Както повечето електрически двигатели, асинхроннидвигателят с променлив ток (AM) има неподвижна външна част, която се нарича статор, и ротор, който се върти вътре. Между тях има внимателно изчислена въздушна междина.
Как действа?
Устройството и принципът на действие на асинхроннидвигателите, както и всички останали, се основават на факта, че въртенето на магнитно поле се използва за задвижване на ротора. Трифазното кръвно налягане е единственият тип двигател, при който то се създава естествено поради естеството на захранването. В постояннотокови двигатели за това се използва механична или електронна комутация, а в еднофазни ИМ се използват допълнителни електрически елементи.
За работа на електрическия мотор, двекомплекти електромагнити. Принципът на действие на асинхронен електродвигател е, че един комплект се формира в статора, тъй като източник на променлив ток е свързан към неговата намотка. Според закона на Ленц това индуцира електромагнитна сила (ЕМП) в ротора по същия начин, по който се индуцира напрежение във вторичната част на трансформатора, създавайки различен набор от електромагнити. Оттук и друго име за АД - асинхронен двигател. Дизайнът и принципът на работа на асинхронните двигатели се основават на факта, че взаимодействието между магнитните полета на тези електромагнити генерира сила на въртящ момент. В резултат на това роторът се върти по посока на получения въртящ момент.
статор
Статорът се състои от няколко тънки пластини, направени оталуминий или чугун. Те се притискат заедно, за да образуват цилиндър с куха сърцевина с прорези. В тях са положени изолирани проводници. Всяка група намотки, заедно със заобикалящото ядро, след прилагане на променлив ток към него, образува електромагнит. Броят на IM полюсите зависи от вътрешната връзка на намотките на статора. Той е проектиран по такъв начин, че при свързване на източника на енергия да се генерира въртящо се магнитно поле.
ротор
Роторът се състои от няколко тънки стоманиплочи с алуминиеви или медни пръти, равномерно разположени по периферията. В най-популярния си вид - късо съединение или „клетка за катерици“ - пръчките в краищата са свързани механично и електрически посредством пръстени. Почти 90% от кръвното налягане използва такъв дизайн, тъй като е прост и надежден. Роторът се състои от цилиндрична ламеларна сърцевина с аксиално разположени успоредни канали за проводниците. Във всеки жлеб се побира пръчка от мед, алуминий или сплав. Те са късо съединени от двете страни чрез крайни пръстени. Този дизайн наподобява клетка на катерица, поради което е получил съответното име.
Слотовете на ротора не са идеално успоредни на вала. Те са направени леко изкривени поради две основни причини. Първият е да се осигури безпроблемна работа на AM чрез намаляване на магнитния шум и хармониците. Второто е да се намали вероятността от застой на ротора: зъбите му влизат в статорните отвори поради директното магнитно привличане между тях. Това се случва, когато броят им съвпада. Роторът е монтиран на вала с лагери във всеки край. Едната част обикновено изпъква повече от другата за задвижване на товара. Някои двигатели имат сензори за скорост или положение, прикрепени към неработещия край на вала.
Между статора и ротора има въздушна междина. Чрез него се предава енергия. Генерираният въртящ момент кара ротора и товара да се въртят. Независимо от вида на използвания ротор, конструкцията и принципът на действие на асинхронния двигател остават непроменени. Обикновено AM се класифицират според броя на намотките на статора. Прави се разлика между еднофазни и трифазни електродвигатели.
Устройството и принципът на работа на еднофазен асинхронен двигател
Еднофазното кръвно налягане съставлява най-голямата частелектрически двигатели. Съвсем логично е, че най-често се използва най-евтиният и непретенциозен двигател. Както подсказва името, целта, принципът на действие на асинхронен двигател от този тип се основава на наличието само на една намотка на статора и работа с еднофазен източник на енергия. Всички АД от този тип имат катеричен ротор с катерица.
Еднофазните двигатели не се стартират сами.Когато двигателят е свързан към източник на захранване, през главната намотка започва да тече променлив ток. Той генерира пулсиращо магнитно поле. Поради индукцията роторът е под напрежение. Тъй като основното магнитно поле пулсира, въртящият момент, необходим за завъртане на двигателя, не се генерира. Роторът започва да вибрира, а не да се върти. Следователно за еднофазен IM е необходим спусък. Той може да осигури първоначален тласък, за да накара вала да се движи.
Стартовият механизъм на еднофазен ИМ се състои отглавно от допълнителната намотка на статора. Може да бъде придружен от сериен кондензатор или центробежен превключвател. Когато се подава захранващото напрежение, токът в основната намотка изостава от напрежението поради съпротивлението си. В същото време електричеството в стартовата намотка изостава или води захранващото напрежение в зависимост от импеданса на спусъка. Взаимодействието между магнитните полета, генерирани от основната намотка и стартовата верига, създава полученото магнитно поле. Върти се в една посока. Роторът започва да се върти по посока на полученото магнитно поле.
След като скоростта на двигателя достигне около75% от номиналния, центробежен превключвател изключва стартовата намотка. Освен това двигателят може да поддържа достатъчен въртящ момент, за да работи самостоятелно. С изключение на двигатели със специален стартов кондензатор, всички еднофазни двигатели обикновено се използват за генериране на мощност, която не надвишава 500 W. В зависимост от различните методи за стартиране, еднофазните IM се класифицират допълнително, както е описано в следващите раздели.
Кръвно налягане с разделена фаза
Предназначение, устройство и принцип на действиеасинхронните двигатели с разделена фаза се основават на използването на две намотки в него: стартова и основна. Стартерът е направен от тел с по-малък диаметър и по-малко завои спрямо основния, за да се създаде по-голямо съпротивление. Това позволява неговото магнитно поле да бъде ориентирано под ъгъл. Тя се различава от посоката на основното магнитно поле, което кара ротора да се върти. Работната намотка, която е направена от проводник с по-голям диаметър, осигурява работата на двигателя през останалото време.
Началният въртящ момент е нисък, обикновено от 100 до175% от номинала. Двигателят изтегля висок стартов ток. Той е 7-10 пъти по-висок от номиналния. Максималният въртящ момент също е 2,5–3,5 пъти по-висок. Този тип двигател се използва в малки шлифовъчни машини, вентилатори и вентилатори, както и в други приложения с нисък въртящ момент, вариращи от 40 до 250 вата. Използването на такива двигатели трябва да се избягва, когато се изискват чести цикли на изключване или висок въртящ момент.
IM със стартиране на кондензатор
Кондензатор тип асинхронен двигател ипринципът на неговото действие се основава на факта, че кондензатор е свързан последователно към стартовата си намотка с разделена фаза, която осигурява начален "импулс". Както при предишния тип двигатели, има и центробежен превключвател. Той деактивира стартовата верига, когато скоростта на двигателя достигне 75% от номиналната скорост. Тъй като кондензаторът е свързан последователно, това създава по-голям начален въртящ момент, достигащ 2-4 пъти работния въртящ момент. И пусковият ток, като правило, е 4,5-5,75 пъти номиналния, което е много по-ниско, отколкото в случай на разделена фаза, поради по-големия проводник в стартовата намотка.
Модифицираната опция за стартиране се различавадвигател с активно съпротивление. При този тип двигател капацитетът се заменя с резистор. Резисторът се използва, когато се изисква по-малък въртящ момент, отколкото при използване на кондензатор. Освен по-ниската цена, това не предлага никакви предимства пред капацитивното стартиране. Тези двигатели се използват в приложения с ремъчно задвижване, като малки конвейери, големи вентилатори и помпи, както и много приложения с директно задвижване или задвижване.
AD с работещ кондензатор с фазово изместване
Устройството и принципът на действие на асинхронниядвигателите от този тип се основават на постоянното свързване на кондензатор последователно със стартовата намотка. След като двигателят достигне номиналната скорост, стартовата верига става спомагателна. Тъй като капацитетът трябва да бъде номинален за продължителна употреба, той не може да осигури първоначалния импулс на стартовия кондензатор. Стартовият въртящ момент на такъв двигател е нисък. Това е 30-150% от номинала. Стартовият ток е малък - по-малко от 200% от номиналния, което прави електрическите двигатели от този тип идеални, когато се изисква често включване и изключване.
Този дизайн има няколко предимства.Веригата е лесна за модификация за използване с регулатори на скоростта. Електрическите двигатели могат да бъдат настроени за оптимална ефективност и висок коефициент на мощност. Те се считат за най-надеждните еднофазни двигатели главно защото не използват центробежен пусков превключвател. Те се използват във вентилатори, вентилатори и често включвани устройства. Например при регулиращи механизми, отварящи се врати и гаражни врати.
AD със стартиращ и работещ кондензатор
Устройството и принципът на действие на асинхронниядвигателите от този тип се основават на последователното свързване на стартовия кондензатор към стартовата намотка. Това прави възможно създаването на повече въртящ момент. Освен това той има постоянен кондензатор, който е свързан последователно със спомагателната намотка след изключване на стартовия капацитет. Тази подредба позволява големи претоварвания с въртящ момент.
Този тип двигател е предназначен за по-ниски токовепълно натоварване, което го прави по-ефективен. Този дизайн е най-скъп поради наличието на пускови, работещи кондензатори и центробежен превключвател. Използва се в дървообработващи машини, въздушни компресори, водни помпи с високо налягане, вакуумни помпи и там, където се изисква висок въртящ момент. Мощност - от 0,75 до 7,5 kW.
IM с екраниран стълб
Устройството и принципът на действие на асинхронниядвигател от този тип се състои в това, че има само една основна намотка и липсва начална намотка. Стартът се прави поради факта, че около малка част от всеки от полюсите на статора има екраниращ меден пръстен, в резултат на което магнитното поле в тази област изостава от полето в неекранираната част. Взаимодействието на двете полета кара вала да се върти.
Тъй като няма стартова намотка или превключвателили кондензатор, двигателят е електрически прост и евтин. Освен това скоростта му може да се регулира чрез промяна на напрежението или чрез намотка с много кранове. Дизайнът на сенчестия полюсен двигател позволява масово производство. Обикновено се счита за "еднократна", защото е много по-евтино да се замени, отколкото да се поправи. В допълнение към положителните качества, този дизайн има редица недостатъци:
- нисък стартов въртящ момент, равен на 25–75% от номиналния;
- високо приплъзване (7–10%);
- ниска ефективност (под 20%).
Ниските първоначални разходи позволяват използването наAD от този тип в устройства с ниска мощност или рядко използвани устройства. Това са домакински многоскоростни вентилатори. Но техният нисък въртящ момент, ниска ефективност и лоши механични характеристики не позволяват тяхната търговска или промишлена употреба.
Трифазно кръвно налягане
Тези електродвигатели са широко използвани впромишленост. Устройството и принципът на действие на трифазен асинхронен двигател се определят от неговия дизайн - с катерица или с фазов ротор. Той не изисква кондензатор, намотка на стартера, центробежен превключвател или друго устройство за стартиране. Стартовият въртящ момент е среден до висок, както и мощността и ефективността. Те се използват в шлифовъчни, стругови, пробивни машини, помпи, компресори, конвейери, селскостопанска техника и др.
BP със затворен ротор
Това е трифазен асинхронен двигател, принципътработа и устройството на които са описани по-горе. Той представлява почти 90% от всички трифазни електродвигатели. Предлага се с мощност от 250 W до няколкостотин kW. В сравнение с еднофазните двигатели от 750 W те са по-евтини и издържат на големи натоварвания.
IM с фазов ротор
Устройството и принципът на действие на трифазнияАсинхронен двигател с фазов ротор се различава от клетката за катерица тип AD по това, че на ротора има набор от намотки, чиито краища не са късо съединени. Те се извеждат на плъзгащи се пръстени. Това позволява външни резистори и контактори да бъдат свързани към тях. Максималният въртящ момент е право пропорционален на съпротивлението на ротора. Следователно при ниски скорости той може да бъде увеличен с допълнително съпротивление. Високото съпротивление позволява голям въртящ момент при нисък стартов ток.
Докато роторът се ускорява, съпротивлениетонамалява, за да промени характеристиките на двигателя, за да отговаря на изискванията за натоварване. След като двигателят достигне базова скорост, външните резистори се изключват. А електродвигателят работи като нормално кръвно налягане. Този тип е идеален за високи инерционни натоварвания, изискващи въртящ момент да се прилага при почти нулева скорост. Той осигурява ускорение до максимум за минимално време с минимална консумация на ток.
Недостатъкът на такива двигатели е тозиплъзгащите се пръстени и четките изискват редовна поддръжка, която не е необходима за двигател с клетка с катерица. Ако намотката на ротора е затворена и се направи опит за стартиране (т.е. устройството се превръща в стандартен IM), в него ще тече много висок ток. Той е 14 пъти номиналния при много нисък въртящ момент от 60% от основния въртящ момент. В повечето случаи това не намира приложение.
Промяна на зависимостта на скоростта на въртене отвъртящ момент чрез регулиране на съпротивлението на ротора, можете да променяте скоростта при определен товар. Това им позволява ефективно да ги намалят с около 50%, ако натоварването изисква променлив въртящ момент и скорост, което често се среща в печатащите машини, компресорите, конвейерите, подемниците и асансьорите. Намаляването на скоростта под 50% води до много ниска ефективност поради по-голямото разсейване на мощността в съпротивленията на ротора.
