Асинхронный короткозамкнутый двигатель


Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: конструкция, принцип работы

Учитывая то, что электроснабжение традиционно осуществляется путём доставки потребителям переменного тока, понятно стремление к созданию электромашин, работающих на поставляемой электроэнергии. В частности, переменный ток активно используется в асинхронных электродвигателях, нашедших широкое применение во многих областях деятельности человека. Особого внимания заслуживает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, который в силу ряда причин занял прочные позиции в применении.

Секрет такой популярности состоит, прежде всего, в простоте конструкции и дешевизне его изготовления. У электромоторов на короткозамкнутых роторах есть и другие преимущества, о которых вы узнаете из данной статьи. А для начала рассмотрим конструктивные особенности этого типа электрических двигателей.

Конструкция

В каждом электромоторе есть две важных рабочих детали: ротор и статор. Они заключены в защитный кожух. Для охлаждения проводников обмотки на валу ротора установлен вентилятор. Это общий принцип строения всех типов электродвигателей.

Конструкции статоров рассматриваемых электродвигателей ничем не отличаются от строения этих деталей в других типах электромоторов, работающих в сетях переменного тока. Сердечники статора, предназначенного для работы при трехфазном напряжении, располагаются по кругу под углом 120º. На них устанавливаются обмотки из изолированной медной проволоки определённого сечения, которые соединяются треугольником или звездой. Конструкция магнитопровода статора жёстко крепится на стенках цилиндрического корпуса.

Строение электродвигателя понятно из рисунка 1. Обратите внимание на конструкцию обмоток без сердечника в короткозамкнутом роторе.

Рис. 1. Строение асинхронного двигателя с КЗ Ротором

Немного по-другому устроен ротор. Конструкция его обмотки очень похожа на беличью клетку. Она состоит из алюминиевых стержней, концы которых замыкают короткозамыкающие кольца. В двигателях большой мощности в качестве короткозамкнутых обмоток ротора можно увидеть применение медных стержней. У этого металла низкое удельное сопротивление, но он дороже алюминия. К тому же медь быстрее плавится, а это не желательно, так как вихревые токи могут сильно нагревать сердечник.

Конструктивно стержни расположены поверх сердечников ротора, которые состоят из трансформаторной стали. При изготовлении роторов сердечники монтируют на валу, а проводники обмотки впрессовывают (заливают) в пазы магнитопровода. При этом нет необходимости в изоляции пазов сердечника. На рисунке 2 показано фото ротора с КЗ обмотками.

Рис. 2. Ротор асинхронного двигателя с КЗ обмотками

Пластины магнитопроводов таких роторов не требуют лаковой изоляции поверхностей. Они очень просты в изготовлении, что удешевляет себестоимость асинхронных электродвигателей, доля которых составляет до 90% от общего числа электромоторов.

Ротор асинхронно вращается внутри статора. Между этими деталями устанавливаются минимальные расстояния в виде воздушных зазоров. Оптимальный зазор находится в пределах от 0,5 мм до 2 мм.

В зависимости от количества используемых фаз асинхронные электродвигатели можно разделить на три типа:

Они отличаются количеством и расположением обмоток статора. Модели с трехфазными обмотками отличаются высокой стабильностью работы при номинальной нагрузке. У них лучшие пусковые характеристики. Зачастую такие электродвигатели используют простую схему пуска.

Двухфазные двигатели имеют две перпендикулярно расположенных обмотки статора, на каждую из которых поступает переменный ток. Их часто используют в однофазных сетях – одну обмотку подключают напрямую к фазе, а для питания второй применяют фазосдвигающий конденсатор. Без этой детали вращение вала асинхронного электродвигателя самостоятельно не начнётся. В связи с тем, что конденсатор является неотъемлемой частью двухфазного электромотора, такие двигатели ещё называют конденсаторными.

В конструкции однофазного электродвигателя используют только одну рабочую обмотку. Для запуска вращения ротора применяют пусковую катушку индуктивности, которую через конденсатор кратковременно подключают к сети, либо замыкают накоротко. Эти маломощные моторчики используются в качестве электрических приводов некоторых бытовых приборов.

Принцип работы

Функционирование асинхронного двигателя осуществляется на основе свойства трёхфазного тока, способного создавать в обмотках статора вращающее магнитное поле. В рассматриваемых электродвигателях синхронная частота вращения электромагнитного поля связана прямо пропорциональной зависимостью с собственной частотой переменного тока.

Существует обратно пропорциональная зависимость частоты вращения от количества пар полюсов в обмотках статора. Учитывая то, что сдвиг фаз составляет 60º, зависимость частоты вращения ротора (в об/мин.) можно выразить формулой:

n= (f1*60) / p, где n1 – синхронная частота,  f1 частота переменного тока, а pколичество пар полюсов.

В результате действия магнитной индукции на сердечник ротора, в нём возникнет ЭДС, которая, в свою очередь, вызывает появление электрического тока в замкнутом проводнике. Возникнет сила Ампера, под действием которой замкнутый контур начнёт вращение вдогонку за магнитным полем. В номинальном режиме работы частота вращения ротора немного отстаёт от скорости вращения создаваемого в статоре магнитного поля. При совпадении частот происходит прекращение магнитного потока, ток исчезает в обмотках ротора, вследствие чего прекращается действие силы. Как только скорость вращения вала отстанет, переменными токами магнитных полей, возобновляется действие амперовой силы.

Разницу частот вращения магнитных полей называют частотой скольжения: ns=n1–n2, а относительную величину s, характеризующую отставание, называют скольжением.

s = 100% * ( n/ n1) = 100% * (n— n2) / n1 , где nsчастота скольжения; n1, n2 – частоты вращений статорных и роторных магнитных полей соответственно.

С целью уменьшения гармоник ЭДС и сглаживания пульсаций момента силы, стержни короткозамкнутых витков немного скашивают. Взгляните ещё раз на рис. 2 и обратите внимание на расположение стержней, выполняющих роль обмоток ротора, относительно оси вращения.

Скольжение зависит от того, какую механическую нагрузку приложено к валу двигателя. В асинхронных электромоторах изменение параметров скольжения происходит в диапазоне от 0 до 1. Причём в режиме холостого хода набравший обороты ротор почти не испытывает активного сопротивления. S приближается к нулю.

Увеличение нагрузки способствует увеличению скольжения, которое может достигнуть единицы, в момент остановки двигателя из-за перегрузки. Такое состояние равносильно режиму короткого замыкания и может вывести устройство из строя.

Относительная величина отставания соответствующая номинальной нагрузке электрической машины называется номинальным скольжением. Для маломощных электромоторов и двигателей средней мощности этот показатель изменяется в небольших пределах – от 8% до 2%. При неподвижности ротора электродвигателя скольжение стремится к 0, а при работе на холостом ходу оно приближается к 100%.

Во время запуска электромотора его обмотки испытывают нагрузку, что приводит к резкому увеличению пусковых токов. При достижении номинальных мощностей электрические двигатели с короткозамкнутыми витками самостоятельно восстанавливают номинальную частоту ротора.

Обратите внимание на кривую крутящего момента скольжения, изображённую на рис. 3.

Рис. 3. Кривая крутящего момента скольжения

При увеличении крутящего момента коэффициент s изменяется от 1 до 0 (см. отрезок «моторная область»). Возрастает также скорость вращения вала. Если скорость вращения вала превысит номинальную частоту, то крутящий момент станет отрицательным, а двигатель перейдёт в режим генерации (отрезок «генерирующая область»). В таком режиме ротор будет испытывать магнитное сопротивление, что приведёт к торможению мотора. Колебательный процесс будет повторяться, пока не стабилизируется крутящий момент, а скольжение не приблизится к номинальному значению.

Преимущества и недостатки

Повсеместное использование асинхронных двигателей с короткозамкнутыми роторами обусловлено их неоспоримыми преимуществами:

  • стабильностью работы на оптимальных нагрузках;
  • высокой надёжностью в эксплуатации;
  • низкие эксплуатационные затраты;
  • долговечностью функционирования без обслуживания;
  • сравнительно высокими показателями КПД;
  • невысокой стоимостью, по сравнению с моделями на основе фазных роторов и с другими типами электромоторов.

Из недостатков можно отметить:

  • высокие пусковые токи;
  • чувствительность к перепадам напряжений;
  • низкие коэффициенты скольжений;
  • необходимость в применении устройств, таких как преобразователи частоты, пусковые реостаты и др., для улучшения характеристик электромотора;
  • ЭД с короткозамкнутым ротором нуждаются в дополнительных коммутационных управляющих устройствах, в случаях, когда возникает необходимость регулировать скорость.

Электродвигатели данного типа имеют приличную механическую характеристику. Несмотря на недостатки, они лидируют по показателям их применения.

Основные технические характеристики

В зависимости от класса электродвигателя, его технические характеристики меняются. В рамках данной статьи не ставится задача приведения параметров всех существующих классов двигателей. Мы остановимся на описании основных технических характеристик для электромоторов классов 56 А2 – 80 В2.

В этом небольшом промежутке на линейке моделей эелектромоторов с короткозамкнутыми роторами можно отметить следующее:

Мощность составляет от 0,18 кВт (класс 56 А2) до 2,2 кВт (класс 80 В2).

Ток при максимальном напряжении – от 0,55 А до 5А.

КПД от 66% до 83%.

Частота вращения вала для всех моделей из указанного промежутка составляет 3000 об./мин.

Технические характеристики конкретного двигателя указаны в его паспорте.

Подключение

Статорные обмотки трёхфазного АДКР можно подключать по схеме «треугольник» либо «звезда». При этом для звёздочки требуется напряжение выше, чем для треугольника.

Обратите внимание на то, что электродвигатель, подключенный разными способами к одной и той же сети, потребляет разную мощность. Поэтому нельзя подключать электромотор, рассчитанный на схему «звезда» по принципу треугольника. Но с целью уменьшения пусковых токов можно коммутировать на время пуска контакты звезды в треугольник, но тогда уменьшится и пусковой момент.

Схемы включения понятны из рисунка 4.

Рис. 4. Схемы подключения

Для подключения трёхфазного электрического двигателя к однофазному току применяют фазосдвигающие элементы: конденсаторы, резисторы. Примеры таких подключений смотрите на рисунке 5. Можно использовать как звезду, так и треугольник.

Рис. 5. Примеры схем подключений в однофазную сеть

С целью управления работой двигателя в электрическую цепь статора подключаются дополнительные устройства.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором - Инженерные проекты

Привет, друзья! Надеюсь, у вас все хорошо и все отлично. Я здесь с другой статьей об индукционных двигателях. В этой статье я поделюсь некоторыми базовыми знаниями по асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором. В моей предыдущей статье под названием «3-фазный асинхронный двигатель» я дал краткий обзор этого асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

3-фазный асинхронный двигатель имеет два типа, основанные на конструкции ротора, называемые: асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и асинхронный двигатель с обмоточным ротором.Бывший дешевле и широко используется, так как требует меньше обслуживания, чем позже. Во-первых, я собираюсь рассказать вам о структуре асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Затем я расскажу о принципах работы и особенностях асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. В последних разделах я поделюсь некоторыми преимуществами и использованием. Проще говоря, тип 3-фазного асинхронного двигателя, который использует короткозамкнутый ротор, называется короткозамкнутым асинхронным двигателем .

Конструкция асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Все асинхронные двигатели имеют ротор и статор.По сути, именно конструкция ротора отличает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором от асинхронного двигателя с обмоткой. Статор одинаков в обоих типах двигателей. Давайте сначала поговорим о статоре асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором :

статора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
  • Статор - это то, что является неподвижным двигателем.
  • Это самая внешняя рама, в которой находится ротор.
  • Имеет углубления на внутренней окружности для переноса электрических цепей.Эта схема возбуждается 3-фазным источником питания.
  • Трехфазный контур обмотки расположен на пазах. Эти обмотки находятся на расстоянии 120 градусов друг от друга и соединены в форме звезды или треугольника.
  • Теперь перейдем к конструкции ротора.
Ротор короткозамкнутого асинхронного двигателя
  • Ротор является вращающейся частью двигателя. Содержит цилиндрическое ядро.
  • Сердечник ротора выполнен в виде ламинирования для уменьшения вихревых токов.

  • Ротор короткозамкнутого типа состоит из медных стержней, которые мы называем проводниками.
  • Медные шины или проводники длиннее ротора и закреплены в пазах сердечника ротора.
  • Эти удлиненные проводники закорочены друг с другом медными кольцами с каждой стороны.
  • Также ротор иногда снабжен вентиляторами с каждой стороны для охлаждения.
  • Этот тип конструкции стержней и торцевых колец похож на короткозамкнутую клетку, на которой он назван.
  • Это все о конструкции ротора. Помимо ротора и статора, двигатель также имеет другие детали для поддержки и защиты узла.

Вы также можете прочитать:

Работа асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

В этом разделе я поделюсь с вами, ребята, работой асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

  • Когда на обмотку статора подается трехфазное питание, через него начнет течь ток.
  • Этот трехфазный переменный ток вызовет вращение магнитного поля в роторе.
  • Скорость вращения этого магнитного поля можно определить по частоте подачи переменного тока и количеству полюсов.
  • Эта скорость является синхронной скоростью двигателя.
  • Вращающееся магнитное поле статора будет вызывать напряжение в роторе, потому что его линии магнитного потока пересекают ротор. Это индуцированное напряжение будет индуцировать ток в обмотке ротора, и будет генерироваться другое магнитное поле, которое является магнитным полем ротора.

Как вы все знаете, токопроводящий проводник испытывает на себе силу в присутствии магнитного поля. Ротор также будет испытывать силу, которая начнет его вращать.Эта сила будет создавать крутящий момент, и ротор будет вращаться.

Основные характеристики

Теперь я упомяну некоторые важные особенности асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Я буду говорить о скорости, пусковом токе, направлении вращения, скольжении и коэффициенте мощности. Первым в списке стоит скорость.

Скорость

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором обычно работает с постоянной скоростью. Эта скорость синхронная скорость.

Пусковой ток

Такие двигатели требуют больших пусковых токов.Что может привести к колебаниям напряжения.

Направление вращения

Направление вращения этих двигателей можно изменить, если поменять местами две линии электропередач из трех.

скольжения

Как и для других асинхронных двигателей, скольжение определяется как разница в скорости вращения магнитного поля статора и скорости вращения ротора. Скорость вращения магнитного поля называется синхронной скоростью. Скольжение выражается в виде отношения с синхронной скоростью или в процентах.

Коэффициент мощности

Коэффициент мощности - это отношение фактической мощности к полной мощности. Это выражается в процентах. Коэффициент мощности низкий, когда двигатель работает без нагрузки, и высокий, когда двигатель работает с полной нагрузкой.

Преимущества

В этой части я расскажу вам, ребята, о некоторых преимуществах асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

  • Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором:
    • Недорогой
    • Надежный
    • Прочный
    • Требует меньше обслуживания
  • Из-за конструкции ротора с сепаратором им требуется меньше материала.Таким образом, потери меди уменьшаются.
  • Из-за отсутствия щеток шансы искры уменьшаются.
  • Эти двигатели оснащены вентиляторами, поэтому выделяется меньше тепла.

Теперь я перехожу к последнему сегменту моей статьи, где я расскажу вам об использовании асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Использует

Этот тип двигателя находит свое применение в промышленности из-за его стоимости. Они широко используются в промышленности вместо асинхронного двигателя намоточного типа.Они используются в приложениях, где требуется низкий пусковой момент. Такие двигатели также могут быть использованы в качестве генераторов.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором - EnggCyclopedia

Пожалуй, наиболее известным типом электродвигателя, используемым в настоящее время, является трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором .

Обычно состоит из двух (2) основных компонентов: статора и ротора . Как следует из их названия, статорная часть неподвижна, а роторная часть вращается. Статор создает вращающееся магнитное поле по сравнению с ротором, который преобразует этот тип энергии в движение, т.е.е. механическая энергия. См. Рисунок 1 (D-конец обозначает конец с приводом от двигателя, то есть оборудование, приводимое в действие двигателем, например насос, находится на той стороне, тогда как N-конец обозначает неприводной конец двигателя)

Рисунок 1 - Структура электродвигателя

Как работает электродвигатель

Чтобы объяснить, как работает электродвигатель, необходимо сначала отметить, что статор подключен к трехфазному источнику питания. Ток, который подается на обмотки статора, создает вращающееся магнитное силовое поле, которое, в свою очередь, создает ток и на роторе двигателя.В результате на роторе также создается магнитное поле. Взаимодействие между этими двумя магнитными полями (то есть от статора и от ротора) приводит к вращающему моменту , который является причиной, которая заставляет вал ротора вращаться.

Скорость вращения двигателя и скольжение двигателя

Из-за различных потерь, присущих природе двигателя, скорость двигателя всегда приблизительно на 1-3% ниже по сравнению с синхронной скоростью магнитного поля. Это различие обычно называют скольжением двигателя .

Скольжение

дается по следующей формуле:

s = (n1 - n) / n1 .... (1), где:

.Разница
между скользящим кольцом и асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором с сравнительной таблицей

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является наиболее популярным типом двигателя переменного тока. Он очень часто используется в промышленности, потому что он очень дешевый, надежный, эффективный и надежный. Двигатель с контактным кольцом имеет очень небольшое применение в промышленности. Редко 5% - 10% двигателей с контактным кольцом используются в промышленности, потому что у него есть несколько недостатков, таких как необходимость частого технического обслуживания, высокие потери в меди и т. Д.

Одно из основных отличий между контактным кольцом и электродвигателем с короткозамкнутым ротором заключается в том, что электродвигатель контактного кольца имеет внешнюю цепь сопротивления для управления скоростью двигателя. Принимая во внимание, что в двигателе с короткозамкнутым ротором невозможно добавить какую-либо внешнюю цепь, потому что шина двигателя постоянно прорезана в конце кольца. Некоторые другие различия между ними объяснены ниже в сравнительной таблице.

Сравнительная таблица: Скользящее кольцо V / s Squirrel Cage Motor

Сравнительная таблица

Основа для сравнения Двигатель контактного кольца Двигатель короткозамкнутого ротора
Определение Ротор двигателя выполнен в виде контактного кольца. Ротор двигателя является короткозамкнутым.
Ротор Цилиндрический ламинированный сердечник с параллельными пазами и каждый паз состоит из одного стержня. Прорези ротора не параллельны, а перекошены.
Другое название Ротор с фазной намоткой Клеточный двигатель
Строительство Сложное Простое
Сопротивление Добавлен внешний по отношению к ротору Шток ротора постоянно закорочен на конце кольца, поэтому добавить внешнее сопротивление невозможно.
Стартер Может использоваться стартер сопротивления ротора. Стартер с сопротивлением ротора не может использоваться.
Пусковой момент Высокий Низкий
Щетки Настоящее время Отсутствие
Техническое обслуживание Частое техническое обслуживание требуется Меньше технического обслуживания требуется
Медные потери Высокие Низкие
Эффективность Низкая Высокая
Регулирование скорости Возможно Не возможно
Коэффициент мощности Низкий Высокий
Стоимость Дорого Дешево
Пусковой ток Низкий Высокий
Использует Используется в подъемниках, кранах, лифтах, где требуется высокий крутящий момент. Используется в токарных станках, вентиляторах, воздуходувках, прибыльных машинах и т. Д.

Определение двигателя с контактным кольцом

Двигатель, в котором используется обмоточный ротор, известен как асинхронный двигатель с контактным кольцом или двигатель с обмоткой фазы. Он состоит из многослойного цилиндрического сердечника, который имеет полузакрытый паз на внешней периферии и имеет трехфазную изолированную обмотку. Ротор намотан на то же количество полюсов, что и статор.

Три конечных клеммы соединены, образуя звездную точку, а три пусковых клеммы подключены к трем медным контактным кольцам, закрепленным на валу.Вал из мягкой стали пропущен через центр ротора и закреплен на ключе. Назначение вала - отправить механическую энергию.

Определение короткозамкнутого двигателя

Двигатель, в котором используется короткозамкнутый ротор типа клетки, известен как короткозамкнутый двигатель. Конструкция ротора прочная и простая. Ротор двигателя состоит из цилиндрического многослойного сердечника, имеющего полузакрытые круглые пазы и короткое замыкание на каждом конце медным или алюминиевым кольцом, называемым кольцом короткого замыкания.Невозможно добавить какое-либо внешнее сопротивление в роторе цепи.

Прорези ротора не параллельны, а перекошены. Перекос ротора имеет следующие преимущества

.

Смотрите также

Автопрофи, г. Екатеринбург, ул. Таватуйская, 20.