Принцип работы асинхронного двигателя

princip_raboty_asinxronnogo_dvigatelya_принцип_работы_асинхронного_двигателя

Здравствуйте, уважаемые посетители сайта http://zametkielectrika.ru.

Электрические машины переменного тока нашли широкое распространение, как в сфере промышленности (шаровые мельницы, дробилки, вентиляторы, компрессоры), так и в домашних условиях (сверлильный и наждачный станки, циркулярная пила).

Основная их часть является бесколлекторными машинами, которые в свою очередь разделяются на асинхронные и синхронные.

Асинхронные и синхронные электрические машины обладают одним замечательным свойством под названием обратимость, т.е. они могут работать как в двигательном режиме, так и в генераторном.

Но чтобы дальше перейти к более подробному их рассмотрению и изучению, необходимо знать принцип их работы. Поэтому в сегодняшней статье я расскажу Вам про принцип работы асинхронного двигателя. После прочтения данного материала Вы узнаете про электромагнитные процессы, протекающие в электродвигателях.

Итак, поехали.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

С устройством асинхронного двигателя мы уже знакомились, поэтому повторяться второй раз не будем. Кому интересно, то переходите по ссылочке и читайте.

При подключении асинхронного двигателя в сеть необходимо его обмотки соединить звездой или треугольником. Если вдруг на выводах в клеммнике отсутствует маркировка, то необходимо самостоятельно определить начала и концы обмоток электродвигателя.

При включении обмоток статора асинхронного двигателя в сеть трехфазного переменного напряжения образуется вращающееся магнитное поле статора, которое имеет частоту вращения n1. Частота его вращения определяется по следующей формуле:

princip_raboty_asinxronnogo_dvigatelya_принцип_работы_асинхронного_двигателя

  • f — частота питающей сети, Гц
  • р — число пар полюсов

Это вращающееся магнитное поле статора пронизывает, как обмотку статора, так и обмотку ротора, и индуцирует (наводит) в них ЭДС (Е1 и Е2). В обмотке статора наводится ЭДС самоиндукции (Е1), которая направлена навстречу приложенному напряжению сети и ограничивает величину тока в обмотке статора.

Как Вы уже знаете, обмотка ротора замкнута накоротко, у электродвигателей с короткозамкнутым ротором, или через сопротивление, у электродвигателей с фазным ротором, поэтому под действием ЭДС ротора (Е2) в ней появляется ток. Так вот взаимодействие индуцируемого тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем статора создает электромагнитную силу Fэм.

Направление электромагнитной силы Fэм можно легко найти по правилу левой руки.

Правило левой руки для определения направления электромагнитной силы

На рисунке ниже показан принцип работы асинхронного двигателя. Полюса вращающегося магнитного поля статора в определенный период обозначены N1 и S1. Эти полюса в нашем случае вращаются против часовой стрелки. И в другой момент времени они будут находится в другом пространственном положении. Т.е. мы как бы зафиксировали (остановили) время и видим следующую картину.

princip_raboty_asinxronnogo_dvigatelya_принцип_работы_асинхронного_двигателя

Токи в обмотках статора и ротора изображены в виде крестиков и точек. Поясню. Если стоит крестик, то значит ток в этой обмотке направлен от нас. И наоборот, если точка, то ток в этой обмотке направлен к нам. Пунктирными линиями показаны силовые магнитные линии вращающегося магнитного поля статора.

Устанавливаем ладонь руки так, чтобы силовые магнитные линии входили в нашу ладонь. Вытянутые 4 пальца нужно направить вдоль направления тока в обмотке. Отведенный большой палец покажет нам направление электромагнитной силы Fэм для конкретного проводника с током.

На рисунке показаны только две силы Fэм, которые создаются от проводников ротора с током, направленным от нас (крестик) и к нам (точка). И как мы видим, электромагнитные силы Fэм пытаются повернуть ротор в сторону вращения вращающегося магнитного поля статора.

Поясняющий рисунок для определения электромагнитной силы Fэм для проводника с током, который направлен от нас (крестик).

princip_raboty_asinxronnogo_dvigatelya_принцип_работы_асинхронного_двигателя_3

Поясняющий рисунок для определения электромагнитной силы Fэм для проводника с током, который направлен к нам (точка).

princip_raboty_asinxronnogo_dvigatelya_принцип_работы_асинхронного_двигателя_4

Совокупность этих электромагнитных сил от каждого проводника с током создает общий электромагнитный момент М, который приводит во вращение вал электродвигателя с частотой n.

Эта частота называется, асинхронной.

Отсюда и произошло название асинхронный двигатель. Частота вращения ротора n всегда меньше частоты вращающегося магнитного поля статора n1, т.е. отстает от нее. Для определения величины отставания введен термин «скольжение», который определяется по следующей формуле:

princip_raboty_asinxronnogo_dvigatelya_принцип_работы_асинхронного_двигателя_5

Выразим из этой формулы частоту вращения ротора:

princip_raboty_asinxronnogo_dvigatelya_принцип_работы_асинхронного_двигателя_6

Пример расчета частоты вращения двигателя

Например, у меня есть двигатель типа АИР71А4У2 мощностью 0,55 (кВт):

  • число пар полюсов у него равно 4 (2р=4, р=2)
  • частота вращения ротора составляет 1360 (об/мин)

Вот его бирка.

princip_raboty_asinxronnogo_dvigatelya_принцип_работы_асинхронного_двигателя_7

Определим частоту вращения поля статора этого двигателя при частоте питающей сети 50 (Гц):

princip_raboty_asinxronnogo_dvigatelya_принцип_работы_асинхронного_двигателя_8

Найдем величину скольжения для этого двигателя:

princip_raboty_asinxronnogo_dvigatelya_принцип_работы_асинхронного_двигателя_9

Кстати, направление движения вращающегося магнитного поля статора, а следовательно, и направление вращения вала электродвигателя, можно изменить. Для этого необходимо поменять местами любые два вывода источника питающего трехфазного напряжения. Об этом я упоминал Вам в статьях про реверс электродвигателя и чередование фаз.

Принцип работы асинхронного двигателя. Выводы

Зная принцип работы асинхронного двигателя, можно сделать вывод, что электрическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения вала электродвигателя.

Частота вращения магнитного поля статора, а следовательно и ротора, напрямую зависит от числа пар полюсов и частоты питающей сети. Если число пар полюсов ограничивается типом двигателя (р = 1, 2, 3 и 4), то частоту питающей сети можно изменить в большем диапазоне, например, с помощью частотного преобразователя.

Если в нашем примере частоту питающей сети увеличить всего на 10 (Гц), то частота вращения магнитного поля статора увеличится на 300 (об/мин).

Опыт по установке и монтажу частотных преобразователей у меня есть, но не большой. Несколько лет назад на городском водоканале мы проводили замену двух высоковольтных двигателей насосов холодной воды на низковольтные двигатели с частотными преобразователями. Но это уже отдельная тема для разговора. Сейчас покажу Вам несколько фотографий.

Вот фотография старого высоковольтного двигателя напряжением 6 (кВ).

princip_raboty_asinxronnogo_dvigatelya_принцип_работы_асинхронного_двигателя_10

А это новые двигатели напряжением 400 (В), установленные вместо старых высоковольтных.

princip_raboty_asinxronnogo_dvigatelya_принцип_работы_асинхронного_двигателя_11

Вот шкафы частотных преобразователей. На каждый двигатель свой шкаф. К сожалению, изнутри сфотографировать не успел.

princip_raboty_asinxronnogo_dvigatelya_принцип_работы_асинхронного_двигателя_12

Подписывайтесь на рассылку новостей с моего сайта, чтобы не пропустить самое интересное. В ближайшее время я расскажу Вам про пуск и способы регулирования частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей двигателей, схемы их подключения и многое другое.

P.S. На этом статью про принцип работы асинхронного двигателя я завершаю. Спасибо за внимание.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:


36 комментариев к записи “Принцип работы асинхронного двигателя”

  1. сергей:

    Дима молодец,все как в старых добрых учебниках и доступно.

  2. Админ:

    Спасибо, Сергей.

  3. asi:

    Админ-респект ждем новых статей.

  4. Алексей:

    Осталось, собственно, два вопроса, которые меня всегда мучали:
    чем определяется скольжение
    и почему оно постоянно (если это так, конечно).
    Ещё мне кажется в примере двигателя опечатка: если число ПАР полюсов =4, то p=4.

  5. Админ:

    Нет, Алексей, опечатки нет. Число пар полюсов обозначается, как «2р». Поэтому, если число пар полюсов у двигателя равно 4, то это значит, что «2р=4″, и соответственно, р=2.

  6. Ilshat:

    Хорошая статейка. Сделана с огоньком. Вот бы кто подсказал… В книге Жерве в начале предупреждение, что расчеты для двигателей напряжением до 500 в. Где бы отыскать расчеты для них до 3000 в?

  7. Админ:

    Вам расчеты обмоток нужно или защиты?

  8. Дмитрий:

    Здравствуйте уважаемый Сергей. Возникла проблема с работой асинхронного двигателя, если вам не сложно подскажите что тут можно сделать…
    Суть — В системе водяного контура стоит асинхронный двигатель АИР 200 М4, на 37кВт, 73,1А, подключенный по схеме «треугольник» на 380В. Перед ним стоит Контактор малогабаритный КМИ-49512, так же тепловое реле РТИ-3365, кабель ВВГ 4*10, имеется кнопка запуска и остановки. При запуске двигателя всё функционирует нормально, но по истечении 50 минут контактор сам отсчёлкивается и двигатель останавливается!

  9. Админ:

    Дмитрий, меня зовут не Сергей, а Дмитрий. Ваш теска.

    Теперь по двигателю. Вероятно всего у Вас срабатывает тепловое реле, которое своим нормально-замкнутым контактом разрывает цепь питания катушки контактора. Произведите осмотр теплового реле и перепроверьте его уставку срабатывания. Еще замечание — для двигателя 37 (кВт), 73 (А), питающий кабель должен быть не 4х10, а минимум 4х16. После очередной сработки потрогайте питающий кабель (провода) на нагрев. Жду от Вас информации.

  10. Александр:

    Я слышал, что если вместо ротора положить в статор шарик от подшипника, то шарик будет вращаться по статору, только напряжение на статор надо пониже-около 36В,а если шарик остановился, то в этом месте кз виток…

  11. Шихмагомед:

    Не могли бы подсказать каким датчиком лучше было бы замерить частоту вращения вала электродвигателя АИР, так чтобы без лишних вмешательств в сам электродвигатель?

  12. Админ:

    У нас в лаборатории еще до сих пор применяется тахометр «советского времени» ТЧ10-Р. В настоящее время существуют цифровые лазерные тахометры. Если Вам нужно без вмешательств измерить обороты электродвигателя — то цифровой тахометр будет Вам в самый раз.

  13. ЯЯЯЯ:

    неужели такие маленькие насосы способны заменить такой большой?

  14. Админ:

    Да заменяют, нареканий к ним нет, все довольны. Вы бы имя хоть свое написали, а то обращаться к «ЯЯЯ» не очень уважительно.

  15. Я(ПаХаН):

    а от чего же тогда зависит производительность тех и других насосов? ведь разница в мощности и размерах огромная?!!

  16. Егор:

    что такое пар полюса? и как определить их визуально у двигателя в разборе? если допустим отсутствует табличка. буду признателен

  17. Юрий:

    Егор.
    Число пар полюсов определяют частоту вращения двигателя.
    Формула такова: n= 60*f/p, где f-частота сети в Гц,р-число пар полюсов=1,2,3,и т.д.
    Определить в разборе,может только опытный электрообмотчик двигателей и то не всегда: нужна часто разборка схемы.

  18. Сергей:

    А как вы определили направление ЕДС и тока в роторных контурах??Поясните пожалуйста подробнее.

  19. Александр:

    Александр:

    25.04.2013 в 22:26

    Я слышал, что если вместо ротора положить в статор шарик от подшипника, то шарик будет вращаться по статору, только напряжение на статор надо пониже-около 36В,а если шарик остановился, то в этом месте кз виток…
    Да, шарик будет вращаться — круговые движения внутри статора, если к.з. то шарик остановиться в этом месте — магнитное поле здесь будет сильнее т.к. короткое замыкание.

  20. Рустик:

    я чето не понял как асинхронный двигатель может работать в генераторном режиме? синхронник может если подать на ротор возбуждение, а с асинхоронником куда подать? на белечье колесо?

  21. Админ:

    Рустик, асинхронный электродвигатель может работать в 3 режимах: двигательный, генераторный и тормозной. Чтобы асинхронный двигатель стал работать в генераторном режиме, нужно его ротор начать вращать со скоростью n2>n1. Дальше идет теория в чистом виде, если интересует, то возьмите учебник по электричеким машинам, там подробно написано об этом со всеми формулами и векторами.

  22. bidzina:

    kak mojno apredelit chislo par polusov asinx. dvigatelia?

  23. Админ:

    Можно по оборотам, если есть тахометр или иной другой прибор для измерения скорости вращения вала двигателя.

  24. ВладимирЪ:

    Статья – ОГОНЬ! Много перерыл – эта самая лучшая по теме. Содержание – супер! Оформление – обалденное. И фотки, пади, из жизни? Полностью согласен с Сергеем «все как в старых добрых учебниках и доступно.» Число пар полюсов? А разобрать и посчитать – не вариант? Уважаемый Дмитрий (Админ), огромное вам спасибо за эту статью! Один момент в ней не понятен. Почему, на второй ладони, стрелка из неё выходит, а не в неё входит?
    С уважением к вам Владимир.

  25. Александр:

    Доброго времени суток,Дмитрий. Отличный сайт. Очень познавательные и интереснейшие и наполненные статьи. С удовольствием читаю и познаю.
    В своей работе электромонтажником не так давно столкнулся с частотным преобразователем.Но потому что опыт у меня не большой я не стал торопиться его подключать (боялся испортить его в силу не знания тонкостей).Насколько я понимаю Новыеэлектродвигатели в этой статье работают именно в паре с такими пребразователями ? Если я не ошибся в своих догадках, очень прошу тебя расскажи пожалуйста про эти чудо устройства на страницах твоего сайта. Очень хочется понять принципы действия этих приборов и как они могли бы быть полезны простым людям. А еще более ценным будет для меня как для электромонтера услышать об этом из уст знающего и близкого по духу и роду деятельности человека.Заранее благодарю за твой труд и с нетерпением буду ждать ответа с пониманием о нехватке времени. С уважением.

  26. Кирюха:

    Позновательно и очень доходчиво! Хотелось бы и про СД почитать на этом сайте.

  27. ПАВ:

    В тырнете все есть, они достаточно редки в промышленности, а в быту, так вааще и не найдете просто так. Разве что в стиралках прямоприводных, или в простом таймере.
    А на двух пальцах так- ротор представляет собой не «беличью клетку», а устройство или с постоянными магнитами, или с обмотками и кольцами токосъемными для создания собственного магнитного поля. Тогда частота вращения ротора равна частоте вращения поля статора, тет такого понятие- скольжение и ваш мотор, если есть такой, будет крутить не 2800…2900 об/мин, а ровно 3000. Аналогично и для других частот вращения.

  28. Михаил:

    Здравствуйте, Дмитрий. На днях начальник задал мне вопрос: «Почему в асинхронном двигателе ротор не может догнать статор?» Я спрашивал у многих, но внятного, развернутого ответа не услышал, одни догадки и предположения. Подскажите пожалуйста!

  29. ВладимирЪ::

    Михаил, хороший вопрос задал ваш начальник. У меня, тоже, есть лишь догадка, а не развёрнутый ответ.

  30. ПАВ:

    …Частота вращения ротора асинхронного двигателя никогда не может сравняться с частотой вращения магнитного поля, создаваемого обмоткой статора, так как в этом случае провода ротора были бы неподвижны относительно вращающегося поля, отсутствовало бы явление пересечения вращающимся магнитным полем статора проводов обмотки ротора, тока в этой обмотке не было бы, не возникал бы вращающий электромагнитный момент, и ротор должен был бы остановиться. Ротор при вращении всегда отстает от вращающегося магнитного поля статора, поэтому такие двигатели называются асинхронными. Отставание ротора от вращающегося магнитного поля статора называют скольжением….(с)

  31. ВладимирЪ::

    Блин, да тут не только статьи хорошие и знающие люди на вопросы отвечают, но ещё и форум есть!!! Хочу здесь поселиться.

  32. Юрий:

    приятно познавать новое! Доброжелательно и конструктивно!

  33. Азат:

    В начале статьи ,когда определяется частота вращения вращ. магн. поля статора поменять число пар полюсов на 2p ?

  34. ПАВ:

    Может быть и 2, и 3, 4, соотв. условная частота вращения поля 3000, 150, 750 об. мин, частота вращения ротора всегда меньше на неск. процентов.

  35. Константин:

    Доброго времени суток. Помогите советом,если не трудно.Купили частотник ,,Веспер» для для трехфазного двигателя 1.1Квт. Подключить то подключил,даже работает. Но на нем нужно какие-то константы устанавливать. Что для меня ещё тёмный лес(образования нехватает и опыта). Забил туда по инструкции ТТХ движка,произвел автонастройку,пишет End. Запускаю, движок крутит,обороты регулируются изменением частоты при повороте крутилки или как она называется. После остановки цифры на дисплее(частота) постоянно мигают. В инструкции про это ничего не нашёл. Подозреваю что накосячил в программных установках.

  36. Админ:

    Константин, лично я помочь с Веспером Вам не могу. Сам не так давно впервые параметрировал ЧП Сбережок SB-17 и SB-19. В комплекте была подробная и исчерпывающая инструкция, по которой не составило особого труда настроить его самые простые и необходимые параметры, в том числе управление, измерение скорости и частоты. Может быть постоянные читатели сайта Вам помогут, например, в лице ПАВа, ну или попробуйте обратиться с этим вопросом на мой Форум Электриков.

Оставить комментарий