Avtoargon.ru

АвтоАргон
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Асинхронный электродвигатель в качестве генератора

Асинхронный электродвигатель в качестве генератора

В статье рассказано о том, как построить трёхфазный (однофазный) генератор 220/380 В на базе асинхронного электродвигателя переменного тока. Трехфазный асинхронный электродвигатель, изобретённый в конце 19-го века русским учёным-электротехником М.О. Доливо-Добровольским, получил в настоящее время преимущественное распространение и в промышленности, и в сельском хозяйстве, а также в быту.

Асинхронные электродвигатели – самые простые и надёжные в эксплуатации. Поэтому во всех случаях, когда это допустимо по условиям электропривода и нет необходимости в компенсации реактивной мощности, следует применять асинхронные электродвигатели переменного тока.

Различают два основных вида асинхронных двигателей: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Асинхронный короткозамкнутый электродвигатель состоит из неподвижной части — статора и подвижной части — ротора, вращающегося в подшипниках, укреплённых в двух щитах двигателя. Сердечники статора и ротора набраны из отдельных изолированных один от другого листов электротехнической стали. В пазы сердечника статора уложена обмотка, выполненная из изолированного провода. В пазы сердечника ротора укладывают стержневую обмотку или заливают расплавленный алюминий. Кольца-перемычки накоротко замыкают обмотку ротора по концам (отсюда и название — короткозамкнутый). В отличие от короткозамкнутого ротора, в пазах фазного ротора размещают обмотку, выполненную по типу обмотки статора. Концы обмотки подводят к контактным кольцам, укреплённым на валу. По кольцам скользят щетки, соединяя обмотку с пусковым или регулировочным реостатом.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором являются более дорогостоящими устройствами, требуют квалифицированного обслуживания, менее надёжны, а потому применяются только в тех отраслях производства, в которых без них обойтись нельзя. По этой причине они мало распространены, и мы их в дальнейшем рассматривать не будем.

По обмотке статора, включенной в трехфазную цепь, протекает ток, создающий вращающее магнитное поле. Магнитные силовые линии вращающегося поля статора пересекают стержни обмотки ротора и индуктируют в них электродвижущую силу (ЭДС). Под действием этой ЭДС в замкнутых накоротко стержнях ротора протекает ток. Вокруг стержней возникают магнитные потоки, создающие общее магнитное поле ротора, которое, взаимодействуя с вращающим магнитным полем статора, создает усилие, заставляющее ротор вращаться в направлении вращения магнитного поля статора.

Частота вращения ротора несколько меньше частоты вращения магнитного поля, создаваемого обмоткой статора. Этот показатель характеризуется скольжением S и находиться для большинства двигателей в пределах от 2 до 10%.

В промышленных установках наиболее часто используются трёхфазные асинхронные электродвигатели, которые выпускают в виде унифицированных серий. К ним относится единая серия 4А с диапазоном номинальной мощности от 0,06 до 400 кВт, машины которой отличаются большой надёжностью, хорошими эксплуатационными качествами и соответствуют уровню мировых стандартов.

Автономные асинхронные генераторы — трёхфазные машины, преобразующие механическую энергию первичного двигателя в электрическую энергию переменного тока. Их несомненным достоинством перед другими видами генераторов являются отсутствие коллекторно-щеточного механизма и, как следствие этого, большая долговечность и надежность.

Работа асинхронного электродвигателя в генераторном режиме

Если отключенный от сети асинхронный двигатель привести во вращение от какого-либо первичного двигателя, то в соответствии с принципом обратимости электрических машин при достижении синхронной частоты вращения, на зажимах статорной обмотки под действием остаточного магнитного поля образуется некоторая ЭДС. Если теперь к зажимам статорной обмотки подключить батарею конденсаторов С, то в обмотках статора потечёт опережающий ёмкостный ток, являющийся в данном случае намагничивающим.

Ёмкость батареи С должна превышать некоторое критическое значение С0, зависящее от параметров автономного асинхронного генератора: только в этом случае происходит самовозбуждение генератора и на обмотках статора устанавливается трёхфазная симметричная система напряжений. Значение напряжения зависит, в конечном счёте, от характеристики машины и ёмкости конденсаторов. Таким образом, асинхронный короткозамкнутый электродвигатель может быть превращен в асинхронный генератор.

Стандартная схема включения асинхронного электродвигателя в качестве генератора.

Можно подобрать емкость так, чтобы номинальное напряжение и мощность асинхронного генератора равнялись соответственно напряжению и мощности при работе его в качестве электродвигателя.

В таблице 1 приведены емкости конденсаторов для возбуждения асинхронных генераторов (U=380 В, 750….1500 об/мин). Здесь реактивная мощность Q определена по формуле:

Q = 0,314·U 2 ·C·10 -6 ,

где С — ёмкость конденсаторов, мкФ.

Мощность генератора,кВ·АХолостой ходПолная нагрузка
ёмкость, мкФреактивная мощность, кварcos = 1cos = 0,8
ёмкость, мкФреактивная мощность, кварёмкость, мкФреактивная мощность, квар
2,0
3,5
5,0
7,0
10,0
15,0
28
45
60
74
92
120
1,27
2,04
2,72
3,36
4,18
5,44
36
56
75
98
130
172
1,63
2,54
3,40
4,44
5,90
7,80
60
100
138
182
245
342
2,72
4,53
6,25
8,25
11,1
15,5

Как видно из приведённых данных, индуктивная нагрузка на асинхронный генератор, понижающая коэффициент мощности, вызывает резкое увеличение потребной ёмкости. Для поддержания напряжения постоянным с увеличением нагрузки необходимо увеличивать и ёмкость конденсаторов, то есть подключать дополнительные конденсаторы. Это обстоятельство необходимо рассматривать как недостаток асинхронного генератора.

Частота вращения асинхронного генератора в нормальном режиме должна превышать асинхронную на величину скольжения S = 2…10%, и соответствовать синхронной частоте. Не выполнение данного условия приведёт к тому, что частота генерируемого напряжения может отличаться от промышленной частоты 50 Гц, что приведёт к неустойчивой работе частото-зависимых потребителей электроэнергии: электронасосов, стиральных машин, устройств с трансформаторным входом.

Особенно опасно снижение генерируемой частоты, так как в этом случае понижается индуктивное сопротивление обмоток электродвигателей, трансформаторов, что может стать причиной их повышенного нагрева и преждевременного выхода из строя.

В качестве асинхронного генератора может быть использован обычный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель соответствующей мощности без каких-либо переделок. Мощность электродвигателя-генератора определяется мощностью подключаемых устройств. Наиболее энергоёмкими из них являются:

  • бытовые сварочные трансформаторы;
  • электропилы, электрофуганки, зернодробилки (мощность 0,3…3 кВт);
  • электропечи типа «Россиянка», «Мечта» мощностью до 2 кВт;
  • электроутюги (мощность 850…1000 Вт).

Особо хочу остановиться на эксплуатации бытовых сварочных трансформаторов. Их подключение к автономному источнику электроэнергии наиболее желательно, т.к. при работе от промышленной сети они создают целый ряд неудобств для других потребителей электроэнергии.

Если бытовой сварочный трансформатор рассчитан на работу с электродами диаметром 2…3 мм, то его полная мощность составляет примерно 4…6 кВт, мощность асинхронного генератора для его питания должна быть в пределах 5…7 кВт. Если бытовой сварочный трансформатор допускает работу с электродами диаметром 4 мм, то в самом тяжелом режиме — «резки» металла, потребляемая им полная мощность может достигать 10…12 кВт, соответственно мощность асинхронного генератора должна находиться в пределах 11…13 кВт.

В качестве трёхфазной батареи конденсаторов хорошо использовать так называемые ком-пенсаторы реактивной мощности, предназначенные для улучшения соsφ в промышленных осветительных сетях. Их типовое обозначение: КМ1-0,22-4,5-3У3 или КМ2-0,22-9-3У3, которое расшифровывается следующим образом. КМ — косинусные конденсаторы с пропиткой минеральным маслом, первая цифра-габарит (1 или 2), затем напряжение (0,22 кВ), мощность (4,5 или 9 квар), затем цифра 3 или 2 означает трёхфазное или однофазное исполнение, У3 (умеренный климат третьей категории).

В случае самостоятельного изготовления батареи, следует использовать конденсаторы типа МБГО, МБГП, МБГТ, К-42-4 и др. на рабочее напряжение не менее 600 В. Электролитические конденсаторы применять нельзя.

Рассмотренный выше вариант подключения трёхфазного электродвигателя в качестве генератора можно считать классическим, но не единственным. Существуют и другие способы, которые так же хорошо зарекомендовали себя на практике. Например, когда батарея конденсаторов подключается к одной или двум обмоткам электродвигателя-генератора.

Двухфазный режим асинхронного генератора.

Рис.2 Двухфазный режим асинхронного генератора.

Такую схему следует использовать тогда, когда нет необходимости в получении трёхфазного напряжения. Этот вариант включения уменьшает рабочую ёмкость конденсаторов, снижает нагрузку на первичный механический двигатель в режиме холостого хода и т.о. экономит «драгоценное» топливо.

В качестве маломощных генераторов, вырабатывающих переменное однофазное напряжение 220 В, можно использовать однофазные асинхронные короткозамкнутые электродвигатели бытового назначения: от стиральных машин типа «Ока», «Волга», поливальных насосов «Агидель», «БЦН» и пр. У них конденсаторная батарея может подключаться параллельно рабочей обмотке, либо использовать уже имеющийся фазосдвигающий конденсатор, подключенный к пусковой обмотке. Емкость этого конденсатора, возможно, следует несколько увеличить. Его величина будет определяться характером нагрузки, подключаемой к генератору: для активной нагрузки (электропечи, лампочки освещения, электропаяльники) требуется небольшая емкость, индуктивной (электродвигатели, телевизоры, холодильники) — больше.

Рис.3 Маломощный генератор из однофазного асинхронного двигателя.

Теперь несколько слов о первичном механическом двигателе, который будет приводить во вращение генератор. Как известно, любое преобразование энергии связано с её неизбежными потерями. Их величина определяется КПД устройства. Поэтому мощность механического двигателя должна превышать мощность асинхронного генератора на 50…100%. Например, при мощности асинхронного генератора 5 кВт, мощность механического двигателя должна быть 7,5…10 кВт. С помощью передаточного механизма добиваются согласования оборотов механического двигателя и генератора так, чтобы рабочий режим генератора устанавливался на средних оборотах механического двигателя. При необходимости, можно кратковременно увеличить мощность генератора, повышая обороты механического двигателя.

Каждая автономная электростанция должна содержать необходимый минимум навесного оборудования: вольтметр переменного тока (со шкалой до 500 В), частотомер (желательно) и три выключателя. Один выключатель подключает нагрузку к генератору, два других — коммутируют цепь возбуждения. Наличие выключателей в цепи возбуждения облегчает запуск механического двигателя, а также позволяет быстро снизить температуру обмоток генератора, после окончания работы – ротор невозбужденного генератора еще некоторое время вращают от механического двигателя. Эта процедура продлевает активный срок службы обмоток генератора.

Если с помощью генератора предполагается запитывать оборудование, которое в обычном режиме подключается к сети переменного тока (например, освещение жилого дома, бытовые электроприборы), то необходимо предусмотреть двухфазный рубильник, который в период работы генератора будет отключать данное оборудование от промышленной сети. Отключать надо оба провода: «фазу» и «ноль».

Читать еще:  Что такое двигатель дизель с турбонаддувом

В заключение несколько общих советов.

1. Генератор переменного тока является устройством повышенной опасности. Применяйте напряжение 380 В только в случае крайней необходимости, во всех остальных случаях пользуйтесь напряжением 220 В.

2. По требованиям техники безопасности электрогенератор необходимо оборудовать заземлением.

3. Обратите внимание на тепловой режим генератора. Он «не любит» холостого хода. Снизить тепловую нагрузку можно более тщательным подбором емкости возбуждающих конденсаторов.

4. Не ошибитесь с мощностью электрического тока, вырабатываемого генератором. Если при работе трёхфазного генератора используется одна фаза, то её мощность будет составлять 1/3 общей мощности генератора, если две фазы — 2/3 общей мощности генератора.

5. Частоту переменного тока, вырабатываемого генератором, можно косвенно контролировать по выходному напряжению, которое в режиме «холостого хода» должно на 4…6 % превышать промышленное значение 220/380 В.

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Немало техники — бытовой, строительной, производственной имеют двигатели. Если задаться целью и проверить тип мотора, в 90% окажется, что стоит асинхронный двигатель. Это обусловлено простотой конструкции, высоким КПД, отсутствием электрического контакта с движущейся частью (в моделях с короткозамкнутым ротором). В общем, причин достаточно.

Что такое асинхронный двигатель и принцип его действия

Любой электродвигатель — устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Электрический двигатель состоит из неподвижной (статор) и подвижной части (ротор). Строение статора таково, что он имеет вид полого цилиндра, внутри которого имеется обмотка. В это цилиндрическое отверстие вставляется подвижная часть — ротор. Он также имеет вид цилиндра, но меньшего размера. Между статором и ротором имеется воздушный зазор, позволяющий ротору свободно вращаться. Ротор вращается из-за наводимых магнитным полем статора токов. По способу вращения двигатели делят на синхронные и асинхронные.

Так выглядит разобранный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Асинхронный электродвигатель отличается тем, что частота вращения ротора и магнитного поля, создаваемого статором, у него неравны. То есть, ротор вращается несинхронно с полем, что и дало название этому типу машин. Характерно, в рабочем режиме скорость его вращения меньше. Второе название этого типа двигателей — индукционные. Это название связано с тем, что движение происходит за счёт наводимых на нём токов индукции.

Асинхронный двигатель в разобранном виде: основные узлы и части

Коротко описать принцип работы асинхронного двигателя можно так. При включении мотора на обмотки статора подаётся ток, из-за чего возникает переменное магнитное поле. В область действия силовых линий этого попадает ротор, который начинает вращаться вслед за переменным полем статора.

Статор

Статор асинхронного двигателя состоит из трёх частей: корпуса, сердечника и обмотки. Корпус статора служит в качестве опоры для электродвигателя. Изготавливают его из стали или чугуна, сваркой или литьём. К прочности корпуса предъявляются высокие требования, так как при работе возникают вибрации в результате которых может сместиться ротор, что приведёт к заклиниванию мотора и выходу его из строя.

Статор асинхронного двигателя

Есть и ещё одно требование — геометрия корпуса должна быть идеальной. Между обмоткой статора и ротором зазор делают в несколько миллиметров, так что малейшие отклонения могут быть критичны.

Сердечник статора

Сердечник статора асинхронного электродвигателя изготавливают из наборных металлических пластин. Так как сердечник является магнитопроводом, металл используется магнитная электротехническая сталь. Для уменьшения потерь из-за вихревых потоков сердечник набирается из пластин, покрытых слоем диэлектрика (лак).

Сердечник статора набирается из тонких металлических изолированных пластин

Толщина одной пластины — 0,35-0,5 мм. Они собираются в единый пакет, так чтобы пазы всех пластин совпадали. В эти пазы затем укладываются витки обмотки.

Обмотка статора и количество оборотов электродвигателя

Статор асинхронного электромотора чаще всего имеет трёхфазную обмотку возбуждения. Она называется так, потому что является причиной движения ротора. Обмотка статора состоит из катушек, навитых из медной проволоки которые укладываются в пазы сердечника. Каждая обмотка может состоять из нескольких витков проволоки или из одного витка. Провод используется специальный, с лаковым покрытием, которое изолирует витки друг от друга и от стенок сердечника.

Как уже говорили, чаще всего обмотка статора асинхронного двигателя имеет три фазы. В этом случае оси катушек расположены со сдвигом 120°. При таком строении магнитное поле имеет два полюса и делает один полный оборот за один цикл трёхфазного питания. При частоте в электросети равной 50 Гц, скорость вращения поля (и ротора) 50 об/сек или 3000 об/мин.

Укладка катушек обмотки статора асинхронного двигателя

Для уменьшения скорости вращения ротора в асинхронном двигателе обмотку делают с большим количеством полюсов. Так с четырехполюсным стартером скорость вращения будет вдвое меньше — 1500 об/мин. Обмотка с шестью полюсами статора даёт втрое меньшую скорость — 1000 об/мин. С восемью полюсами — в четыре раза меньше, т. е. 750 об/мин. Ещё более «медленные» электромоторы делают очень редко.

Концы обмоток статора выводятся на клеммную коробку корпуса. Тут они могут соединяться по принципу «звезда» или «треугольник» в зависимости от типа подаваемого питания (220 В или 380 В).

Ротор

Ротор асинхронного электродвигателя бывает двух видов: короткозамкнутым и фазным. Чаще всего встречаются машины с короткозамкнутым ротором. Их преимущество в простоте конструкция и несложной технологии изготовления. Что еще важно, в таких моторах отсутствует контакт с динамической конструкцией. Это повышает долговечность, делает обслуживание более редким и простым.

Асинхронный двигатель может быть с короткозамкнутым и фазным

Асинхронные электромоторы с фазным ротором имеют более сложную конструкцию. Но они позволяют плавно регулировать скорость без дополнительных устройств, со старта имеют высокий крутящий момент. Так что приходится выбирать: более простая конструкция или возможность регулировки скорости вращения.

Устройство короткозамкнутого ротора

Ротор состоит из вала и цилиндрической конструкции из короткозамкнутых стержней. Внешне эта конструкция очень напоминает беличье колесо, поэтому так часто называют короткозамкнутую обмотку ротора.

Устройство короткозамкнутого ротора

Изначально и стержни, и замыкающие кольца изготавливались из меди. Роторы современных асинхронных двигателей мощностью до 100 кВт делают из алюминиевых стержней, с алюминиевыми же замыкающими дисками. Расстояние между стержнями заливается снова-таки алюминиевым сплавом. Получается короткозамкнутый ротор, но уже со сплошным покрытием.

Так как при работе выделяется значительное количество тепла, для охлаждения перемычки «беличьего колеса» делают с дополнительными вентиляционными лопатками. Так во время работы происходит самоохлаждение. Оно работает тем эффективнее, чем выше скорость вращения.

Как устроен асинхронный двигатель: устройство и компоновка деталей

Ротор устанавливается в статор, концы вала фиксируются при помощи крышек с вмонтированными подшипниками. Это двигатель без щеток (безщеточный). Никаких дополнительных контактов и электрических соединений. Подвижная часть мотора начинает вращаться при наличии магнитного поля на статоре. Оно возникает после подачи питания. Это поле вращается, заставляя вращаться и предметы, которые находятся в его поле. Простая и надёжная конструкция, которая обусловила популярность электрических двигателей этого типа.

Как сделан фазный ротор

Устройство фазного ротора мало чем отличается от обмотки статора. Те же наборные кольца с пазами под укладку медных катушек. Количество обмоток ротора три, соединены они обычно «звездой».

Так выглядит фазный ротор асинхронного двигателя

Концы роторных обмоток крепят к контактным кольцам из меди. Эти кольца жёстко закреплены на валу. Кроме того, они обязательно изолированы между собой, не имеют электрического контакта со стальным валом (крепятся к стержню через диэлектрические прокладки). Так как наличие колец отличительная черта этого типа движков, иногда их называют кольцевыми.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Для фиксации ротора к корпусу статора делают две крышки с подшипниками. На одной из крышек закрепляются щетки, которые прижимаются к кольцам на валу, за счёт чего имеют с ними хороший контакт. Для регулировки скорости вращения щетки соединены с реостатом. Изменяя его сопротивление, меняем напряжение, а с ним и скорость вращения.

Что лучше короткозамкнутый или фазный?

Несмотря на то что двигатели с фазовым ротором лучше стартуют, позволяют в процессе работы плавно менять скорость при помощи обычного реостата, чаще применяется моторы короткозамкнутого типа. В этой конструкции отсутствуют щетки, которые выходят из строя первыми. Кроме того, более простое устройство подвижной части снижает стоимость двигателя, агрегат служит дольше, уход и техобслуживание проще.

Какой лучше: короткозамкнутый ротор или фазный

Тем не менее стоит более подробно ознакомиться с достоинствами и недостатками обоих типов асинхронных двигателей. Итак, достоинства короткозамкнутого асинхронного двигателя:

  • Простая конструкция.
  • Лёгкое обслуживание.
  • Более высокий КПД.
  • Нет искрообразования.
  • Малый пусковой крутящий момент.
  • Высокий пусковой ток (в 4-7 раз выше номинального).
  • Нет возможности регулировать скорость.

Магнитное поле трехфазного статора толкает ротор

Из-за высокого пускового тока прямое включение допускается для двигателей мощностью до 200 кВт. Более мощные требуют пускорегулирующей аппаратуры. Обычно используют частотный преобразователь, который плавно увеличивает ток, обеспечивая плавный старт без перегрузок.

Преимущество асинхронного фазного двигателя:

  • Быстрый и беспроблемный старт.
  • Позволяет менять скорость в процессе работы.
  • Прямое подключение возможно, практически без ограничения мощности.

Недостатки тоже есть: наличие щёток, возможность искрения, сложное и частое обслуживание.

Как регулируется частота вращения

Как уже писали, частота вращения ротора зависит от количества полюсов статора. Чем больше количество полюсов, тем меньше скорость. Но это не только так можно регулировать скорость вращения. Она еще зависит от напряжения и частоты питания.

Способы регулирования частоты асинхронного двигателя

Напряжение можно регулировать, установив потенциометр на входе. Частоту регулируют поставив частотный преобразователь. Частотник — более выгодное решение, так как он ещё и снижает стартовые токи и может быть программируемым.

Однофазный асинхронный двигатель

Выше рассматривался трехфазный асинхронный двигатель, в однофазном асинхронном двигателе их две. Одна рабочая, вторая вспомогательная. Вспомогательная нужна для того, чтобы придать первоначальное вращение ротору. Потому может называться ещё пусковой или стартовой.

Однофазный асинхронный двигатель имеет две обмотки: рабочую и вспомогательную (стартовую или пусковую)

Когда в статоре включена одна обмотка, она создаёт два равных магнитных поля, вращающихся в разные стороны. Если ввести в это поле ротор, который уже имеет какое-то начальное вращение, магнитное поле будет поддерживать это вращение. Но как запустить ротор на старте? Как придать ему вращение, ведь от одной обмотки возникают два равноценных магнитных поля, направленные в разные стороны. Так что с их помощью заставить вращаться ротор невозможно. В простейшем варианте вращение задаётся вручную — механически. Затем вращение подхватывает поле.

Чтобы автоматизировать запуск однофазного асинхронного двигателя и сделана вспомогательная обмотка. Она сконструирована так, что подавляет одну из составляющих магнитного поля основной обмотки и усиливает вторую. Соответственно, одна из составляющих перевешивает, задавая вращение ротора. Затем стартовая обмотка отключается, вращение поддерживает основная.

Однофазные асинхронные электродвигатели 220 В и их особенности

Современные однофазные электродвигатели 220 В применяются в качестве привода для различного оборудования. Модели имеют практически идентичные технические характеристики, так как работают от одинакового однофазного тока с частотой 50 герц. Различаются по количеству оборотов за минуту, габаритам, креплению и другим нюансам. Таким образом, при выборе нужно акцентировать внимание на паспорте электродвигателя.

Сфера применения

Модели таких приводов чаще всего применяются в домашних и промышленных условиях. Мощность отдельных электродвигателей варьируется в пределах от 4 Вт до 10 кВт, в зависимости от сферы использования может быть маленькая. Основные типы устройств, где можно использовать электрический привод этого типа:

  1. Вентиляторы, применяемые в промышленных целях.
  2. Разнообразные обрабатывающие станки.
  3. Бытовая техника.
  4. Насосное оборудование.

Однофазные электродвигатели 220 В получили широчайшее использование и сегодня решают многие бытовые вопросы. Среди двигателей, работающих на основе электрического тока, можно выделить две основные категории: однофазные и трехфазные.

Устройство оборудования

Несмотря на то что однофазный асинхронный электродвигатель имеет две фазы, работает из них только одна. Это обусловлено техническим устройством и другими важными аспектами. В настоящее время производители уделяют большое внимание повышению мощности всех установок и снижению размеров. Все это происходит за счет внутренних деталей. Основные элементы электродвигателей:

  • статор;
  • ротор;
  • корпус;
  • крепежные детали;
  • проводка;
  • некоторые модели также оснащаются электронными датчиками и системами контроля.

Главным преимуществом однофазных моделей остается их простота конструкции. Все детали легки в изготовлении в производственных условиях, быстро собираются. Главными недостатками остается довольно низкий коэффициент полезного действия.

Недостатки однофазного тока

Теория и практика показывают, что однофазный ток не может самостоятельно заставить двигаться однофазный электродвигатель. Это связано с тем, что ток такого формата не создает магнитного поля, поэтому ротор не будет двигаться. Для этого в двигателях создаются две обмотки, расположенные под определённым углом друг к другу. Все однофазные двигатели 220 В используемые в бытовой технике, идентичны. На самом деле недостатки минимальны, так как использование таких моделей оборудования в значительной степени упрощает жизнь человеку.

Использование переменного тока позволяет подключать любые типы однофазных двигателей к простым розеткам. Можно снимать их с компрессора и ставить на газонокосилки или стиральные машины.

Принцип действия устройства

Электрические основы и физические аспекты очень важно знать, так как это позволит правильно запускать и ремонтировать оборудование. Несмотря на свой малый размер, электродвигатель очень опасен для человека при неправильной эксплуатации. Очень важно знать мощность оборудования для осуществления передачи крутящего момента, так как ее может быть недостаточно или в избытке. Принцип работы заключается в следующем:

  1. На статор подается ток, который создает магнитное поле.
  2. У магнитного поля есть своя частота, амплитуда и момент.
  3. Если у ротора отсутствует пусковой механизм, который будет его запускать, то двигаться он не будет даже при подаче тока.
  4. После включения пускового механизма ротор начинает двигаться и передает крутящий момент на вал.

Так как рассматриваются однофазные двигатели, то здесь есть дополнительные пусковые кнопки. Они включаются для запуска ротора, рекомендуется удерживать пусковую кнопку не более 3 секунд, чтобы не происходило перегрева. Сам мотор оснащен двумя обмотками: основной и дополнительной. Основная используется для создания двухфазного тока в момент включения кнопки. Впоследствии двигатель продолжает работать как однофазный.

Для надежности и защиты оборудования устанавливаются специальные тепловые реле. В случае превышения температуры выше допустимых норм все отключается от сети.

Это довольно важный элемент, который создает безопасные условия эксплуатации. Пожароопасные ситуации ликвидируются.

Правила запуска

В этом аспекте проблем возникать не будет. Эти устройства устанавливаются практически на все типы бытовых устройств, поэтому достаточно стандартной бытовой розетки. В независимости от того, какая разновидность электродвигателя используется, ток нужен всегда переменный. Если используется малооборотный электромотор, то могут применяться другие типы источников энергии. Существует два основных типа пусковых систем:

  1. Запуск осуществляется за счет дополнительной обмотки. После достижения ротором требуемых оборотов она просто отключается и работает только основная обмотка.
  2. Используется во втором случае конденсатор, который подключается к дополнительной обмотке. Работает такая система постоянно.

Все типы рассмотренных однофазных электродвигателей 220 В взаимозаменяемы. То есть один и тот же тип мотора устанавливается на холодильник, стиральную машину, газонокосилку и так далее. В настоящее время при ремонте и техническом обслуживание нужно соблюдать основные правила безопасности. При любом нарушении изоляции следует проводить замену изоленты при выключенном устройстве.

Проверка работоспособности

Поломки случаются с любым механизмом, и электрический мотор не является исключением. Определить поломки можно чаще всего внешним осмотром. Для проведения диагностики и более основательного изучения дефектов потребуется специальное оборудование и контрольно-измерительные приборы. Конечно же, диагностировать поломку можно подав пусковой ток, если мотор не работает, то пора его менять. Основные типы внешних признаков, указывающих на то что нужен ремонт:

  1. Появился запах гари.
  2. На корпусе потемнела краска из-за перегрева.
  3. Имеются повреждения корпуса.

В некоторых ситуациях исправить поломку можно своими усилиями. Нужно подключить оборудование к постоянному току, переменный в этой ситуации не подойдет. Далее, дать поработать двигателю около 10−15 минут. Если за это время он нагрелся, то причина может быть в следующем:

  • дефекты у подшипников: поломки, вытекла смазка и другие факторы.
  • высокая емкость конденсатора.

Во второй ситуации можно отключить конденсатор или понизить его ёмкость, что приведет к понижению температуры. В настоящее время рекомендуется за помощью обращаться в специализированные мастерские, так как самостоятельный ремонт не всегда бывает эффективным. Чтобы сделать однофазный двигатель 220 В низкооборотистым, также потребуется настройка на специальных стендах.

Обзор моделей

Среди отечественных поставщиков и производителей двухфазных электродвигателей 220v можно выделить серию АИР. Они отлично подходят для промышленных и бытовых нужд. Конструктивными особенностями можно назвать наличие фланцев и специальных лап крепления на корпусе. Они могут быть в комплекте по отдельности либо вместе. Цена не будет сильно отличаться от этого. На все варианты низкооборотных или высокобортных моделей действует гарантия около 12 месяцев, в зависимости от бренда. Разновидности корпусов:

  1. Алюминиевый — при высоте вращения шкива до 90 миллиметров.
  2. Чугунный — при высоте вращения шкива от 90 миллиметров.

Зная, для чего предназначен однофазный двигатель 220 В, можно сразу же выбрать подходящий вариант. Отдельного внимания заслуживает компания ААСО, которая базируется на территории Италии.

Предприятие реализует низкооборотные и другие типы электрических моторов нового поколения. При покупке нужно изначально проконсультироваться с ответственными менеджерами интернет-магазинов.

Однофазные электродвигатели 220в

Однофазная электросеть предъявляет определенные условия к конструкции электродвигателя. В ней необходимо совместить один из способов получения крутящего момента с техническими возможностями однофазной электрической сети 220 В.

Трехфазная или двухфазная электросеть в принципе обеспечивает перемещение максимума магнитного поля. Но в однофазной сети этого нет. Тем не менее, однофазные движки работают. Далее более детально расскажем о том, почему это происходит.

Что общего в совершенно разных движках

Одной из технических задач, решаемых любым двигателем, является скорость вращения вала при заданном крутящем моменте. На частоте 50 Гц, основываясь на перемещении максимума магнитного поля при одной паре полюсов ротор, соответственно и вал, могут совершить лишь 3000 об/мин или менее. В таких случаях используются синхронные и асинхронные движки. У синхронных скорость определяется количеством пар полюсов, так же как и у асинхронных моделей. При необходимости получить более высокие скорости вращения с этими двигателями применяются специальные редукторы.

В коллекторных моделях в отношении скорости вращения существенно больше свободы. Скорость вращения, как и крутящий момент в них зависят от напряженности магнитных полей статора и ротора. Эти поля можно получить как прямым присоединением движка к однофазной сети 220 В, причем в двух вариантах, так и с использованием выпрямителя. Таким образом, один и то же коллекторный двигатель, присоединенный к сети 220 В, обеспечит четыре скорости вращения соответственно схемам соединения его обмоток и виду напряжения питания на его клеммах.

Хотя однофазные движки 220 В принципиально разные, их назначение одинаковое. Они применяются главным образом:

  • в бытовых электроприборах;
  • промышленных вентиляторах и кондиционерах небольшой мощности;
  • маломощных насосах;
  • определенной группе станков и т.п.

Это оборудование не требует электрической мощности более десяти киловатт. Помимо общего питающего напряжения, как и все движки с выходным валом, они состоят из статора и ротора. Но в коллекторном двигателе присутствует коллектор, а в некоторых моделях синхронных машин – кольца. А это значит, что в них нет изолированной электрической цепи, как в асинхронном двигателе. А контакт щетки с ламелями или кольцами сопровождается искрением.

По этой причине область применения коллекторных и синхронных движков ограничена условиями окружающей среды. Но для моделей с ротором, выполненным из специальных магнитных материалов, нет ограничений. А их работа отличается от асинхронных движков только более высоким значением скорости вращения синхронно с электромагнитным полем. Поэтому далее рассмотрим лишь однофазные асинхронные двигатели 220 В (ОАД).

Разновидности ОАД

Любой ОАД содержит рабочую обмотку. Она также именуется как основная. Примерно две трети поверхности статора, охватывающей ротор, приходится на основную обмотку. Остальная часть статора – это дополнительная (пусковая, вспомогательная) обмотка. Форма ротора может быть различной и обуславливается специализацией движка. Наиболее распространены модели, в которых ротор имеет вид цилиндрической болванки. В ОАД мощностью побольше – это биметаллическая конструкция.

Так называемая «беличья клетка» из материалов на основе меди, которые обеспечивают минимум потерь. В болванку эту конструкцию превращает заполнение свободного пространства алюминиевым сплавом. Но и сама клетка может изготавливаться из материала на основе алюминия. Другой разновидностью ротора ОАД может быть форма в виде стакана.

Этот ротор также именуется полым. Он менее инертный, а также менее прочный. По этой причине движки с этим ротором используются для специальных задач и распространены не так широко, как те, у которых ротор-болванка. Пусковая обмотка создает магнитный поток, направленный под углом к магнитному потоку основной обмотки. Токи в обмотках должны характеризоваться определенным фазовым сдвигом. Его получают последовательным соединением с пусковой обмоткой одного из перечисленных элементов:

  • резистора,
  • дросселя,
  • конденсатора.

Элемент вместе с пусковой обмоткой эмулирует двухфазную электросеть, которая обеспечивает пространственное перемещение максимума магнитного потока между обмотками. Однако это техническое решение необходимо лишь для того, чтобы ротор начал вращаться в нужном направлении. По мере увеличения скорости вращения задействованная пусковая обмотка все больше уменьшает крутящий момент на вале движка. По этой причине она тем или иным способом отсоединяется вскоре после разгона ротора до заданной скорости.

Резистор и дроссель могут быть встроены в двигатель, поскольку необходимые сопротивление или индуктивность легко достигаются отличием характеристик провода обмоток или конструкцией пусковой обмотки. Например, существуют такие разновидности ОАД, в которых в явно выраженных полюсах содержится короткозамкнутый виток. Это так называемые экранированные полюсы. Другой способ – несимметричные полюсы. Они определили наименование этих разновидностей ОАД. Эффективность движков невысока, но они получаются компактными. Широко применяются в бытовых вентиляторах.

Из трех элементов, используемых для получения фазового сдвига, самым лучшим является конденсатор. Резистор или дроссель могут обеспечить угол меньше 90 градусов. А конденсатор создает фазовый сдвиг именно в 90 градусов. При этом могут быть три схемы, которые отличаются пусковыми и рабочими характеристиками. При пуске движка необходим конденсатор с емкостью побольше. А в рабочем режиме оптимальный вариант – конденсатор небольшой емкости.

Емкость рабочего конденсатора в микрофарадах определяется примерно как 4/5 мощности движка в киловаттах. Емкость пускового конденсатора в микрофарадах определяется примерно как 2 мощности движка в киловаттах. Чтобы сэкономить на конденсаторах, которые должны быть рассчитаны как минимум на напряжение 330 В, путем переключения их получается как пусковая, так и рабочая емкость. Конденсаторные схемы показаны далее на изображениях:

Коллекторные движки (КД)

Эти двигатели в принципе только однофазные. Хотя их можно включать и в трехфазную сеть, но только через выпрямительные диоды. КД можно разделить на две группы по способу получения магнитного поля статора:

  • от постоянного магнита;
  • от электромагнита.

Прямое присоединение к сети 220 В допустимо лишь для электромагнитных моделей КД. В них ротор является якорем и может соединяться с сетью либо напрямую (параллельное соединение), либо через обмотку статора (последовательное соединение). Изменение полярности происходит в обеих обмотках. Это определяет сохранение направления вращения ротора. А если магнит постоянный, значит, в якоре направление магнитного потока меняется, а в статоре нет. Поэтому ротор такого движка будет колебаться, но не вращаться.

  • Если якорь и статор напрямую присоединены к сети 220 В, КД оказывается под угрозой разноса. Этот эффект появляется при пропадании контакта с сетью в обмотке статора.

Хотя параллельное соединение более эффективно, поскольку при этом величина тока больше, для надежности предпочтительнее последовательное соединение. Направление вращения при этом зависит от того, какими концами соединены между собой, а соответственно и с сетью, обмотки движка. Если при этом движок недостаточно эффективен, его надо присоединить к сети через выпрямительный мост. Если на его выходе будет применен конденсатор, это еще больше увеличит эффективность КД.

КД используются там, где необходима наиболее простая конструкция электрооборудования. Эти движки создают много шума, коллектор и щетки изнашиваются, загрязняют изделие графитовой пылью, уменьшая надежность и долговечность электрооборудования. Электробезопасность при этом также ухудшается. По мере развития высоковольтных транзисторов появляется все больше электрооборудования с асинхронными управляемыми приводами. Но определенная ниша электрооборудования для КД, безусловно, останется.

Устройство, принцип работы и подключения электродвигателей переменного тока

Подписка на рассылку

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok

Электродвигатели переменного тока являются электротехническими устройствами, которые преобразовывают электрическую энергию в механическую. Электромоторы нашли широкое применение во многих отраслях промышленности для привода всевозможных станков и механизмов. Без такого оборудования невозможна работа стиральных машин, холодильников, соковыжималок, кухонных комбайнов, вентиляторов и других бытовых приборов.

По принципу работы электродвигатели переменного тока делятся на синхронные и асинхронные. Асинхронные электромоторы переменного тока наиболее часто применяются в промышленности.

Стоит рассмотреть устройство электродвигателя переменного тока асинхронного.

Данный вид электромоторов состоит из главных частей — статора и ротора. В современных асинхронных электромоторах статор имеет неявно выраженные полюсы.

Для того чтобы максимально снизить потери от вихревых токов, сердечник статора изготавливают из соответствующей толщины листов электротехнической стали, подвергшихся штамповке. В пазы статора впрессовывается обмотка из медного провода. Фазовые обмотки статора устройства могут соединяться «звездой» или «треугольником». При этом все начала и концы впрессованных обмоток электромотора выводятся на корпус — в клеммную коробку. Подобное устройство статора электродвигателя оправданно, так как дает возможность включать его обмотки на различные стандартные напряжения. Сердечник статора запрессовывается в чугунный или алюминиевый корпус.

Ротор асинхронного мотора также состоит из подвергшихся штамповке листов электротехнической стали, и во все его пазы закладывается обмотка.

Учитывая конструкцию ротора, асинхронные электродвигатели подразделяются на устройства с короткозамкнутым ротором и фазным ротором.

Обмотку короткозамкнутого ротора, сделанную из медных стержней, закладывают в пазы ротора. При этом все торцы стержней соединяют при помощи медного кольца. Данный вариант обмотки считается обмоткой типа «беличья клетка». Стоит отметить, что медные стержни в пазах ротора не изолируются. Во многих асинхронных электромоторах «беличью клетку» сменяют литым ротором. Ротор напрессовывается на вал двигателя и является с ним одним целым.

Синхронные электродвигатели устанавливаются в различных электроинструментах, пылесосах, стиральных машинах. На корпусе синхронного электромотора переменного тока имеется сердечник полюса, в котором расположены обмотки. Обмотки возбуждения намотаны и на якорь. Их выводы припаяны ко всем секторам токосъемного коллектора, на которые при использовании графитовых щеток подается напряжение.

Принцип действия электродвигателя переменного тока основан на применении закона электромагнитной индукции. При взаимодействии переменного электрического тока в проводнике и магните может возникнуть непрерывное вращение.

В синхронном электродвигателе якорь вращается синхронно с электромагнитным полем полюса, а у асинхронного электромотора ротор вращается с отставанием от вращающегося магнитного поля статора.

Для работы асинхронного электромотора необходимо, чтобы ротор устройства вращался в более медленном темпе, чем электромагнитное поле статора. При подаче тока на обмотку статора между сердечником статора и ротора возникает электромагнитное поле, которое наводит ЭДС в роторе. Возникает вращающийся момент, и вал электродвигателя начинает вращаться. Из-за трения подшипников или определенной нагрузки на вал, ротор асинхронного двигателя всегда вращается в более медленном темпе.

Принцип работы электродвигателя переменного тока асинхронного заключается в том, что магнитные полюса устройства постоянно вращаются в обмотках электромотора и направление тока в роторе постоянно меняется.

Скорость вращения ротора электромотора асинхронного зависит от общего количества полюсов. Для того чтобы понизить скорость вращения ротора в таком двигателе, требуется увеличить общее количество полюсов в статоре.

В синхронных электродвигателях вращающий момент в устройстве создается при взаимодействии между током в обмотке якоря и магнитным потоком в обмотке возбуждения. При изменении направления переменного тока одновременно меняется направление магнитного потока в корпусе и якоре. При таком варианте вращение якоря всегда будет в одну сторону. Примечательно, что плавная регулировка скорости вращения таких электромоторов регулируется величиной подаваемого напряжения, при помощи реостата или переменного сопротивления.

В зависимости от напряжения сети фазные обмотки статора асинхронного электромотора могут подсоединяться в «звезду» или «треугольник». Схема электродвигателя переменного тока при подключении его в сеть с напряжением 220 Вольт обмотки соединяются в треугольник, а при подключении в сеть 380 Вольт — схема обмоток имеет вид звезды.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector