Более 60-65% всего электричества, вырабатываемого в мире, потребляют электроприводы. Их используют в промышленных, бытовых и транспортных агрегатах. Асинхронный двигатель — один из самых распространенных видов таких электрических машин. Он дешевле, надежнее и проще в обслуживании в сравнении с другими вариантами. В 95% нового оборудования используется асинхронный мотор с короткозамкнутым ротором, а оставшиеся 5% — это серводвигатели, шаговые и щеточные двигатели, другие специфические силовые агрегаты.

Что означает асинхронный двигатель?

Асинхронный двигатель — это трехфазная машина переменного тока, используемая для преобразования электрической энергии в механическую. Ее главное отличие от других типов моторов в том, что скорость вращения ротора отстает от скорости магнитного поля статора — детальнее об этом поговорим ниже.

Диапазон мощностей таких моторов очень широкий: от нескольких сотен ватт до нескольких тысяч киловатт. При этом общее устройство и принцип работы асинхронного двигателя одинаковый для всех габаритов и модификаций этих машин.

Где применяется асинхронный двигатель?

Более 95% всех электрических приводов строятся на базе асинхронных электрических двигателей. Асинхронники широко распространены в промышленности, сельском и коммунальном хозяйстве, а также других областях для:

• приводов насосов и вентиляторов;
• транспортеров и конвейеров;
• станков — ткацких, металло- и деревообрабатывающих;
• грузоподъемных машин;
• землеройных машин;
• различных производственных механизмов;
• бытовой техники — стиральный машин, вытяжек, газонокосилках;
• электроинструментов;
• лифтов.

Асинхронный двигатель снижает потребление энергии оборудованием, которое к нему подключено. При этом повышается надежность всей цепи и срок службы каждого ее компонента.

Из чего состоит асинхронный двигатель?

Конструктивно асинхронный электродвигатель состоит из неподвижного статора и подвижного ротора. Полый цилиндр статора сделан из стальных пластин, формирующих сердечник и заключен в корпус. Эмалированная медная обмотка уложена в пазы статора на внутренней его поверхности. Когда через нее проходит трехфазный переменный ток, она создает вращающееся магнитное поле. Об этом — отдельно.

Ротор состоит из сердечника из электротехнической стали и короткозамкнутой обмотки, которую еще называют «беличьей клеткой». Она выполнена из стержней, которые делают из сплава алюминия или меди. Стержни по обоим концам объединяются коротко замыкающими кольцами. Ротор размещается в статоре, насаживая вал, на который передается энергия вращения. Существуют и фазные роторы, но они применяются довольно редко.

В конструкции асинхронного однофазного электродвигателя есть центробежный переключатель, который после запуска мотора отключает пусковую обмотку. В трехфазных устройствах такого переключателя нет.

Также в оборудовании используются такие элементы:

• подшипники;
• подшипниковые щиты, которые защищают подшипниковый узел от деформации в ходе эксплуатации;
• вентилятор для поддержания низкой рабочей температуры;
• кожух вентилятора;
• рым-болты для упрощения погрузки и установки;
• клеммная коробка, в которой предусмотрены клеммы с концами обмоток статора;
• пусковой конденсатор, применяемый на однофазных двигателях и размещаемый в клеммной коробке или рядом с ней;
• сальники, вставляемые в отверстия клеммной коробки для прокладки кабеля питания;
• лапы, обеспечивающие ослабление вибрации при работе мотора.

Корпус (станина) чаще всего выполнен из чугуна, поскольку он более износостойкий и устойчив к агрессивному действию внешних факторов. Чтобы улучшить тепловой баланс электромотора, корпус делают с охлаждающими ребрами. Именно внутри станины крепится статор.

На внутренней поверхности крышки клеммной коробки обычно нанесены схемы для подключения проводки исходя из напряжения в питающей сети. Асинхронные двигатели малой и средней мощности рассчитаны на напряжение 220 В или 380 В. Для трехфазной сети 220 В обмотки статора подключаются по схеме «треугольник», а при напряжении 380 В — «звездой».

В кабельный ввод для трехфазного асинхронного мотора заводится питающий кабель на четыре жилы: три после оконцевания подключаются на фазы, а четвертый — на заземление.

Принцип работы асинхронного двигателя

Обмотки в асинхронном электродвигателе расположены попарно и под углом 120 градусов по отношению друг к другу. Их полюса противоположны по направлению к ротору, чтобы он притягивался не к одной точке, а сразу к двум. При этом обмотки заходят друг на друга частично для более плавного перетекания магнитного поля. Катушки в паре соединены последовательно и подведены к фазе.

Принцип работы такого двигателя основан на электромагнитном взаимодействии:

1. Под действием переменного напряжения обмотка образует переменное магнитное поле. Поскольку напряжение синусоидальное, то и магнитное поле перенимает это свойство, т.е. плавно нарастает и затухает. Во втором полупериоде полярность меняется и происходит то же самое, но с противоположным полюсом.
2. В остальных обмотках протекает такой же процесс, но со сдвигом фазы на 120 градусов. Магнитное поле в катушках нарастает и спадает не одновременно, а в разные промежутки, из-за чего магнитное поле становится вращающимся. Плавные перемагничивания обмоток происходят преемственно: пока на одной обмотке магнитное поле спадает, на соседней оно нарастает.
3. В момент нарастания напряжения в паре катушек они притягивают к себе короткозамкнутую обмотку ротора сразу с двух полюсов, за счет чего усиливается крутящий момент. Когда напряжение в обмотке спадает, а в соседской нарастает, обмотка ротора «подтягивается» к следующей паре и т.д. Таким образом получается вращающаяся точка притяжения, которую обобщенно называют вращающимся магнитным полем.
4. Под воздействием вращающегося магнитного поля рамка («беличья клетка») ротора ведет себя как один виток. В ней индуцируется ЭДС (электродвижущая сила) и по ней протекает ток. В результате этого в обмотке ротора генерируется свое электромагнитное поле, полюса которого начинают взаимодействовать и притягиваться полюсами в катушках статора. Рамка начинает вращаться и догонять вращение магнитного поля статора.

Важно! По мере увеличения оборотов ротора магнитное поле статора начинает замедляться относительно рамки. С увеличением оборотов ротора уменьшается динамика переменного магнитного поля, которое действует на рамку: ток, протекающий через нее уменьшается, а также ослабляется ее магнитное поле. Если совпадают скорости вращения ротора и переменного магнитного поля статора, то последнее станет неподвижным относительно ротора. Это значит, что в рамке не будет генерироваться ток и магнитное поле. Поэтому в асинхронных двигателях никогда не достигается синхронное вращение ротора и вращающегося магнитного поля статора. Обороты ротора отстают от оборотов поля на несколько процентов. Вот почему двигатель называется асинхронным.

Вращающийся ротор вращает и вал, на который он насажен. С вала механическая энергия передается подключенному оборудованию. Так и работает асинхронный двигатель.

Достоинства и недостатки асинхронного двигателя

Преимущества асинхронного двигателя:

• более простая конструкция по сравнению с синхронным двигателем — техническое обслуживание агрегата минимально;
• самозапуск;
• надежность;
• легкое подключение в общую электроцепь приборов;
• невысокая стоимость — в отличие от двигателя постоянного тока в асинхроннике нет щеток, а значит себестоимость конструкции меньше;
• для формирования вращающегося поля не нужны вспомогательные элементы и преобразования;
• не зависит от условий окружающей среды;
• не искрит в силу отсутствия щеток;
• имеет КПД при полной нагрузке 85-97%.

Однако у электрической машины есть и некоторые недостатки:

• сложно регулировать скорость работы — для этого нужны дополнительные регулирующие устройства;
• высокое потребление энергии в момент прямого пуска и низкий пусковой момент;
• высокая инерция ротора — мотор может не выдержать старт вращения при подключении к тяжелым приводам.

Нивелировать минусы помогает множество электронных и механических устройств, доступных на рынке электротехники. Все необходимое для этого вы найдете в каталоге нашего магазина. Если вам понадобится помощь или быстрый подбор товара, обратитесь к менеджеру — его услуги бесплатны.