесс выглядит следующим образом:
1. При запуске двигателя магнитное поле статора пересекается с контуром ротора и индуцирует электродвижущую силу.
2. В коротко замкнутом роторе возникает переменный ток, создав крутящий момент в двух магнитных полях (статора и ротора)
3. Ротор, который крутится, пытается догнать поле статора.
4. В тот момент, когда частоты вращения магнитного поля статора и ротора совпадут, электромагнитные процессы в роторе затухают и крутящий момент становится равным нулю.
5. Магнитное поле статора возбуждает контур ротора, который к этому моменту снова отстает.
То есть ротор всегда медленнее магнитного поля статора, что и обеспечивает асинхронность.
Поскольку ток в роторе индуцируется бесконтактно, нет необходимости в скользящих контактах, что делает асинхронные двигатели более надежными и эффективными.
На частоту вращения магнитного поля статора влияет частота питающей сети и число пар полюсов. Поскольку число пар полюсов зависит от типа двигателя и остается неизменным, то, если вы хотите изменить частоту вращения поля, необходимо изменить частоту питающей сети с помощью преобразователя.
По сравнению с другими типами электродвигателей у асинхронного наиболее простая конструкция. Из данной особенности вытекает еще одно преимущество – это невысокая цена. Также эксплуатация асинхронных двигателей считается не затратной, обслуживание не представляет сложностей.
Но имея массу достойнств и являясь самым распространенным электродвигателем , асинхронный имеет ряд недостатков, которые следует непренебрегать. Скорость вращения вала двигателя зависит от частоты питающей сети, её можно считать недостатком в том случае, когда необходимо в процессе работы менять скорость вращения. Её управляют за счет преобразователей частоты.
Весь этот процесс выглядит следующим образом:
1. При запуске двигателя магнитное поле статора пересекается с контуром ротора и индуцирует электродвижущую силу.
2. В коротко замкнутом роторе возникает переменный ток, создав крутящий момент в двух магнитных полях (статора и ротора)
3. Ротор, который крутится, пытается догнать поле статора.
4. В тот момент, когда частоты вращения магнитного поля статора и ротора совпадут, электромагнитные процессы в роторе затухают и крутящий момент становится равным нулю.
5. Магнитное поле статора возбуждает контур ротора, который к этому моменту снова отстает.
То есть ротор всегда медленнее магнитного поля статора, что и обеспечивает асинхронность.
Поскольку ток в роторе индуцируется бесконтактно, нет необходимости в скользящих контактах, что делает асинхронные двигатели более надежными и эффективными.
На частоту вращения магнитного поля статора влияет частота питающей сети и число пар полюсов. Поскольку число пар полюсов зависит от типа двигателя и остается неизменным, то, если вы хотите изменить частоту вращения поля, необходимо изменить частоту питающей сети с помощью преобразователя.
По сравнению с другими типами электродвигателей у асинхронного наиболее простая конструкция. Из данной особенности вытекает еще одно преимущество – это невысокая цена. Также эксплуатация асинхронных двигателей считается не затратной, обслуживание не представляет сложностей.
Но имея массу достойнств и являясь самым распространенным электродвигателем , асинхронный имеет ряд недостатков, которые следует непренебрегать. Скорость вращения вала двигателя зависит от частоты питающей сети, её можно считать недостатком в том случае, когда необходимо в процессе работы менять скорость вращения. Её управляют за счет преобразователей частоты.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Простота в сборке, легкость в эксплуатации, низкая себестоимость и высокая надежность являются причиной того, что асинхронный двигатель закрепился как самый распространенный и наиболее выгодный из всех электродвигателей. Из принципа работы асинхронного двигателя стало ясно, что это один из надежных и экономичных двигателей в мире со своими плюсами и минусами. Основным моментом является регулировка скорости вращения асинхронного двигателя. Для обеспечения изменении скорости вращения асинхронного двигателя необходимо менять частоту подаваемого на двигатель напряжения.
ЛИТЕРАТУРЫ
-
М.В.Немцов, М.Л. Немцова Электротехника и электроника – М.: Издательский центр «Академия», 2013.
-
П.В. Ермуратский, Г.П. Лычкина, Ю.Б. Минкин Электротехника и электроника – М.:ДМК Пресс,2013.
-
А.И.Вольдек, В.В.Попов. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы. –Санкт-Петербург.: 2007.