Більше 60-65% всієї електрики, що виробляється у світі, споживають електроприводи. Їх використовують у промислових, побутових та транспортних агрегатах. Асинхронний двигун — один із найпоширеніших видів таких електричних машин. Він дешевше, надійніше та простіше в обслуговуванні порівняно з іншими варіантами. У 95% нового обладнання використовується асинхронний мотор з короткозамкненим ротором, а 5%, що залишилися, — це серводвигуни, крокові та щіткові двигуни, інші специфічні силові агрегати.
Що означає асинхронний двигун?
Асинхронний двигун — це трифазна машина змінного струму, яка використовується для перетворення електричної енергії в механічну. Її головна відмінність від інших типів моторів в тому, що швидкість обертання ротора відстає від швидкості магнітного поля статора — детальніше про це поговоримо нижче.
Діапазон потужностей таких моторів дуже широкий: від кількох сотень ват до кількох тисяч кіловат. При цьому загальний пристрій та принцип роботи асинхронного двигуна однаковий для всіх габаритів та модифікацій цих машин.
Де застосовується асинхронний двигун?
Більше 95% всіх електричних приводів будуються на базі асинхронних електричних двигунів. Асинхронники широко поширені у промисловості, сільському та комунальному господарстві, а також інших галузях для:
- приводів насосів та вентиляторів;
- транспортерів та конвеєрів;
- верстатів — ткацьких, метало- та деревообробних;
- вантажопідіймальних машин;
- землеройних машин;
- різних виробничих механізмів;
- побутової техніки — пральних машин, витяжок, газонокосарки;
- електроінструментів;
- ліфтів.
Асинхронний двигун знижує споживання енергії обладнанням, яке до нього підключено. При цьому підвищується надійність всього ланцюга та термін служби кожного компонента.
З чого складається асинхронний двигун?
Конструктивно асинхронний електродвигун складається з нерухомого статора та рухомого ротора. Порожнистий циліндр статора зроблений із сталевих пластин, що формують сердечник і укладений у корпус. Емальована мідна обмотка укладена в пази статора на внутрішній поверхні. Коли через неї проходить трифазний змінний струм, вона створює магнітне поле, що обертається. Про це — окремо.
Ротор складається з осердя з електротехнічної сталі та короткозамкнутої обмотки, яку ще називають «кліткою білки». Вона виконана із стрижнів, які роблять із сплаву алюмінію або міді. Стрижні по обидва кінці об'єднуються коротко замикаючими кільцями. Ротор розміщується у статорі, насаджуючи вал, через який передається енергія обертання. Існують і фазні ротори, але вони використовуються досить рідко.
У конструкції асинхронного однофазного електродвигуна є відцентровий перемикач, який після запуску двигуна відключає пускову обмотку. У трьохфазних пристроях такого перемикача немає.
Також в обладнанні використовуються такі елементи:
- підшипники;
- підшипникові щити, які захищають підшипниковий вузол від деформації під час експлуатації;
- вентилятор для підтримки низької робочої температури;
- кожух вентилятора;
- рим-болти для спрощення навантаження та встановлення;
- клемна коробка, в якій передбачені клеми з кінцями обмоток статора;
- пусковий конденсатор, що застосовується на однофазних двигунах і розміщується в клемній коробці або поряд з нею;
- сальники, що вставляються в отвори клемної коробки для прокладання кабелю живлення;
- лапи, що забезпечують ослаблення вібрації під час роботи двигуна.
Корпус (станина) найчастіше виконаний з чавуну, оскільки він більш зносостійкий та стійкий до агресивної дії зовнішніх факторів. Щоб покращити тепловий баланс електромотора, корпус роблять із охолодними ребрами. Саме всередині станини кріпиться статор.
На внутрішній поверхні кришки клемної коробки зазвичай нанесені схеми для підключення проводки виходячи з напруги в мережі живлення. Асинхронні двигуни малої та середньої потужності розраховані на напругу 220 В або 380 В. Для трифазної мережі 220 В статора обмотки підключаються за схемою «трикутник», а при напрузі 380 В — «зіркою».
У кабельне введення для трифазного асинхронного мотора заводиться кабель живлення на чотири жили: три після віконця підключаються на фази, а четвертий — на заземлення.
Принцип роботи асинхронного двигуна
Обмотки в асинхронному електродвигуні розташовані попарно і під кутом 120 градусів по відношенню один до одного. Їхні полюси протилежні до ротора, щоб він притягувався не до однієї точки, а відразу до двох. При цьому обмотки заходять одна на одну частково для більш плавного перетікання магнітного поля. Котушки в парі з'єднані послідовно та підведені до фази.
Принцип роботи такого двигуна ґрунтується на електромагнітній взаємодії:
- Під дією змінної напруги обмотка утворює змінне магнітне поле. Оскільки напруга синусоїдальна, та й магнітне поле переймає цю властивість, тобто плавно наростає та згасає. У другому напівперіоді полярність змінюється і відбувається те саме, але з протилежним полюсом.
- В інших обмотках протікає такий самий процес, але зі зсувом фази на 120 градусів. Магнітне поле в котушках наростає і спадає не одночасно, а в різні проміжки, через що магнітне поле стає обертовим. Плавні перемагнічування обмоток відбуваються наступно: поки на одній обмотці магнітне поле спадає, на сусідній воно наростає.
- У момент наростання напруги в парі котушок вони притягують до себе короткозамкнену обмотку ротора відразу з двох полюсів, за рахунок чого посилюється крутящий момент. Коли напруга в обмотці спадає, а в сусідській наростає, обмотка ротора «підтягується» до наступної пари тощо. Таким чином виходить точка тяжіння, що обертається, яку узагальнено називають обертовим магнітним полем.
- Під впливом обертового магнітного поля рамка («клітка білки») ротора поводиться як один виток. У ній індукується ЕРС (електрорушійна сила) і нею протікає струм. В результаті в обмотці ротора генерується своє електромагнітне поле, полюси якого починають взаємодіяти і притягуватися полюсами в котушках статора. Рамка починає обертатися і наздоганяти обертання магнітного поля статора.
Важливо! У міру збільшення обертів ротора магнітне поле статора починає уповільнюватися щодо рамки. Зі збільшенням оборотів ротора зменшується динаміка змінного магнітного поля, що діє на рамку: струм, що протікає через неї, зменшується, а також послаблюється її магнітне поле. Якщо збігаються швидкості обертання ротора та змінного магнітного поля статора, то останнє стане нерухомим щодо ротора. Це означає, що в рамці не генеруватиметься струм і магнітне поле. Тому в асинхронних двигунах ніколи не досягається синхронне обертання ротора і магнітного поля статора, що обертається. Обороти ротора відстають від оборотів поля на кілька відсотків. Ось чому двигун називається асинхронним.
Ротор, що обертається, обертає і вал, на який він насаджений. З валу механічна енергія передається підключеному обладнанню. Так і працює асинхронний двигун.
Параметри та недоліки асинхронного двигуна
Переваги асинхронного двигуна:
- простіша конструкція в порівнянні з синхронним двигуном — технічне обслуговування агрегату мінімальне;
- самозапуск;
- надійність;
- легке підключення до загального електроланцюга приладів;
- невисока вартість — на відміну від двигуна постійного струму в асинхроннику немає щіток, а значить собівартість конструкції менша;
- для формування поля, що обертається, не потрібні допоміжні елементи та перетворення;
- не залежить від умов навколишнього середовища;
- не іскрить через відсутність щіток;
- має ККД при повному навантаженні 85-97%.
Але у електричної машини є й деякі недоліки:
- складно регулювати швидкість роботи — для цього потрібні додаткові регулюючі пристрої;
- високе споживання енергії в момент прямого пуску та низький пусковий момент;
- висока інерція ротора — мотор може не витримати старт обертання при підключенні до важких приводів.
Нівелювати мінуси допомагає безліч електронних та механічних пристроїв, доступних на ринку електротехніки. Все необхідне для цього ви знайдете у каталозі нашого магазину. Якщо вам знадобиться допомога або швидкий вибір товару, зверніться до менеджера — його послуги безкоштовні.