Асинхронный электродвигатель — одна из самых распространенных вариаций на тему рационального использования электрической энергии. Несомненные преимущества таких агрегатов — простое устройство, надежность, долговременность эксплуатации и относительная дешевизна. Главное достоинство — экологичность, минимальное загрязняющее действие на внешнюю среду.
Устройство и назначение асинхронного двигателя
Применение электромоторов стало неотъемлемой частью современной реальности, их можно встретить в быту и на производстве, в строительной сфере, и это далеко не полный список отраслей, где они задействованы. Открытие и практическое применение асинхронного электродвигателя приходится на конец XIX века, когда в Турине Г. Феррарис опубликовал теоретическое исследование. Тезисы, сделанные в нем, привели ученого к неправильным выводам. Он посчитал КПД незначительным, представляющим только научный интерес. Тем временем ученые посчитали, что у этого агрегата есть гораздо больший потенциал, чем предполагалось.
Выходец из России, М. Доливо-Добровольский, запатентовал свою разработку — трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором. На сегодняшний день, несмотря на все доработки, разновидности и внесенные усовершенствования, это все еще самая востребованная электромашина.
Примерное представление о частях электродвигателя имеет любой выпускник средней школы, посещавший уроки физики. Принцип работы агрегата довольно прост:
- Статор остается неподвижным в процессе работы.Он сделан из специального сплава и вмонтирован в статическое основание, вылитое из не намагничивающегося сырья, не обладающего способностью намагничиваться. Его обмотки — это и есть трехфазная система. Фазы подключаются к сети по одной из двух несложных схем, а провода закладываются в пазы под углом в 120 градусов.
- Ротор — динамичная часть устройства, но его вращение по частоте отличается от аналогичного параметра электромагнитного поля. На этом основана работа асинхронного электродвигателя.Такое обстоятельство дало ему название — асинхронный, из-за частей, работающих по индивидуальному алгоритму.
- В работе задействованы базовые компоненты полезного устройства, но активность деятельности демонстрирует только ротор, взаимодействующий со своим стабильным антиподом. При запуске двигателя поле, пересекаясь с его контуром, инициирует появление силы. Это приводит к возникновению переменного тока.
Создание магнитных полей (МП) у статора и ротора приводит к появлению крутящего момента, который уходит в ноль в момент совпадения частот. Однако МП стабильной части устройства вновь запускает ротор, и так, пока есть электроэнергия, которую они превращают в полезную механическую.
М. Добужинский, физик: «Асинхронный двигатель — один из самых применяемых электродвигателей, поразительное по своей простоте и целесообразности устройство. Примерное представление о его функционировании основано на вращении рамки в ЭМП с переменными значениями. Однако в него были вынесены конструктивные дополнения, которым мы обязаны появлением модели, имеющей практическое значение, а особенности конструкции — к делению на виды, имеющие важное значение в разных сферах».
Принцип работы асинхронного двигателя
Процесс генерации ЭМП стартует сразу после трансляции тока из электросети на обмотки, размещенные на статическом сегменте. Оттуда действие передается на подвижную часть агрегата, в результате взаимная индукция инициирует в металлическом каркасе токи в асинхронных электродвигателях, имеющие вихревой характер.
Благодаря их появлению происходит образование ЭДС вторичной этиологии, она генерирует электромагнитное поле в подвижном сегменте конструктивного приспособления. Трехфазный асинхронный электродвигатель с самым высоким КПД, поскольку работает от аналогичного источника энергии. Смещая функциональные детали стартера под углом в 120 градусов, конструкторы получают возможность построения магнитного поля в соответствии с напряжением сети — у нее такая же разность кривых электровеличины.
Если представить себе, как работает это устройство в виде инфографики, получится три линии, демонстрирующие стадии процесса:
- Сначала основной поток, с максимальным значением, дополняют два других, с равной силой.
- Затем один из дополнительных падает до нулевого значения, а максимальный и второй дополнительный равны по величине.
- Дополнительный приобретает максимальный уровень, основной выравнивается с ранее имевшим нулевую фазу.
На протяжении определенного периода происходит вращение ротора. Он поступательно двигается вокруг заданной оси, но перманентно отстает от поля статора. Поэтому говорят, что ротор пытается догнать поле, созданное вокруг статической части. Название «асинхронный» связано с этим запаздыванием. Происходящие процессы сгенерированы заранее, но никогда не совпадают по времени. В промышленности применяются и синхронные электродвигатели. В них создается постоянное магнитное поле, для этого устанавливается вспомогательная обмотка.
Виды асинхронного двигателя
ГОСТ регламентирует сферу применения в соответствии с мощностью асинхронного электродвигателя. Нет единой классификации, в которой учитывались бы конструктивные особенности и принципы дифференциации. Поэтому перечислим основные критерии разграничения на виды.
По числу питающих фаз:
- электродвигатель асинхронный однофазный — с двумя обмотками, пусковой и рабочей;
- двухфазный, где тоже две обмотки, одна работает от сетевого напряжения, а вторая — через конденсатор, смещающий фазы;
- трехфазный — самый распространенный, он может подключаться к аналогичной сети, но есть и агрегаты, которые могут соединяться с однофазной.
По типу ротора:
- короткозамкнутый дешевле, но обладает тяжелым пуском;
- фазный, со вспомогательной обмоткой, дороже, но работа электродвигателя становится более плавной.
По способу подачи энергии: через рабочие обмотки, установленные на статоре или на роторе асинхронного электродвигателя (например, двигатели Шраге-Рихтера).
Асинхронный короткозамкнутый электродвигатель — функциональное устройство с бюджетной стоимостью, его отличительными особенностями являются низкое усилие на старте и большие пусковые токи. Поэтому в каждой из разновидностей по числу питающих фаз есть разные способы пуска и схемы подключения.
Функциональные и эксплуатационные особенности асинхронного двигателя
Применяемые типы обмотки, звездной или треугольной формы, позволяют регулировать скорость, смещая рабочую точку (переключая напряжение на выводах электродвигателя). Подключаемый инвертор дает возможность контролировать частотность и напряжение на выходе. Есть общие особенности:
- указываемая номинальная мощность двигателя не равна потребляемой из сети;
- полная больше механической с вала;
- номинальная реактивная — это часть полной, реверсирующей;
- частота оборотов мобильной части — параметр, определяющий скорость вращательно движения.
В однофазном двигателе применяются 3 разработанных вида запуска — расщепленные полюсы, конденсатор или резистор. В трехфазном асинхронном моторе основные — запуск контактором, переход со звездного контура на треугольный. В вариабельных случаях может задействоваться реостат, трансформации количества полюсов, трансформатор, преобразователи и многое другое, наработанное конструкторами. Функционирование такого двигателя происходит с задействованием прямой или реверсивной схемы. Во втором случае ротор движется в поступательном или обратном направлении. Назначение электродвигателя — причина внесенных изменений в конструкции, особенностей схемы и пуска. В большинстве из них есть реле и световая сигнализация для получения информации о работе контакторов, температуре нагрева и пр.
Интересно! Двухполюсный автоматический выключатель: преимущества и недостатки.
Достоинства и недостатки асинхронных электродвигателей
Положительных моментов у этого типа устройств гораздо больше, чем недочетов, этим и объясняется их широкое распространение. Они:
- бюджетные и простые по конструкции, в отличие от других типов;
- имеют минимальное количество поломок в работе;
- для включения не требуют дополнительных приспособлений;
- спокойно воспринимают кратковременные перегрузки и незатратные в применении.
Перечисляя преимущества, указывают и недостатки, которые также имеются у несложного по конструктивным особенностям агрегата. Это:
- значительные по величине пусковые токи;
- недостаточно сильный пуск (отсюда значительное количество разработанных вариантов);
- ограниченная возможность прямого включения;
- низкий КПД мощности;
- относительная зависимость от поступающего напряжения.
Такой электродвигатель — бесспорный лидер по широте сферы использования. Причина распространенности — простота, долговременность и надежность эксплуатации, вариабельные режимы работы, от продолжительного до кратковременного и особого. После изобретения он неоднократно усовершенствовался для устранения недочетов. Теперь у потребителя есть возможность подобрать агрегат с оптимальным режимом работы и мощностью.
