Изобретен такой двигатель в конце 19 столетия. Отличие от синхронного состоит в том, что магнитные поля ротора и статора, создаваемые обмотками, вращаются с разной частотой. Это приводит к некоторому отставанию оборотов ротора. Отставание ротора позволяет поддерживать постоянный момент силы, вращающий ротор. Когда ротор «догонит» магнитное поле статора, движущая сила исчезнет и мотор остановится.
Ток в роторе возбуждает магнитное поле статора, подводить к обмоткам энергию извне не нужно. Это упрощает конструкцию за счет отсутствия щеток и других контактных узлов. Меняя положение клемм на колодке питания, можно направить вращение в обратную сторону. Скорость вращения регулируют, изменяя частоту тока питания с помощью специальных устройств — преобразователей.
Преимущества асинхронных двигателей:
- простота конструкции;
- надежность, износиться могут только подшипники узлов вращения вала;
- низкая стоимость;
- простота подключения.
Частота вращения вала асинхронного двигателя зависит от нагрузки, что не всегда удобно, особенно в механизмах высокой точности. Но в большинстве случаев для промышленного оборудования выбирают именно асинхронные моторы, как более дешевые, надежные и простые в подключении. Для регулировки частоты вращения блоки управления комплектуются частотными преобразователями.
Устройство асинхронного электродвигателя
Асинхронный двигатель состоит из следующих элементов:
- Статор цилиндрической формы, собранный из стальных листов. Сердечник статора имеет пазы, в которые уложены обмотки. Их оси сдвинуты на 120 градусов по отношению друг к другу.
- Ротор (короткозамкнутый или фазный). Первый вариант представляет собой сердечник с алюминиевыми стержнями, накоротко замкнутыми торцевыми кольцами (беличья клетка). Второй вариант состоит из трехфазной обмотки, чаще всего соединенной «звездой».
- Конструктивные детали – вал, подшипники, лапы, подшипниковые щиты, крыльчатка и кожух вентилятора, коробка выводов - обеспечивающие вращение, охлаждение и защиту механизма.
Схема асинхронного двигателя с указанием его деталей доступна в интернете или в пособиях.
Информационная табличка на двигателе (шильдик)
Полную и достоверную информацию о двигателе можно узнать, если уметь «читать» шильдик. Точнее то, что на нем написано. Начнем описание шильдика рассматриваемого двигателя сверху вниз.
Далее построчно:
- Название двигателя. Значок слева – эмблема завода-изготовителя, справа – знак качества СССР.
- Слева: тип двигателя – в этом наборе букв и цифр кодировалась технологическая информация. В кодировку могли включить данные о: количестве катушек в одной обмотке; количество витков провода в одной катушке; скольким числом проводов намотаны катушки; тип лака, примененного для пропитки и т.д. Справа: заводской номер двигателя.
- Слева направо: количество рабочих фаз; частота рабочего напряжения (Гц); мощность двигателя (W); cos φ – коэффициент мощности тока (параметр показывает, какое количество тока, взятого из сети, используется по назначению). Чем больше мощность, тем выше этот параметр.
- Число оборотов в минуту вала двигателя; характеристики статора – по каким схемам можно соединять обмотки (треугольник или звезда); величина(ы) рабочего напряжения.
- Ток, потребляемый двигателем, соответствующий каждой схеме соединения обмоток (в данном случае — 2,3 А при соединении «треугольником» и 1,33 А – «звездой»); коэффициент полезного действия (КПД), степень пыле- влагозащиты (IP44).
- ГОСТ СССР, по которому сделан двигатель; класс изоляции, режим S1. Режим S1 означает, что это постоянный режим работы. В таком режиме двигатель может оставаться включенным в работу на длительное время.
- Страна-производитель двигателя.
Конструкция и функция статора
Статор – это стационарный узел устройства асинхронного двигателя, который устанавливается в корпусе. Основой статора является сердечник. Цилиндрическая деталь изготавливается из металлических полос. Материалом выступает электротехническая сталь. Внутри сердечника расположены покрытые изоляцией пазы, куда особым образом укладываются медные проводники. На медные жилы нанесён специальный изолирующий лак. Допустимо использование алюминиевого провода.
Кабели расположены относительно друг друга под углом 120 градусов. Концы обмоточного провода могут соединяться звездой или треугольником в зависимости от величины подаваемого напряжения. Характеристики электродвигателя зависят от сечения проводника, числа катушек.
Ротор двигателя асинхронного типа
Ротор выступает подвижной частью оборудования. Вал – основной элемент устройства. Он отвечает за вращение. На противоположных концах установлены подшипники для центровки и движения ротора внутри неподвижной части прибора.
На вал монтируется сердечник, состоящий из металлических листов, изолированных друг от друга оксидным покрытием или диэлектриком. В пазы сердечника укладываются проводники из алюминия или меди. Углубления сердечника служат для прокладки проводников, которые замыкаются с поперечных граней контурами, выполненными из того же металла. Провода собраны в замкнутую обмотку по типу «беличье колесо».
Между ротором и статором предусмотрено воздушное пространство. При нормальной работе двигателя эти элементы не соприкасаются. Металлическая бирка от завода-изготовителя содержит информацию о названии двигателя, типе устройства, числе рабочих фаз, количестве оборотов в минуту, величине тока. Эти данные помогут рассчитать ёмкость.
Принцип работы электродвигателя
Из трёхфазной переменной сети на провода обмотки статора поступает электрический ток. Напряжение на катушках создаёт в каждом проводнике вращающееся электромагнитное поле, сила которого меняется при перемене напряжения. Расположение проводящих жил под углом 120 градусов сдвигает потоки магнитного поля в окружающем пространстве на одну треть. Совокупное поле становится вращающимся.
- При частоте в 50 Гц переменный ток меняется в оба направления от нуля до полного напряжения пятьдесят раз за одну секунду.
- При переменном токе меняется полярность, что приводит к вращению роторного узла. Направление движения определяется магнитным полем. Асинхронный электродвигатель может функционировать только при переменном токе.
При этом магнитный поток, созданный в воздушном пространстве между статором и ротором, заставляет последний вращаться.
Способы подключения асинхронного двигателя
Как мы уже с вами узнали, асинхронный двигатель имеет три обмотки. На современный манер они обозначаются английскими буквами U,V,W
Поэтому, есть два способа соединения обмоток: звездой и треугольником.
Способ соединения «звезда»
Способ «звезда» подразумевает соединение одинаковых выводов обмоток (начала или концы обмоток) в одну (нулевую) точку.
Как вы видите, в этом случае с помощью железных пластин мы закоротили концы обмоток в одну общую точку.
Соединение таким способом практикуется, в основном, на двигателях промышленного назначения. Часто завод-изготовитель, для таких двигателей, которые не будут реализовываться через розничную сеть, производит соединение «звездой» уже внутри статора. На корпус двигателя выводится не 6 клемм, а 3. В этом случае достаточно просто подать трехфазное напряжение. Поэтому, помните: если вы увидите, что у асинхронного двигателя только 3 провода, это значит, что его обмотки уже соединены по типу «звезда».
Способ соединения «треугольник»
Соединение «треугольник» выполняется по схеме: конец первой обмотки соединяется с началом второй, конец второй – с началом третьей, а конец третьей – с началом первой. В места соединения подается питающее трехфазное напряжение.
Монтажное исполнение
Способ крепления электропривода к оборудованию: он указывает на детали, которые следует зафиксировать.
Класcификация
Асинхронные электродвигатели делятся на две группы:
- с короткозамкнутым ротором;
- с фазным ротором.
У агрегата с короткозамкнутым ротором отсутствуют щетки и дополнительная обмотка, и он не требователен в обслуживании. Устройство с фазным ротором имеет три обмотки с контактными кольцами, ток с которых снимается с помощью щеток. У такого механизма проще регулировать момент на валу и выполнять плавный запуск для уменьшения пусковых токов.
Классификация двигателей:
- по количеству питающих фаз: однофазные — для бытовых нужд от сети 220 В, двухфазные — для речных и морских судов, трехфазные — для применения в промышленности и сельском хозяйстве;
- по способу крепления: с помощью фланцев или лап;
- по режиму эксплуатации: длительная, кратковременная или повторно-кратковременная работа;
- по другим факторам, на которых основан выбор агрегата для применения в конкретных условиях.
Восстановление маркировки обмоток
Если точнее, маркировка обмоток нужна только для определения направления намотки катушек обмотки. Конец и начало обмотки обозначают только с этой целью. Дело в том, что при включении обмотки в работу в ней начинают возникать вихревые токи, которые движутся по направлению «от начала к концу». Если обмотки включить по принципу «начало с началом, конец с концом», то токи суммируются, обмотки превратятся в один большой резистор и возникнет огромный суммарный ток. Двигатель начнет сильно гудеть и не будет вращаться. Очень быстро начнут нагреваться обмотки, и двигатель сгорит. Причем, вполне возможно, вспыхнет настоящее пламя оранжево-синего цвета с очень вредным и неприятным запахом.
Существует способ определения концов и начал обмоток.
Как проверить двигатель перед запуском
Перед тем, как запустить асинхронный двигатель в работу, желательно его проверить на работоспособность. С чего же начать?
Внешний осмотр двигателя. Проверьте, нет ли сколов, вмятин, покрутите вал двигателя. Он должен крутиться плавно и без рывков в обе стороны. Этим действием вы проверяете подшипники, на которых держится ротор двигателя. Если вал двигателя подклинивает, то на это могут быть несколько причин: разбиты посадочные места под подшипники, убитые подшипники, либо ротор затирает статор. Для того, чтобы выяснить причину, нужно будет полностью разобрать двигатель и выяснить реальную проблему. Если все ок, то двигаемся к следующему шагу.
Проверяем обмотки двигателя. Для этого берем мультиметр, ставим его на измерение сопротивления и проверяем сопротивление обмоток. Если обмотки подключены по схеме «звезда», то нам будет достаточно замерять сопротивление между клеммами, куда подается напряжение питания. Делается это в три этапа.
Во всех трех случаях сопротивление должно быть одинаково. Допускается отклонение в несколько Ом. Этими тремя действиями мы проверили обмотки нашего двигателя и убедились, что они все целые.
И заключительный шаг. Проверяем, не звонятся ли обмотки на землю. Так как все обмотки так или иначе соединяются между собой, достаточно будет встать щупом мультиметра на любую из обмоток, а вторым щупом встать на корпус двигателя. Переключатель на мультиметре поставить на измерение МОм.
В идеале должно получиться бесконечно большое сопротивление, в реале от 100 МОм и выше. Если сопротивление очень маленькое, что то около 1-10 Ом, то это означает, что какая-то из обмоток двигателя звонится на землю, что категорически недопустимо. На практике если же сопротивление меньше 1 МОм, то надо выяснить причину и устранить ее. Скорее всего в двигатель попала влага, грязь, либо произошел пробой диэлектрика медного провода. В этом случае поможет только полная разборка и визуальное выяснение причины