Что характерно для универсального асинхронного двигателя
Перейти к содержимому

Что характерно для универсального асинхронного двигателя

  • автор:

Универсальные асинхронные электродвигатели

Асинхронные двигатели, рассчитанные для работы от сети как трёхфазного, так и однофазного тока, называются универсальными асинхронными двигателями (УАД).

Универсальные двигатели изготовляются как трехфазные, но их обмоточные данные рассчитываются так, чтобы при определённой схеме включения обмоток статора с использованием конденсатора обеспечивались приемлемые характеристики и при работе от однофазной сети. Номинальная мощность УАД при однофазном питании составляет 70-85% от номинальной мощности трехфазного двигателя. Наиболее распространенные схемы включения обмоток статора трехфазных двигателей в однофазную сеть показаны на рис. 5.54.

Широкое применение получили универсальные двигатели серии УАД. Они имеют закрытое исполнение, охватывают

Схемы включения обмоток статора трёхфазных двигателей в однофазную сеть

Рис. 5.54. Схемы включения обмоток статора трёхфазных двигателей в однофазную сеть

диапазон мощностей от 1 до 70 Вт и могут работать от трехфазных и однофазных сетей одного и того же напряжения (220 В). Отметим, что на практике для работы от однофазных сетей могут использоваться и обычные трёхфазные двигатели. При этом рабочие ёмкости конденсаторов должны быть выбраны таким образом, чтобы фазные токи при нагрузке не превышали номинальных значений.

Приближенно значения рабочих ёмкостей, можно определить по формулам, мкФ:

где 1Н0М — номинальный ток трехфазного двигателя; С/яам — номинальное напряжение однофазной сети.

При тяжёлых условиях пуска необходимо на время запуска параллельно с рабочей ёмкостью включать пусковую емкость С„ = (2,5-3)Ср. Так как при работе УАД напряжение на конденсаторах может превышать напряжение сети, то при их выборе для рассматриваемых схем включения следует соблюдать условие Икр > 1,31!ном, где Ык р — рабочее напряжение конденсатора.

Типы асинхронных двигателей, разновидности, какие бывают двигатели

Электродвигатели переменного тока, использующие для своей работы вращающееся магнитное поле статора, являются в настоящее время весьма распространенными электрическими машинами. Те из них, у которых частота вращения ротора отличается от частоты вращения магнитного поля статора, называются асинхронными двигателями .

Асинхронный двигатель

В связи с большими мощностями энергетических систем и большой протяженностью электрических сетей энергоснабжение потребителей всегда осуществляется на переменном токе. Поэтому естественно стремление к максимальному использованию электрических двигателей переменного тока. Это, казалось бы, освобождает от необходимости многократного преобразования энергии.

К сожалению, двигатели переменного тока по своим свойствам, и прежде всего по управляемости, существенно уступают двигателям постоянного тока, поэтому они используются преимущественно в установках, где не требуется регулирование скорости.

Относительно недавно начали активно использоваться регулируемые системы переменного тока с подключением электродвигателей переменного тока через частотные преобразователи.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором представляет собой вращающийся трансформатор, первичная обмотка которого — это статор, а вторичная — ротор. Между статором и ротором находится воздушный зазор. Как и в любом реальном трансформаторе, каждая обмотка имеет также и собственное активное сопротивление.

При подключении двигателя в электрическую сеть в статоре возникает магнитное поле, которое вращается синхронно с частотой питающей сети. За счет явления электромагнитной индукции под действием магнитного поля статора в электрически замкнутых обмотках ротора возникает электрический ток.

Наведенный электрический ток ротора создаст собственное магнитное поле, которое вступает во взаимодействие с вращающимся магнитным полем статора. В результате ротор начинает вращаться, и на валу двигателя возникает механический момент, пропорциональный току статора.

Модель трехфазного асинхронного двигателя в разрезе

Модель трехфазного асинхронного двигателя в разрезе

Характерной особенностью асинхронного двигателя является то, что за счет взаимодействия полей статора и ротора скорость вращения вала двигателя несколько меньше, чем частота питающей сети. Разность между частотой питающей сети и скоростью вращения называют скольжением.

Очень широко применяются в различных отраслях хозяйства и производства асинхронные двигатели в силу простоты их изготовления и высокой надежности. Между тем, можно выделить четыре основных типа асинхронных двигателей:

однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;

двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;

трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;

трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором.

Однофазный асинхронный двигатель

Однофазный асинхронный двигатель содержит на статоре лишь одну рабочую обмотку, на которую в процессе работы двигателя подается переменный ток. Но для пуска двигателя на его статоре есть и дополнительная обмотка, которая кратковременно подключается к сети через конденсатор или индуктивность, либо замыкается накоротко. Это необходимо для создания начального сдвига фаз, чтобы ротор начал вращаться, иначе пульсирующее магнитное поле статора не столкнуло бы ротор с места.

Ротор такого двигателя, как и любого другого асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, представляет собой цилиндрический сердечник с залитыми алюминием пазами, с одновременно отлитыми вентиляционными лопастями. Такой ротор, типа «беличья клетка» и называется короткозамкнутым ротором. Однофазные двигатели применяются в маломощных приборах, таких как комнатные вентиляторы или небольшие насосы.

Двухфазный асинхронный двигатель

Двухфазные асинхронные двигатели наиболее эффективны при работе от однофазной сети переменного тока. Они содержат на статоре две рабочие обмотки, расположенные перпендикулярно, причем одна из обмоток подключается к сети переменного тока напрямую, а вторая – через фазосдвигающий конденсатор, так получается вращающееся магнитное поле, а без конденсатора ротор бы сам не сдвинулся с места.

Эти двигатели также имеют короткозамкнутый ротор, а их применение гораздо шире, чем у однофазных. Здесь уже и стиральные машины, и различные станки. Двухфазные двигатели для питания от однофазных сетей называют конденсаторными двигателями, так как фазосдвигающий конденсатор является зачастую неотъемлемой их частью.

Трехфазный асинхронный двигатель

Трехфазный асинхронный двигатель содержит на статоре три рабочие обмотки, сдвинутые относительно друг друга так, что при включении в трехфазную сеть, их магнитные поля получаются смещенными в пространстве относительно друг друга на 120 градусов. При подключении трехфазного двигателя к трехфазной сети переменного тока, возникает вращающееся магнитное поле, приводящее в движение короткозамкнутый ротор.

Устройство трехфаного двигателя с короткозамкнутым ротором

Обмотки статора трехфазного двигателя можно соединить по схеме «звезда» или «треугольник», причем для питания двигателя по схеме «звезда» требуется напряжение выше, чем для схемы «треугольник», и на двигателе, поэтому, указываются два напряжения, например: 127/220 или 220/380. Трехфазные двигатели незаменимы для приведения в действие различных станков, лебедок, циркулярных пил, подъемных кранов, и т.д.

Двигатель с фазным ротором

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором имеет статор аналогичный описанным выше типам двигателей, — шихтованный магнитопровод с тремя уложенными в его пазы обмотками, однако в фазный ротор не залиты алюминиевые стержни, а уложена уже полноценная трехфазная обмотка, в соединении «звезда». Концы звезды обмотки фазного ротора выведены на три контактных кольца, насаженных на вал ротора, и электрически изолированных от него.

Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором

1 — кожух с жалюзями, 2 — щетки, 3 — щеточная траверса со щеткодержателями, 4 — палец крепления щеточных траверс, 5 — выводы от щеток, 6 — колодка, 7 — изоляционная втулка, 8 — контактные кольца, 9 — наружная крышка подшипника, 10 — шпилька крепления коробки и крышек подшипника, 11 — задний подшипниковый щит, 12 — обмотка ротора, 13 — обмоткодержатель, 14 — сердечник ротора, 15 — обмотка ротора, 16 — передний подшипниковый щит, 7 — наружная крышка подшипника, 18 — вентиляционные отверстия, 19 — станина, 20 — сердечник статора, 21 — шпильки внутренней крышки подшипника, 22 — бандаж, 23 — внутренняя крышка подшипника, 21 — подшипник, 25 — вал, 26 — контактные кольца, 27 — выводы обмотки ротора

Посредством щеток, на кольца также подается трехфазное переменное напряжение, и подключение может быть осуществлено как напрямую, так и через реостаты. Безусловно, двигатели с фазным ротором стоят дороже, но их пусковой момент под нагрузкой значительно выше, чем у типов двигателей с короткозамкнутым ротором. Именно в силу повышенной мощности и большого пускового момента, этот тип двигателей нашел применение в приводах лифтов и подъемных кранов, то есть там, где устройство запускается под нагрузкой, а не вхолостую.

Подробнее про этот тип двигателей читайте здесь: Асинхронные электродвигатели с фазным ротором

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Универсальный двигатель: особенности конструкции и эксплуатации

Немало электрических моторов обладают таким качеством, как универсальность, что обусловливает их применение в разнотипных отраслях хозяйственной деятельности. Но, есть в электромеханике и отдельно универсальные двигатели. Давайте же разберемся подробнее, чем они интересны.

УАД двигатель

На сегодняшний день на рынке представлено множество вариантов исполнения электрических двигателей, подходящих для эксплуатации в разных технических условиях. Универсальный двигатель – один из таких силовых агрегатов, которые встречаются намного чаще, чем мы можем себе представить.

Данный мотор представляет собой электродвигатель вращающегося действия (коллекторный), ресурс которого позволяет ему работать с разными типами напряжения питания: постоянного и переменного однофазного тока.

Конструктивные особенности

Устройство такого коллекторного агрегата принципиально не отличается от традиционной конструкции коллекторного двигателя, который работает с постоянным током и обладает обмотками возбуждения. Единственное отличие – все магнитные компоненты (то есть ротор и статор) изготавливаются шихтованного вида, а намотка возбуждения изготавливается секционного типа.

Конструкция универсального электродвигателя

Шихтованное исполнение статора и якоря обусловливается тем, что в процессе работы от питания переменного тока, детали пронизываются магнитными потоками, также переменного типа. Это в свою очередь вызывает существенные магнитные п отери .

Секционность катушек возбуждения обусловливается необходимостью в смене количества обмоточных витков для дальнейшего сближения их рабочих параметров. Реализуется это преимущественно в ситуациях, когда электрический двигатель работает от сетей с переменным и постоянными то ками .

Коллекторный асинхронный двигатель универсального подключения производится в трех типоразмерах:

  • с независимым возбуждением;
  • с последовательным;
  • с параллельным.

На сегодняшний день широко устанавливаются и, соответственно, производятся моторы преимущественно последовательного возбуждения.

Принцип функционирования

Как мы уже писали ранее в статье – двигатели данного типа способны продуктивно работать с разными типами напряжения. Давайте теперь более подробно рассмотрим особенности каждого способа.

Схема универсального коллекторного двигателя

Работа от постоянного тока

Здесь все достаточно просто, начинается работа мотора с подключения к источнику как раз постоянного типа. При этом, силовой агрегат работает аналогично обыкновенному коллекторному двигателю DC. Статорные катушки подсоединятся к источнику питания, а также к коллекторному злу якоря (последовательным способом). Через эту систему подается ток непосредственно на обмотки ротора.

Щетки подводятся к разнотипным коллекторным кольцам, что обусловливает подачу однонаправленного тока с каждой отдельной стороны. Это в свою очередь способствует генерированию магнитных полей, под воздействием которых ротор начинает вращаться. Крутящий момент всегда должен быть направлен в одну и ту же сторону.

Данный рабочий режим выдает самый высокий КПД. Одной из лучших альтернатив такого механизма является бесколлекторный мотор, работающий с аналогичным типом напряжения и демонстрирующий продуктивность плюс-минус на таком же уровне. Правда, есть в нем недостаток — постоянные магниты, ограничивающие момент вращения.

Работа от переменного тока

Совместимость агрегата с сетями питания переменного тока объясняется особенностью, согласно которой наблюдается параллельное изменение направления токов в двух обмотках: якорной и возбуждения. Такая картина наблюдается, когда меняется полярность подключаемого напряжения питания.

В то же время изменения уровней полярности статора почти полностью совпадает с новой направленностью тока в роторной обмотке. В результате направление движения электромагнитного крутящего момента остается на прежнем уровне. При помощи формулы это демонстрируется так:

Формула

  • М – показатель электромагнитного момента, измеряется в Нм;
  • С м – стабильный коэффициент, который напрямую зависит от конструктивных характеристик мотора;
  • I a – уровень тока в обмотке ротора, А;
  • Ф – ключевой магнитный поток.

Данный вариант подключения обусловливает почти одновременную смену магнитных полей на намотках. Это указывает на то, что окончательный момента также будет характеризоваться одним направлением.

Что такое УАД?

В эту категорию входят как раз модели асинхронной конструкции, рассчитанные на работу с сетями питания одно- и трехфазного тока. Агрегаты серии УАД конструируются трехфазными, но параметры обмоток реализуются таким образом, чтобы в процессе подключения можно было реализовать и однофазное подключение. Для этого необходимо дополнительно использовать конденсатор, для успешного включения обмоток.

Вот один из примеров подключения мотора по схеме УАД

Пример схемы подключения УАД

Точные величины рабочей емкости для такого варианта рассчитываются согласно формуле:

С ≈ 2800* I ном/ U ном

U ном – уровень номинального напряжения;

I ном – показатель номинального тока для двигателя на 3 фазы.

Широко используются модели этой серии, ведь большинство из них имеют закрытую конструкцию, работают в широком спектре мощностей: 1 – 70 Вт. Работают со всеми видами электросетей одинакового напряжения (220В).

Универсальный двигатель бензиновый

Такие модификации также довольно широко применяются в хозяйственной деятельности, где обеспечивают стабильность движения на требуемых скоростях. Реализованы модификации не только бензиновые, но и дизельные, что позволяет использовать их в широком перечне приложений. Вот некоторые из них:

  • мото техника;
  • садовые агрегаты и инструменты;
  • моторные лодки и др.

Конструкция таких силовых агрегатов включает такие незаменимые компоненты:

  • блок цилиндров. По типу конструкции двигатели классифицируются на одно- и многоцилиндровые;
  • поршневые элементы. Движущиеся элементы, располагаемые внутри цилиндров;
  • коленвал. К данной детали подсоединяется шатун, на который в свою очередь крепятся вышеописанные поршни;
  • маховик. Элемент, закрепленный на валу, отвечает за первичный старт мотора, который в дальнейшем определяет начало вращений вала;
  • заслонка дросселя. С ее помощью осуществляется точное регулирование подачи топливно-воздушной смеси.

Zongshen XP140A

Стоит сказать, что современный двигатель внутреннего сгорания является одной из успешных вариаций парового двигателя, которые создаются и модернизируются более ста лет.

Имеет такой тепловой двигатель рф ряд весомых преимуществ:

  • простоту использования на любом виде топлива;
  • тихую работу;
  • соответствие требовательным экологическим стандартам;
  • более высокие показатели выходной мощности, при относительно малых объемах.

Но, если сравнивать бензиновую разновидность с дизельной, то первая проигрывает в таких вопросах:

  • показателе крутящего момента;
  • уровне потребления топлива;
  • безопасности.

Тем не менее, проект разработки универсального парового мотора продолжается, и инженеры предлагают более совершенные модели разных вариаций.

Применение электрических универсальных двигателей

Давайте вернемся к рассмотрению электрических асинхронных модификаций универсальных двигателей, которые нередко встречаются нам в быту. Электропривод пылесоса – один из простейших примеров ежедневного применения двигателей универсального двигательного действия. Такие модификации устанавливаются не во всех моделях, данный вопрос решается производителями, хотя все чаще такие приборы можно встретить внутри современной техники. Но, в домах и квартирах кроме пылесосов есть немало других важных приборов.

Мотор стиральной машины

Особое распространение универсальные агрегаты получили в крупной бытовой технике, где производительность, экономия и безопасность стоят на первых местах. Рассмотрим же эту категорию приборов на конструкциях моделей, устанавливаемых в стиральной машине.

Двигатель для стиральной машины

Всего в стиральных машинках устанавливаются такие виды агрегатов: коллекторный, асинхронный, инверторный.

Коллекторный мотор

Самый простой, среди всех модификаций, отличается высоким потреблением электроэнергии, шумностью. Но, несмотря на это, такие движки недорогие, выносливые, неприхотливые в обслуживании. Чего не скажешь об инверторных вариациях.

Асинхронный двигатель

Отличается более тихой работой, ломает реже, но, тем не менее, потребляет много электрики. Конструкция агрегатов простая, обслуживание также легкое – требуется, как правило смазывание или замена подшипника. В дорогих моделях техники устанавливается дополнительная шумоизоляция, так что громкая работа – не проблема.

Обе вышеописанные версии моторов относятся к бесщеточным.

Инверторный

Тихий и экономный универсальный двигатель, отличается высокой продуктивностью. Рекомендуется вместе с ним ставить защитное устройство, частотный преобразователь.

Подбирать модель машинки с конкретным типом двигателя, стоит, ориентируясь на условия эксплуатации, ожидания от устройства и электротехнические особенности (например, стабильность энергоснабжения).

Модельный ряд

LIFAN 188F Diesel – универсальный дизельный мотор, номинальной мощностью 106 л. с. Цилиндрический вал располагается горизонтально, обладает диаметром в 25 мм. Максимальная мощность – 7,8 кВт, при частоте вращения 3600 об/мин.

LIFAN 188F Diesel

А вот Zongshen XP140A на 3.5л.с. относится уже к бензиновым модификациям. Оборудован вертикальным валом на 22 миллиметра и рабочим объемом 141 см3. Цилиндр -1, такта – 4. Относится к устройствам общего назначения.

УАД-52 – универсальный мотор, поддерживающий 1 и 3 фазы включения. Ротор короткозамкнутого типа, подходит для привода разнотипных механизмов.

Esbe ARA661 – электрический привод для трехпозиционного управления. 230В – питание, переменное напряжение. IP41 – уровень защиты. 6 Нм – показатель крутящего момента. Устанавливается вместе с ротационными клапанами.

Вывод

Универсальные двигатели представлены разными видами конструкций, устанавливаются в самоходной технике (газонокосилки, райдеры) и в бытовых приборах (пылесосы, стиральные машины). Диапазон мощностей агрегатов широкий, каждый сможет подобрать модель под свои потребности.

6.5. Универсальный асинхронный двигатель

Универсальным асинхронным двигателем (УАД) называется двигатель, рассчитанный на работу от сети трехфазного и однофазного тока. Их проектируют как трехфазные, но при этом учитывается работа от однофазной сети, в частности, при выборе соотношения числа пазов статора и ротора, воздушного зазора и ряда других параметров. Двигатель имеет на статоре симметричную трехфазную обмотку и короткозамкнутый ротор. При работе от сети трехфазного тока обмотка статора соединяется в звезду (рис. 2.20,а). В однофазную сеть он обычно включается по схеме рис. 2.20,б.

Несмотря на то, что в двигателе 3 обмотки, при включении его по схеме 2.20,б возникают две НС сдвинутые в пространстве на . Убедиться в этом можно, рассматривая диаграмму НС на рис. 2.20,в, в которой вектор НС фазы повернут на , так как ток в этой фазе течет в противоположном направлении по сравнению с другими фазами.

Схема рис. 2.20,б фактически равноценна схеме двухфазного двигателя, у которого фаза состоит из двух фаз трехфазного двигателя с числом витков(векторвраз длиннее вектора), а фазаесть фаза трехфазного двигателя с числом витков.

Коэффициент трансформации двухфазного двигателя . [4].

Известно, что круговое поле получается при таком скольжении, при котором:

или , что соответствует трехфазной машины, и

.

Считая известными параметры обмоток трехфазного двигателя (обозначим их индексом ф), параметры двухфазного двигателя получим последующим формулам:

активное сопротивление статора ;

реактивное сопротивление статора ;

реактивное сопротивление взаимоиндукции ;

активное сопротивление ротора, приведенное к статору ;

реактивное сопротивление ротора, приведенное к статору ;

активное сопротивление статора ;

реактивное сопротивление статора ;

реактивное сопротивление взаимоиндукции ;

активное сопротивление ротора, приведенное к статору ;

реактивное сопротивление ротора, приведенное к статору .

Включение двигателя по схеме рис.2.20,б обеспечивает мощность порядка 75 % мощности трехфазного двигателя. Рассмотренная схема не является единственной. Существует целый ряд более сложных схем, которые позволяют получать значительно лучшие пусковые и рабочие характеристики.

Что будет, если поменять местами зажимы и(рис.2.20,б)?

Во сколько раз должен возрасти ток фазы конденсаторного варианта УАД, чтобы поле в двигателе стало круговым?

6.6. Включение трехфазного двигателя в однофазную сеть

В практике часто возникает необходимость за неимением однофазного двигателя включать трехфазный двигатель в однофазную сеть. Можно рекомендовать следующие схемы, которые обеспечивают мощности до 75 % номинальной мощности трехфазной машины.

Если двигатель рассчитан на фазное напряжение 127 В, а напряжение однофазной сети 220 В, то

мкФ,

где – номинальный фазный ток и напряжение однофазной сети (рис. 2.21).

Если двигатель рассчитан на фазное напряжение 220 В, и напряжение сети тоже 220 В, то

мкФ,

где – номинальный фазный ток и напряжение однофазной сети (рис. 2.22).

Во всех схемах напряжение конденсатора должно быть по крайней мере на 15 % больше напряжения сети.

Вопрос: Как изменить направление вращения двигателя, включенного по схеме рис. 2.21 и рис. 2.22?

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *