Принцип роботи асинхронного двигуна

Принцип работы асинхронного двигателя

Здравствуйте, шановні відвідувачі сайту http://zametkielectrika.ru.

Електричні машини змінного струму знайшли широке розповсюдження, як у сфері промисловості (кульові млини, дробарки, вентилятори, компресори), так і в домашніх умовах (свердлильний та наждачний верстати, циркулярна пила).

Основна їх частина є безколекторними машинами, які в свою чергу поділяються на асинхронні і синхронні.

Асинхронні і синхронні електричні машини володіють однією чудовою властивістю під назвою оборотність, тобто вони можуть працювати як у руховому режимі, так і в генераторному.

Але щоб далі перейти до більш докладного їх розгляду і вивчення, необхідно знати принцип їх роботи. Тому в сьогоднішній статті я розповім Вам про принцип роботи асинхронного двигуна. Після прочитання цього матеріалу Ви дізнаєтеся про електромагнітні процеси, що протікають в електродвигунах.

Отже, поїхали.

Принцип роботи трифазного асинхронного двигуна

З пристроєм асинхронного двигуна ми вже знайомилися, тому повторюватися другий раз не будемо. Кому цікаво, то переходьте по ссилочку і читайте.

При підключенні асинхронного двигуна в мережу необхідно його обмотки з’єднати зіркою або трикутником. Якщо раптом на висновках в клеммнике відсутнє маркування, то необхідно самостійно визначити початку і кінці обмоток електродвигуна.

При включенні обмоток статора асинхронного двигуна в мережу трифазного змінного напруги утворюється обертове магнітне поле статора, яке має частоту обертання n1. Частота його обертання визначається за наступною формулою:

Принцип работы асинхронного двигателя

  • f — частота живлячої мережі, Гц
  • р — число пар полюсів

Це обертове магнітне поле статора пронизує, як обмотку статора, так і обмотку ротора, індукує (наводить) в них ЕРС (Е1 і Е2). В обмотці статора наводиться ЕРС самоіндукції (Е1), яка спрямована назустріч прикладеній напрузі мережі й обмежує величину струму в обмотці статора.

Як Ви вже знаєте, обмотка ротора замкнута накоротко, у електродвигунів з короткозамкненим ротором, або через опір, у електродвигунів з фазним ротором, тому під дією ЕРС ротора (Е2) в ній з’являється струм. Так от взаємодія індукованого струму в обмотці ротора з обертовим магнітним полем статора створює електромагнітну силу Fэм.

Напрямок електромагнітної сили Fэм можна легко знайти за правилом лівої руки.

Правило лівої руки для визначення напрямку електромагнітної сили

На малюнку нижче показаний принцип роботи асинхронного двигуна. Полюси обертового магнітного поля статора в певний період позначені N1 і S1. Ці полюси в нашому випадку обертаються проти годинникової стрілки. І в інший момент часу вони будуть знаходиться в іншому просторовому положенні. Тобто ми як би зафіксували (зупинили) час і бачимо наступну картину.

Принцип работы асинхронного двигателя

Струми в обмотках статора і ротора зображені у вигляді хрестиків і точок. Поясню. Якщо стоїть хрестик, то значить струм в цій обмотці спрямований від нас. І навпаки, якщо точка, то струм в цій обмотці направлений до нас. Пунктирними лініями показані силові магнітні лінії обертового магнітного поля статора.

Встановлюємо долоню руки так, щоб силові магнітні лінії входили в нашу долоню. Витягнуті 4 пальця потрібно направити уздовж напрямку струму в обмотці. Відведений великий палець покаже нам напрямок електромагнітної сили Fэм для конкретного провідника з струмом.

На малюнку показані тільки дві сили Fэм, які створюються провідників ротора з струмом, спрямованим від нас (хрестик) і до нас (точка). І як ми бачимо, електромагнітні сили Fэм намагаються повернути ротор у бік обертання обертового магнітного поля статора.

Пояснювальний малюнок для визначення електромагнітної сили Fэм для провідника з струмом, який спрямований від нас (хрестик).

Принцип работы асинхронного двигателя

Пояснювальний малюнок для визначення електромагнітної сили Fэм для провідника з струмом, який направлений до нас (точка).

Принцип работы асинхронного двигателя

Сукупність цих електромагнітних сил від кожного провідника з струмом створює загальний електромагнітний момент М, який приводить в обертання вал електродвигуна з частотою n.

Ця частота називається, асинхронної.

Звідси і походить назва асинхронний двигун. Частота обертання ротора n завжди менше частоти обертового магнітного поля статора n1, тобто відстає від неї. Для визначення величини відставання введено термін «ковзання», який визначається за наступною формулою:

Принцип работы асинхронного двигателя

Виразимо з цієї формули частоту обертання ротора:

Принцип работы асинхронного двигателя

Приклад розрахунку частоти обертання двигуна

Наприклад, у мене є двигун типу АИР71А4У2 потужністю 0,55 (кВт):

  • число пар полюсів у нього дорівнює 4 (2р=4, р=2)
  • частота обертання ротора становить 1360 (об/хв)

Ось його бирка.

Принцип работы асинхронного двигателя

Визначимо частоту обертання поля статора цього двигуна при частоті живильної мережі 50 (Гц):

Принцип работы асинхронного двигателя

Знайдемо величину ковзання для цього двигуна:

Принцип работы асинхронного двигателя

До речі, напрямок руху обертового магнітного поля статора, а отже, і напрямок обертання вала електродвигуна, можна змінити. Для цього необхідно поміняти місцями будь-які два висновки джерела напруги трифазної напруги. Про це я згадував Вам в статтях про реверс електродвигуна і чергування фаз.

Принцип роботи асинхронного двигуна. Висновки

Знаючи принцип роботи асинхронного двигуна, можна зробити висновок, що електрична енергія перетворюється в механічну енергію обертання валу електродвигуна.

Частота обертання магнітного поля статора, а отже і ротора, безпосередньо залежить від числа пар полюсів і частоти живильної мережі. Якщо число пар полюсів обмежується типом двигуна (р = 1, 2, 3 і 4), то частоту живильної мережі можна змінити в більшому діапазоні, наприклад, за допомогою частотного перетворювача.

Якщо в нашому прикладі частоту живильної мережі збільшити всього на 10 (Гц), то частота обертання магнітного поля статора збільшиться на 300 (об/хв).

Досвід по установці і монтажу частотних перетворювачів у мене є, але не великий. Кілька років тому на міському водоканалі ми проводили заміну двох високовольтних двигунів насосів холодної води на низьковольтні двигуни з частотними перетворювачами. Але це вже окрема тема для розмови. Зараз покажу Вам декілька фотографій.

Ось фотографія старого високовольтного двигуна напругою 6 (кВ).

Принцип работы асинхронного двигателя

А це нові двигуни напругою 400 (В), встановлені замість старих високовольтних.

Принцип работы асинхронного двигателя

Ось шафи частотних