Асинхронные электродвигатели: принцип работы

8 (812) 930-51-20

8 (812) 741 07 74

pribor05@yandex.ru

• Категория: Асинхронные электродвигатели

Асинхронный электродвигатель – наиболее совершенное оборудование, трансформирующее электрическую энергию в механическую. Разработан он еще в XIX веке российским инженером М.О. Доливо-Добровольским. Именно ему и принадлежит патент на трехфазный электромотор с ротором короткозамкнутого типа. Разработка оказалась настолько удачной, что до сих пор в 90% устройств, для работы которых требуется электропривод, используются моторы именно этого типа. Конструктивная простота, внушительный КПД, надежность, невысокая цена – преимуществ у них множество. Как именно они устроены? Какими классами представлены? По какому принципу функционируют?

Конструктивные особенности

В классическом исполнении электромотор сформирован следующими модулями:

• Корпус, внутри которого находятся подвижные механизмы, контактные группы, модули охлаждения, электронные схемы (в зависимости от модификации).
• Статор. Статичная часть в форме цилиндра. Чтобы свести к минимуму потери, вызванные вихревыми токами, сердечник статора создается на основе тонких пластин из стали, соединенных лаком, изолированных посредством окалины. На сердечнике предусмотрены пазы, позволяющие закрепить обмотки мотора с углом расхождения в 120 градусов.
• Ротор – подвижный элемент, который представлен парой видов:

1. Короткозамкнутый. Сердечник, сформированный стержнями из алюминия, замкнутый торцевыми кольцами.
2. Фазный. Его основа – обмотка на три фазы, соединенная по методике “треугольника” или “звезды”, расположенная в углублениях сердечника.

• Вал. Прочный металлический элемент, передающий вращающее усилие на вентилятор или другое устройство.
• Модуль охлаждения. Как правило, это вентилятор, обеспечивающий постоянный обдув электрической части для оперативного отвода тепловой энергии.
• Подшипники, обеспечивающие свободное вращение вала, и другие элементы.

Однофазные асинхронные электромоторы: классификация

Асинхронные моторы, работающие на переменном токе, предполагают наличие единственной рабочей обмотки. При подаче напряжения (имеющего форму синусоиды) на обмотке формируется магнитное поле. Это поле пульсирует, его величина меняется, однако, позиция в пространстве остается стабильной.

Такие моторы классифицируются по принципу запуска:

1. CSIR. За старт отвечает конденсатор, за функционирование – обмотка. Устройства этой группы представлены наиболее широко, предел мощности – 1.1 кВт. Конденсатор подключен к пусковой обмотке, он формирует отставание между основной обмоткой и элементом, отвечающим за запуск. Такое отставание обеспечивает необходимый сдвиг фаз, способствует образованию вращающегося поля и, соответственно, вращающего усилия. Когда рабочая частота достигнута, активируется пускатель, мотор функционирует в стандартном режиме.
2. CSCR. За старт и функционирование отвечает конденсатор. Оптимальный мотор для использования в сложных условиях. Преимущество – огромный стартовый момент. Этот класс двигателей характеризуется наибольшей мощностью, показатель доходит до 11 кВт.
3. RSIR. За запуск отвечает сопротивление, за функционирование в нормативном режиме – обмотка. Второе название этих моторов – “с расщепленной фазой”, их мощность не превышает 250 Вт, но цена очень низкая. Модуль запуска сформирован парой обмоток статора. Первая применяется только для запуска (ее диаметр минимален, за счет чего достигается высокое сопротивление), создает отставание вращающегося поля, раскручивающее мотор. Когда мощность выходит примерно на 3/4 от номинала, электронный модуль деактивирует пусковую обмотку, мотор функционирует в стандартном режиме.
4. PSC. В моторе используется постоянно функционирующий конденсатор, который последовательно подключен к обмотке запуска. В данных моделях нет конденсатора, используемого исключительно для старта. “Пусковая” обмотка начинает выполнять второстепенную функцию, когда мотор выходит на максимальную частоту оборотов. Такие моторы очень востребованы в областях, где важна длительная работа, лимит мощности – 2.2 кВт.

Трехфазные двигатели

Устройства востребованы, главным образом, в промышленности, для корректной работы требуется высокое напряжение, 380 Вольт. Модели классифицируются по числу обмоток и мощности. С мощностью все ясно: чем выше этот параметр, тем значительнее усилие на валу, число обмоток же определяет частоту вращения.

Принцип работы трехфазного мотора таков, что реализовать его потенциал можно, в том числе, грамотным подбором схемы подключения. Если напряжение нагрузки небольшое, рациональнее использовать схему “треугольник”, высокое – “звезда”.

Принцип функционирования

Вне зависимости от количества фаз, данный принцип идентичен. На обмотку статора подается напряжение, за счет чего в фазах формируются магнитные потоки, изменяющиеся вместе с его частотой. Сдвиг между потоками – 120 градусов, благодаря чему при их слиянии возникает явление вращения.

Вращение общего потока формирует в проводниках ротора ЭДС, ток, который, при взаимодействии с потоком статора, способствует появлению стартового момента статора. При повышении тока приводится в движении ротор, формируется одна из наиболее значимых величин, на которой базируется принцип работы мотора – скольжение. Скольжение демонстрирует разницу между синхронной частотой сформированного на статоре магнитного поля и частотой оборотов ротора.

Если двигатель переведен в “холостой” режим, нагрузка на валу отсутствует, коэффициент скольжения незначителен, однако, он резко увеличивается вместе со статическим моментом. Нельзя допустить чрезмерного роста коэффициента скольжения, если превышен его критический предел, работа мотора теряет стабильность, резко возрастает риск поломки. 

Если говорить кратко, то принцип функционирования асинхронного мотора базируется на взаимодействии магнитного поля статора, находящегося в состоянии вращения, и токов, наводимых сформированным полем в пределах ротора. Возникновение вращающего усилия возможно исключительно в ситуации, когда имеет место разница в частотах вращения полей.