Принцип работы асинхронного электродвигателя | Русэлт

Асинхронные электродвигатели – это устройства, главным назначением которых является преобразование энергии переменного электротока в механическую. Своим названием двигатель обязан асинхронному типу вращения ротора относительно частоты вращения магнитного поля, индуцирующего электроток в обмотке статора.

Принцип работы на примере асинхронного электродвигателя трехфазного тока

Этот тип электрического двигателя наиболее часто применяется в различных сферах промышленности. Двигатель имеет 3-и обмотки на статоре, со смещением на 120 градусов. Обмотки запитаны переменным током и объединены по схеме «звезда» или «треугольник». При подаче напряжения на обмотку статора во всех трёх фазах появится магнитный поток.

Вместе с изменением частоты напряжения на обмотке статора, изменяется и магнитный поток. Фазы и магнитные потоки смещены относительно друг друга на сто двадцать градусов. Суммарный магнитный поток и будет вращающимся магнитным потоком, создающим электродвижущую силу (ЭДС).

ЭДС, в замкнутой электроцепи обмотки ротора, индуцирует электроток. Во взаимодействии с магнитным потоком статора, ток создает пусковой момент электрического двигателя. Ротор начинает вращение в таком же направлении, что и магнитное поле статора при превышении пусковым моментом двигателя его тормозного момента.

Преимущества и недостатки асинхронных электродвигателей

Простота эксплуатации и хорошая ремонтопригодность – главные достоинства асинхронного двигателя, сделавшие его наиболее востребованным в очень разных сферах машиностроения и приборостроения. Привлекает и:

• Сравнительно невысокая цена;
• Надёжность
• Несложность подсоединения в общую электроцепь устройств.

Асинхронные электродвигатели

имеют и ряд недостатков:

• Трудности с точным регулированием скорости;
• Большой пусковой ток;
• Относительно невысокий коэффициент мощности.

По типу обмотки ротора, короткозамкнутой или фазной, асинхронные двигатели, подразделяются на 2 типа:

• Электродвигатели с короткозамкнутым ротором имеют обмотку, замыкающуюся на сам ротор;
• Электродвигатели с фазным ротором – обмотку с концами, выведенными на щеточно-коллекторный узел.

Преимущество двигателя с фазным ротором в том, что скорость вращения можно регулировать путем подключения дополнительных сопротивлений (реостатного регулирования).

Синхронный и асинхронный двигатель отличия. Объяснение принципа работы асинхронного электродвигателя для «чайников». Объяснение принципа работы синхронного электродвигателя для «чайников»

Трехфазные асинхронные двигатели составляют основу современного электропривода. От ДПТ их отличает простота конструкции, надежность, высокие технико-экономические показатели. В настоящее время частотные преобразователи позволили сделать регулировочные свойства АД более лучшими, чем у ДПТ с НВ.

По конструкции ротора АД разделяются на двигатели и короткозамкнутым ротором (КЗР) и двигатели с фазным ротором (ФР). Наиболее простая конструкция у АД с КЗР. Ротор такого двигателя не имеет выводов, так как его обмотка выполнена в виде короткозамкнутой клетки (беличья клетка). Его обмотка выполнена в виде ряда медных или алюминиевых стержней, расположенных по периметру сердечника ротора, замкнутые в двух сторон короткозамыкающими кольцами.

Простота конструкции обеспечивает им высокую надежность, простоту обслуживания и невысокую стоимость. Схема включения АД СС КЗР представлена на рис. 4.1, а.

Фазный ротор имеет трехфазную обмотку, выполненную по типу обмотки статора (рис. 4.1, б). Одни концы катушек соединены в нулевую точку («звезда»), а другие – подключены к контактным кольцам. На кольца наложены щетки, осуществляющие скользящий контакт с обмоткой ротора. При такой конструкции возможно подсоединение к обмотке ротора пускового или регулировочного реостата, позволяющего менять электрическое сопротивление в цепи ротора. Такие двигатели более сложны в изготовлении и эксплуатации, поэтому применяются только там, где применение АД с КЗР не обеспечит требованиям в приводу механизма.

Ротор АД отстаёт от вращающегося магнитного поля статора, которое создается обмоткой статора, то есть вращение происходит асинхронно. В этих условиях вращающееся поле статора индуцирует ЭДС в обмотке роторе, под действием которого в роторе протекает ток, который взаимодействует с вращающимся магнитным полем (ВМП), создавая вращающий момент двигателя.

В рабочих режимах разница частот вращения статора и ротора не велика и составляет несколько процентов. При рассмотрение рабочих процессов АД обычно используют понятие скольжения

Скорость асинхронного двигателя в рабочих режимах

где синхронная частота вращения магнитного поля ; – частота питающего напряжения ; – число пар полюсов.

Статор синхронного двигателя (СД) конструктивно не отличается от статора АД. Ротор СД имеет явнополюсную конструкцию, на полюсах которого расположена обмотка возбуждения. При включении обмотки к источнику постоянного тока в двигателе создается дополнительное магнитное поле. Таким образом, для работы синхронного двигателя кроме 3х-фазного переменного напряжения требуется также постоянное. Исключение составляют двигатели, возбуждаемые постоянными магнитами. Такие двигатели обладают абсолютно жесткой механической характеристикой: ротор двигателя вращается синхронно с вращающимся магнитным полем с частотой .

В отличие от АД, синхронные не создают пускового момента, так как ротор двигателя по причине инерционности не может мгновенно разогнаться до синхронной скорости. Для пуска СД необходимо предварительно привести его во вращение до скорости, близкой к синхронной ( . С этой целью применяют асинхронный пуск, для чего на роторе двигателя располагается пусковая обмотка, конструктивно похожая на беличью клетку.

Процесс асинхронного пуска СД протекает следующим образом (рис. 4.2).

При включении обмотки статора СД в сеть СД запускается как асинхронный. При этом обмотку возбуждения замыкают на сопротивление для ограничения величины ЭДС, которая наводится в ОВ при пуске двигателя. При достижении скорости вращения близкой к номинальной, обмотку возбуждения подключают к постоянному напряжению, и двигатель втягивается в синхронизм, то есть скорость вращения двигателя становится равной синхронной скорости.

Синхронные двигатели изготавливаются на большие мощности: от сотен до тысяч киловатт. Объясняется это тем, что при меньших мощностях их применение нецелесообразно по технико-экономическим показателям.

СД обычно имеют целевое назначение, то есть каждая серия разработана для конкретных механизмов (для шаровых мельниц — СДМЗ, для привода компрессоров – СДК, для привода насосов – ВДС и др. ).

Синхронные двигатели имеют перегрузочную способность .

Еще одной особенностью СД является возможность работать с величиной , более того, при перевозбуждении синхронный двигатель начинает генерировать емкостную нагрузку. Для повышении в сети используют синхронные компенсаторы, представляющие собой перевозбужденные СД специальной конструкции, работающие без нагрузки на валу.

Принципиальное отличие синхронного двигателя от асинхронного заключается в исполнении ротора. Последний у синхронного двигателя представляет собой магнит, выполненный (при относительно небольших мощностях) на базе постоянного магнита или на основе электромагнита. Поскольку разноименные полюсы магнитов притягиваются, то вращающееся магнитное поле статора, которое можно интерпретировать как вращающийся магнит, увлекает за собой магнитный ротор, причем их скорости равны. Это объясняет название двигателя — синхронный.

В заключение отметим, что в отличие от асинхронного двигателя, у которого обычно не превышает 0,8…0,85, у синхронного двигателя можно добиться большего значения и сделать даже так, что ток будет опережать напряжение по фазе.

В этом случае, подобно конденсаторным батареям, синхронная машина используется для повышения коэффициента мощности.

Асинхронные двигатели имеют простую конструкцию и надежны в эксплуатации. Недостатком асинхронных двигателей является трудность регулирования их частоты вращения.

Чтобы реверсировать трехфазный асинхронный двигатель (изменить направление вращения двигателя на противоположное), необходимо поменять местами две фазы, то есть поменять местами два любых линейных провода, подходящих к обмотке статора двигателя.

Т.е это достаточно дешевый двигатель, который применяется везде, синхронную машину найти крайне тяжело.

В отличие от асинхронного двигателя частота вращения синхронного двигателя постоянная при различных нагрузках. Синхронные двигатели находят применение для привода машин постоянной скорости (насосы, компрессоры, вентиляторы) ими легко управлять.

Отличить можно по кол-ву оборотов на табличке (если там явно не указан тип машины), у асинхронного не круглое число оборотов, 950 об/мин у синхронной машины 1000 об/мин.

Синхронные двигатели управляются также сложно как и асинхронные, т.к. требуют управления частотой подводимого напряжения. Они имеют абсолютно жесткую механическую характеристику, это означает, что как бы не менялась нагрузка на валу двигателя, он будет иметь одну и ту же частоту вращения. Естественно, нагрузка должна меняться в разумных пределах, есть значение критического момента нагрузки, при котором двигатель «выпадает» из синхронного режима, что чревато его поломкой. К основным недостаткам относится то, что обмотку возбуждения необходимо питать постоянным током, также наличие скользящего контакта «щетка-контактное кольцо», сложность пуска.

Чаще всего синхронные машины используют в качестве генераторов, вообще подавляющее большинство генераторов — синхронные, начиная с тех, которые устанавливаютс на автомобилях, и заканчивая теми, которые стоят на АЭС. Из всех других они наиболее надежны, имеют наибольший КПД, проще других в обслуживании.

КПД машины не зависит от косинуса фи электрической машины. КПД зависит восновном только от потерь в обмотке (потери в меди), в магнитопроводе (потери в стали), механических потерь и дополнительных потерь. Также КПД машины зависит от ее нагрузки, при этом максимум (КПД) наблюдается в точке, когда потери в стали и в меди равны, как правило это наблюдается, когда нагрузка составляет 75-80% от номинальной мощности машины.

Учитывая особенности производства электрических машин имеем что с ростом мощности выпущенной машины, потери растут не пропорционально, поэтому мощные электрические машины могут иметь КПД достигающий 99%.

Прежде чем разобраться, в чём их отличие, необходимо выяснить, что такое электродвигатель? Электродвигатель – это электрическая машина, которая приводится в действие от электроэнергии и служит приводом для других механизмов.

Объяснение принципа работы синхронного электродвигателя для «чайников»

С детства мы помним, что два магнита, если их приблизить друг к другу, в одном случае притягиваются, а в другом отталкиваются. Происходит это, в зависимости от того, что какими сторонами магнитов мы их соединяем, разноимённые полюса притягиваются, а одноимённые отталкиваются. Это – постоянные магниты, у которых магнитное поле присутствует постоянно. Существуют и переменные магниты.

В школьном учебнике по физике есть рисунок, где изображён электромагнит в виде подковы и рамка с полукольцами на концах, которая расположена между его полюсами.

При расположении рамки в горизонтальном положении в пространстве между полюсами магнитов, из-за того, что магнит притягивает разноимённые полюса и отталкивает одноимённые, на рамку подаётся ток, одинакового знака. Вокруг рамки появляется электромагнитное поле (вот пример переменного магнита!), полюса магнитов притягивают рамку, и она поворачивается в вертикальное положение. При достижении вертикали, на рамку подаётся ток противоположного знака, электромагнитное поле рамки меняет полюсность, и полюса постоянного магнита начинают отталкивать рамку, вращая её до горизонтального положения, после чего цикл вращения повторяется.

В этом заключается принцип работы электродвигателя. Причём, примитивного синхронного электродвигателя!

Итак, примитивный синхронный электродвигатель работает, когда на рамку подаётся ток. У настоящего синхронного электродвигателя, роль рамки выполняет ротор с катушками проводов, называемых обмотками, на которые подаётся ток (они служат источниками электромагнитного поля). А роль подковообразного магнита выполняет статор, изготовленный либо из набора постоянных магнитов, либо тоже из катушек проводов (обмоток), которые, при подаче тока являются также источниками электромагнитного поля.

Ротор синхронного электродвигателя будет вращаться с такой же частотой, с какой меняется ток, подаваемый на клеммы обмотки, т.е. синхронно. Отсюда название этого электродвигателя.

Объяснение принципа работы асинхронного электродвигателя для «чайников»

Вспоминаем описание рисунка в предыдущем примере. Та же рамка, расположенная между полюсами подковообразного магнита, только её концы не имеют полуколец, они соединены между собой.

Теперь начинаем вращать вокруг рамки подковообразный магнит. Вращаем его медленно и наблюдаем за поведением рамки. До некоторых пор рамка остаётся неподвижной, а потом, при повороте магнита на определённый угол, рамка начинает вращение вслед за магнитом. Вращение рамки запаздывает по сравнению со скоростью вращения магнита, т.е. она вращается не синхронно с ним – асинхронно. Вот и получается, что это примитивный асинхронный электродвигатель.

Вообще-то роль магнитов в настоящем асинхронном двигателе служат обмотки, расположенные в пазах статора, на которые подаётся ток. А роль рамки, выполняет ротор, в пазы которого вставлены металлические пластины, соединённые между собой на коротко. Поэтому такой ротор называется короткозамкнутым.

В чём же отличия синхронного и асинхронного электродвигателей?

Если поставить рядом два современных электродвигателя одного и другого типа, то по внешним признакам их отличить трудно даже специалисту.

По существу, их главное отличие рассмотрено в приведённых примерах принципов работы этих электродвигателей. Они отличаются по конструкции роторов . Ротор синхронного электродвигателя состоит из обмоток, а ротор асинхронного представляет собой набор пластин.

Статоры одного и другого электродвигателей почти неотличимы и представляют собой набор обмоток, однако, статор синхронного электродвигателя может быть набран из постоянных магнитов.

Обороты синхронного двигателя соответствуют частоте подаваемого на него тока, а обороты асинхронного несколько отстают от частоты тока.

Отличаются они и по сферам применения . Например, синхронные электродвигатели ставят для привода оборудования, которое работает с постоянной скоростью вращения (насосы, компрессоры и т.д.) не снижая её с увеличением нагрузки. А вот асинхронные электродвигатели снижают частоту вращения при увеличении нагрузки.

Синхронные электродвигатели конструктивно сложней, а значит, и дороже асинхронных электродвигателей.

Электродвигатели можно разделить на две основные категории – синхронные и асинхронные (индукционные) двигатели. Эти два вида довольно сильно отличаются друг от друга. Разница уже видна в самих названиях. Отличить агрегаты можно по выбитому на шильдике количеству оборотов (если там не указан тип мотора), у ассинхронного мотора неокруглённое число (например, 950 об/мин), у синхронного округлённое (1000 об/мин).

Есть и другие важные различия, в этой статье мы рассмотрим наиболее показательные из них: конструктивные, рабочие и ценовые.

Любой двигатель состоит из двух элементов: неподвижного и вращающегося. Статор имеет осевые прорези — пазы, на дно которых укладываются токонесущие медные или алюминиевые проводки. У электродвигателя на валу крепится ротор с обмоткой возбуждения.

Принципиальным отличием между синхронными и асинхронными двигателями являются роторы, точнее, их исполнение.

У синхронных моделей при малых мощностях они представляют собой постоянные магниты.

Переменное напряжение подаётся на обмотку статора, ротор подключается к постоянному источнику питания. Проходящий по обмотке возбуждения постоянный ток наводит магнитное поле статора. Крутящий момент создаётся из-за угла запаздывания между полями. Ротор имеет такую же скорость, как и магнитное поле статора.

Агрегаты используются на практике и как генераторы и как двигатели.

Асинхронные модели – это достаточно недорогие двигатели, которые применяются часто и всюду. Они проще в конструктивном плане, несмотря на то, что неподвижные части в принципе у всех моторов похожи.

По обмотке статора пропускается переменный электроток, который взаимодействует с роторной обмоткой. Два поля вращаются с одинаковой скоростью в одном направлении, но не могут быть равными, иначе бы не создавалась индуцированная ЭДС и, тем более крутящийся момент. Это становится причиной возникновения индуцированного тока в обмотке роторе, направление которого согласно правилу Ленца таково, что он склонен противостоять причине своего производства, т. е. скорости скольжения.

Скорость вращения ротора не совпадает со скоростью магнитного поля, она всегда меньше. Таким образом, ротор пытается догнать скорость вращающегося магнитного поля и уменьшить относительную скорость.

Основные достоинства и недостатки

1. Асинхронные агрегаты не требуют какого-либо дополнительного источника питания. Синхронным необходим дополнительный источник постоянного тока для подачи напряжения на обмотки.
2. Синхронники обладают относительно невысокой чувствительностью к перепадам сетевого напряжения и стабильностью вращения вне зависимости от нагрузки.
3. Индукционные двигатели не требуют наличия контактных колец, за исключением двигателей с фазным ротором, которые их имеют для плавного пуска или регулирования скорости. В синхронных двигателях больше уязвимых мест, так как используются контактные кольца со щетками. Следовательно, детали быстрее изнашиваются и контакт между ними ослабевает.
4. Синхронники нуждаются во вспомогательных пусковых механизмах, так как не обладают функцией самопуска. Для индукционных электродвигателей, имеющих собственные пусковые моменты, такой механизм не требуется.

Какой агрегат лучше

В заключение нужно отметить, что говорить, якобы один мотор лучше другого, нельзя. Однако, асинхронные модели надежнее в эксплуатации, отличаются простотой конструкции. Если агрегаты не перегружать, то их длительным сроком службы пользователь может остаться довольным.

какие они бывают / Хабр

В прошлых статьях был рассмотрен принцип работы синхронного и асинхронного электродвигателей, а также рассказано, как ими управлять. Но видов электродвигателей существует гораздо больше! И у каждого из них свои свойства, область применения и особенности.

В этой статье будет небольшой обзор по разным типам электродвигателей с фотографиями и примерами применений. Почему в пылесос ставятся одни двигатели, а в вентилятор вытяжки другие? Какие двигатели стоят в сегвее? А какие двигают поезд метро?

Каждый электродвигатель обладает некоторыми отличительными свойствами, которые обуславливают его область применения, в которой он наиболее выгоден. Синхронные, асинхронные, постоянного тока, коллекторные, бесколлекторные, вентильно-индукторные, шаговые… Почему бы, как в случае с двигателями внутреннего сгорания, не изобрести пару типов, довести их до совершенства и ставить их и только их во все применения? Давайте пройдемся по всем типам электродвигателей, а в конце обсудим, зачем же их столько и какой двигатель «самый лучший».

С этим двигателем все должны быть знакомы с детства, потому что именно этот тип двигателя стоит в большинстве старых игрушек. Батарейка, два проводка на контакты и звук знакомого жужжания, вдохновляющего на дальнейшие конструкторские подвиги. Все ведь так делали? Надеюсь. Иначе эта статья, скорее всего, не будет вам интересна. Внутри такого двигателя на валу установлен контактный узел – коллектор, переключающий обмотки на роторе в зависимости от положения ротора. Постоянный ток, подводимый к двигателю, протекает то по одним, то по другим частям обмотки, создавая вращающий момент. Кстати, не уходя далеко, всех ведь, наверное, интересовало – что за желтые штучки стояли на некоторых ДПТ из игрушек, прямо на контактах (как на фото сверху)? Это конденсаторы – при работе коллектора из-за коммутаций потребление тока импульсное, напряжение может также меняться скачками, из-за чего двигатель создает много помех. Они особенно мешают, если ДПТ установлен в радиоуправляемой игрушке. Конденсаторы как раз гасят такие высокочастотные пульсации и, соответственно, убирают помехи.

Двигатели постоянного тока бывают как очень маленького размера («вибра» в телефоне), так и довольно большого – обычно до мегаватта. Например, на фото ниже показан тяговый электродвигатель электровоза мощностью 810кВт и напряжением 1500В.

Почему ДПТ не делают мощнее? Главная проблема всех ДПТ, а в особенности ДПТ большой мощности – это коллекторный узел. Скользящий контакт сам по себе является не очень хорошей затеей, а скользящий контакт на киловольты и килоамперы – и подавно. Поэтому конструирование коллекторного узла для мощных ДПТ – целое искусство, а на мощности выше мегаватта сделать надежный коллектор становится слишком сложно (рекорд — 12,5МВт).
В потребительском качестве ДПТ хорош своей простотой с точки зрения управляемости. Его момент прямо пропорционален току якоря, а частота вращения (по крайней мере холостой ход) прямо пропорциональна приложенному напряжению. Поэтому до наступления эры микроконтроллеров, силовой электроники и частотного регулируемого привода переменного тока именно ДПТ был самым популярным электродвигателем для задач, где требуется регулировать частоту вращения или момент.

Также нужно упомянуть, как именно в ДПТ формируется магнитный поток возбуждения, с которым взаимодействует якорь (ротор) и за счет этого возникает вращающий момент. Этот поток может делаться двумя способами: постоянными магнитами и обмоткой возбуждения. В небольших двигателях чаще всего ставят постоянные магниты, в больших – обмотку возбуждения. Обмотка возбуждения – это еще один канал регулирования. При увеличении тока обмотки возбуждения увеличивается её магнитный поток. Этот магнитный поток входит как в формулу момента двигателя, так и в формулу ЭДС. Чем выше магнитный поток возбуждения, тем выше развиваемый момент при том же токе якоря. Но тем выше и ЭДС машины, а значит при том же самом напряжении питания частота вращения холостого хода двигателя будет ниже. Зато если уменьшить магнитный поток, то при том же напряжении питания частота холостого хода будет выше, уходя в бесконечность при уменьшении потока возбуждения до нуля. Это очень важное свойство ДПТ. Вообще, я очень советую изучить уравнения ДПТ – они простые, линейные, но их можно распространить на все электродвигатели – процессы везде схожие.

Как ни странно, это самый распространенный в быту электродвигатель, название которого наименее известно. Почему так получилось? Его конструкция и характеристики такие же, как у двигателя постоянного тока, поэтому упоминание о нем в учебниках по приводу обычно помещается в самый конец главы про ДПТ. При этом ассоциация коллектор = ДПТ так прочно заседает в голове, что не всем приходит на ум, что двигатель постоянного тока, в названии которого присутствует «постоянный ток», теоретически можно включать в сеть переменного тока. Давайте разберемся.

Как изменить направление вращения двигателя постоянного тока? Это знают все, надо сменить полярность питания якоря. А ещё? А еще можно сменить полярность питания обмотки возбуждения, если возбуждение сделано обмоткой, а не магнитами. А если полярность сменить и у якоря, и у обмотки возбуждения? Правильно, направление вращения не изменится. Так что же мы ждем? Соединяем обмотки якоря и возбуждения последовательно или параллельно, чтобы полярность изменялась одинаково и там и там, после чего вставляем в однофазную сеть переменного тока! Готово, двигатель будет крутиться. Есть один только маленький штрих, который надо сделать: так как по обмотке возбуждения протекает переменный ток, её магнитопровод, в отличие от истинного ДПТ, надо изготовить шихтованным, чтобы снизить потери от вихревых токов. И вот мы и получили так называемый «универсальный коллекторный двигатель», который по конструкции является подвидом ДПТ, но… прекрасно работает как от переменного, так и от постоянного тока.

Этот тип двигателей наиболее широко распространен в бытовой технике, где требуется регулировать частоту вращения: дрели, стиральные машины (не с «прямым приводом»), пылесосы и т. п. Почему именно он так популярен? Из-за простоты регулирования. Как и в ДПТ, его можно регулировать уровнем напряжения, что для сети переменного тока делается симистором (двунаправленным тиристором). Схема регулирования может быть так проста, что помещается, например, прямо в «курке» электроинструмента и не требует ни микроконтроллера, ни ШИМ, ни датчика положения ротора.

Еще более распространенным, чем коллекторные двигатели, является асинхронный двигатель. Только распространен он в основном в промышленности – где присутствует трехфазная сеть. Про принцип его работы написана

отдельная статья

. Если кратко, то его статор – это распределенная двухфазная или трехфазная (реже многофазная) обмотка. Она подключается к источнику переменного напряжения и создает вращающееся магнитное поле. Ротор можно представлять себе в виде медного или алюминиевого цилиндра, внутри которого находится железо магнитопровода. К ротору в явном виде напряжение не подводится, но оно индуцируется там за счет переменного поля статора (поэтому двигатель на английском языке называют индукционным). Возникающие вихревые токи в короткозамкнутом роторе взаимодействуют с полем статора, в результате чего образуется вращающий момент.

Почему асинхронный двигатель так популярен? У него нет скользящего контакта, как у коллекторного двигателя, а поэтому он более надежен и требует меньше обслуживания. Кроме того, такой двигатель может пускаться от сети переменного тока «прямым пуском» – его можно включить коммутатором «на сеть», в результате чего двигатель запустится (с большим пусковым током 5-7 крат, но допустимым). ДПТ относительно большой мощности так включать нельзя, от пускового тока погорит коллектор. Также асинхронные привода, в отличие от ДПТ, можно делать гораздо большей мощности – десятки мегаватт, тоже благодаря отсутствию коллектора. При этом асинхронный двигатель относительно прост и дешев.

Асинхронный двигатель применяется и в быту: в тех устройствах, где не нужно регулировать частоту вращения. Чаще всего это так называемые «конденсаторные» двигатели, или, что тоже самое, «однофазные» асинхронники. Хотя на самом деле с точки зрения электродвигателя правильнее говорить «двухфазные», просто одна фаза двигателя подключается в сеть напрямую, а вторая через конденсатор. Конденсатор делает фазовый сдвиг напряжения во второй обмотке, что позволяет создать вращающееся эллиптическое магнитное поле. Обычно такие двигатели применяются в вытяжных вентиляторах, холодильниках, небольших насосах и т.п.

Минус асинхронного двигателя по сравнению с ДПТ в том, что его сложно регулировать. Асинхронный электродвигатель – это двигатель переменного тока. Если асинхронному двигателю просто понизить напряжение, не понизив частоту, то он несколько снизит скорость, да. Но у него увеличится так называемое скольжение (отставание частоты вращения от частоты поля статора), увеличатся потери в роторе, из-за чего он может перегреться и сгореть. Можно представлять это себе как регулирование скорости движения легкового автомобиля исключительно сцеплением, подав полный газ и включив четвертую передачу. Чтобы правильно регулировать частоту вращения асинхронного двигателя нужно пропорционально регулировать и частоту, и напряжение. А лучше и вовсе организовать векторное управление, как более подробно было описано в прошлой статье. Но для этого нужен преобразователь частоты – целый прибор с инвертором, микроконтроллером, датчиками и т.п. До эры силовой полупроводниковой электроники и микропроцессорной техники (в прошлом веке) регулирование частотой было экзотикой – его не на чем было делать. Но сегодня регулируемый асинхронный электропривод на базе преобразователя частоты – это уже стандарт-де-факто.

Про принцип работы синхронного двигателя также

была отдельная статья

. Синхронных приводов бывает несколько подвидов – с магнитами (PMSM) и без (с обмоткой возбуждения и контактными кольцами), с синусоидальной ЭДС или с трапецеидальной (бесколлекторные двигатели постоянного тока, BLDC). Сюда же можно отнести некоторые шаговые двигатели. До эры силовой полупроводниковой электроники уделом синхронных машин было применение в качестве генераторов (почти все генераторы всех электростанций – синхронные машины), а также в качестве мощных приводов для какой-либо серьезной нагрузки в промышленности.

Все эти машины выполнялись с контактными кольцами (можно увидеть на фото), о возбуждении от постоянных магнитов при таких мощностях речи, конечно же, не идет. При этом у синхронного двигателя, в отличие от асинхронного, большие проблемы с пуском. Если включить мощную синхронную машину напрямую на трехфазную сеть, то всё будет плохо. Так как машина синхронная, она должна вращаться строго с частотой сети. Но за время 1/50 секунды ротор, конечно же, разогнаться с нуля до частоты сети не успеет, а поэтому он будет просто дергаться туда-сюда, так как момент получится знакопеременный. Это называется «синхронный двигатель не вошел в синхронизм». Поэтому в реальных синхронных машинах применяют асинхронный пуск – делают внутри синхронной машины небольшую асинхронную пусковую обмотку и закорачивают обмотку возбуждения, имитируя «беличью клетку» асинхронника, чтобы разогнать машину до частоты, примерно равной частоте вращения поля, а уже после этого включается возбуждение постоянным током и машина втягивается в синхронизм.

И если у асинхронного двигателя регулировать частоту ротора без изменения частоты поля хоть как-то можно, то у синхронного двигателя нельзя никак. Он или крутится с частой поля, или выпадает из синхронизма и с отвратительными переходными процессами останавливается. Кроме того, у синхронного двигателя без магнитов есть контактные кольца – скользящий контакт, чтобы передавать энергию на обмотку возбуждения в роторе. С точки зрения сложности, это, конечно, не коллектор ДПТ, но всё равно лучше бы было без скользящего контакта. Именно поэтому в промышленности для нерегулируемой нагрузки применяют в основном менее капризные асинхронные привода.

Но все изменилось с появлением силовой полупроводниковой электроники и микроконтроллеров. Они позволили сформировать для синхронной машины любую нужную частоту поля, привязанную через датчик положения к ротору двигателя: организовать вентильный режим работы двигателя (автокоммутацию) или векторное управление. При этом характеристики привода целиком (синхронная машина + инвертор) получились такими, какими они получаются у двигателя постоянного тока: синхронные двигатели заиграли совсем другими красками. Поэтому начиная где-то с 2000 года начался «бум» синхронных двигателей с постоянными магнитами. Сначала они робко вылезали в вентиляторах кулеров как маленькие BLDC двигатели, потом добрались до авиамоделей, потом забрались в стиральные машины как прямой привод, в электротягу (сегвей, Тойота приус и т.п.), всё больше вытесняя классический в таких задачах коллекторный двигатель. Сегодня синхронные двигатели с постоянными магнитами захватывают всё больше применений и идут семимильными шагами. И все это – благодаря электронике. Но чем же лучше синхронный двигатель асинхронного, если сравнивать комплект преобразователь+двигатель? И чем хуже? Этот вопрос будет рассматриваться в конце статьи, а сейчас давайте пройдемся еще по нескольким типам электродвигателей.

У него много названий. Обычно его коротко называют вентильно-индукторный двигатель (ВИД) или вентильно-индукторная машина (ВИМ) или привод (ВИП). В английской терминологии это switched reluctance drive (SRD) или motor (SRM), что переводится как машина с переключаемым магнитным сопротивлением. Но чуть ниже будет рассматриваться другой подвид этого двигателя, отличающийся по принципу действия. Чтобы не путать их друг с другом, «обычный» ВИД, который рассмотрен в этом разделе, мы на кафедре электропривода в МЭИ, а также на фирме ООО «НПФ ВЕКТОР» называем «вентильно-индукторный двигатель с самовозбуждением» или коротко ВИД СВ, что подчеркивает принцип возбуждения и отличает его от машины, рассмотренной далее. Но другие исследователи его также называют ВИД с самоподмагничиванием, иногда реактивный ВИД (что отражает суть образования вращающего момента).

Конструктивно это самый простой двигатель и по принципу действия похож на некоторые шаговые двигатели. Ротор – зубчатая железка. Статор – тоже зубчатый, но с другим числом зубцов. Проще всего принцип работы поясняет вот эта анимация:

Подавая постоянный ток в фазы в соответствии с текущим положением ротора можно заставить двигатель вращаться. Фаз может быть разное количество. Форма тока реального привода для трех фаз показа на рисунке (токоограничение 600А):

Однако за простоту двигателя приходится платить. Так как двигатель питается однополярными импульсами тока, напрямую «на сеть» его включать нельзя. Обязательно требуется преобразователь и датчик положения ротора. Причем преобразователь не классический (типа шестиключевой инвертор): для каждой фазы у преобразователя для SRD должны быть полумосты, как на фото в начале этого раздела. Проблема в том, что для удешевления комплектующих и улучшения компоновки преобразователей силовые ключи и диоды часто не изготавливаются отдельно: обычно применяются готовые модули, содержащие одновременно два ключа и два диода – так называемые стойки. И именно их чаще всего и приходится ставить в преобразователь для ВИД СВ, половину силовых ключей просто оставляя незадействованной: получается избыточный преобразователь. Хотя в последние годы некоторые производители IGBT модулей выпустили изделия, предназначенные именно для SRD.

Следующая проблема – это пульсации вращающего момента. В силу зубчатой структуры и импульсного тока момент редко получается стабильным – чаще всего он пульсирует. Это несколько ограничивает применимость двигателей для транспорта – кому хочется иметь пульсирующий момент на колесах? Кроме того, от таких импульсов тянущего усилия не очень хорошо себя чувствуют подшипники двигателя. Проблема несколько решается специальным профилированием формы тока фазы, а также увеличением количества фаз.

Однако даже при этих недостатках двигатели остаются перспективными в качестве регулируемого привода. Благодаря их простоте сам двигатель получается дешевле классического асинхронного двигателя. Кроме того, двигатель легко сделать многофазным и многосекционным, разделив управление одним двигателем на несколько независимых преобразователей, которые работают параллельно. Это позволяет повысить надежность привода – отключение, скажем, одного из четырех преобразователей не приведет к остановке привода в целом – трое соседей будут какое-то время работать с небольшой перегрузкой. Для асинхронного двигателя такой фокус выполнить так просто не получается, так как невозможно сделать несвязанные друг с другом фазы статора, которые бы управлялись отдельным преобразователем полностью независимо от других. Кроме того, ВИД очень хорошо регулируются «вверх» от основной частоты. Железку ротора можно раскручивать без проблем до очень высоких частот.
Мы на фирме ООО «НПФ ВЕКТОР» выполнили несколько проектов на базе этого двигателя. Например, делали небольшой привод для насосов горячего водоснабжения, а также недавно закончили разработку и отладку системы управления для мощных (1,6 МВт) многофазных резервируемых приводов для обогатительных фабрик АК «АЛРОСА». Вот машинка на 1,25 МВт:

Вся система управления, контроллеры и алгоритмы были сделаны у нас в ООО «НПФ ВЕКТОР», силовые преобразователи спроектировала и изготовила фирма ООО «НПП «ЦИКЛ+». Заказчиком работы и проектировщиком самих двигателей являлась фирма ООО «МИП «Мехатроника» ЮРГТУ (НПИ)».

Это совсем другой тип двигателя, отличающийся по принципу действия от обычного ВИД. Исторически известны и широко используются вентильно-индукторные генераторы такого типа, применяемые на самолетах, кораблях, железнодорожном транспорте, а вот именно двигателями такого типа почему-то занимаются мало.

На рисунке схематично показана геометрия ротора и магнитный поток обмотки возбуждения, а также изображено взаимодействие магнитных потоков статора и ротора, при этом ротор на рисунке установлен в согласованное положение (момент равен нулю).

Ротор собран из двух пакетов (из двух половинок), между которыми установлена обмотка возбуждения (на рисунке показана как четыре витка медного провода). Несмотря на то, что обмотка висит «посередине» между половинками ротора, крепится она к статору и не вращается. Ротор и статор выполнены из шихтованного железа, постоянные магниты отсутствуют. Обмотка статора распределенная трехфазная – как у обычного асинхронного или синхронного двигателя. Хотя существуют варианты такого типа машин с сосредоточенной обмоткой: зубцами на статоре, как у SRD или BLDC двигателя. Витки обмотки статора охватывают сразу оба пакета ротора.

Упрощенно принцип работы можно описать следующим образом: ротор стремится повернуться в такое положение, при котором направления магнитного потока в статоре (от токов статора) и роторе (от тока возбуждения) совпадут. При этом половина электромагнитного момента образуется в одном пакете, а половина – в другом. Со стороны статора машина подразумевает разнополярное синусоидальное питание (ЭДС синусоидальна), электромагнитный момент активный (полярность зависит от знака тока) и образован за счет взаимодействия поля, созданного током обмотки возбуждения с полем, созданного обмотками статора. По принципу работы эта машина отлична от классических шаговых и SRD двигателей, в которых момент реактивный (когда металлическая болванка притягивается к электромагниту и знак усилия не зависит от знака тока электромагнита).

С точки зрения управления ВИД НВ оказывается эквивалентен синхронной машине с контактными кольцами. То есть, если вы не знаете конструкцию этой машины и используете её как «черный ящик», то она ведет себя практически неотличимо от синхронной машины с обмоткой возбуждения. Можно сделать векторное управление или автокоммутацию, можно ослаблять поток возбуждения для повышения частоты вращения, можно усиливать его для создания большего момента – всё так, как будто это классическая синхронная машина с регулируемым возбуждением. Только ВИД НВ не имеет скользящего контакта. И не имеет магнитов. И ротор в виде дешевой железной болванки. И момент не пульсирует, в отличие от SRD. Вот, например, синусоидальные токи ВИД НВ при работе векторного управления:

Кроме того, ВИД НВ можно создавать многофазным и многосекционным, аналогично тому, как это делается в ВИД СВ. При этом фазы оказываются несвязанными друг с другом магнитными потоками и могут работать независимо. Т.е. получается как будто бы несколько трехфазных машин в одной, к каждой из которых присоединяется свой независимый инвертор с векторным управлением, а результирующая мощность просто суммируется. Координации между преобразователями при этом не требуется никакой – только общее задание частоты вращения.

Минусы этого двигателя тоже есть: напрямую от сети он крутиться не может, так как, в отличие от классических синхронных машин, ВИД НВ не имеет асинхронной пусковой обмотки на роторе. Кроме того, он сложнее по конструкции, чем обычный ВИД СВ (SRD).

На основе данного двигателя мы также сделали несколько успешных проектов. Например, один из них – это серия приводов насосов и вентиляторов для районных теплостанций г. Москвы мощностью 315-1200кВт (ссылка на проект). Это низковольтные (380В) ВИД НВ с резервированием, где одна машина «разбита» на 2, 4 или 6 независимых трехфазных секций. На каждую секцию ставится свой однотипный преобразователь с векторным бездатчиковым управлением. Таким образом можно легко наращивать мощность на базе однотипной конструкции преобразователя и двигателя. При этом часть преобразователей подключено к одному вводу питания районной теплостанции, а часть к другому. Поэтому если происходит «моргушка питания» по одному из вводов питания, то привод не встает: половина секций кратковременно работают в перегрузке, пока питание не восстановится. Как только оно восстанавливается, на ходу в работу автоматически вводятся отдыхавшие секции. Вообще, наверное, этот проект заслуживал бы отдельной статьи, поэтому пока про него закончу, вставив фото двигателя и преобразователей:

К сожалению, двумя словами здесь не обойтись. И общими выводами про то, что у каждого двигателя свои достоинства и недостатки – тоже. Потому что не рассмотрены самые главные качества – массогабаритные показатели каждого и типов машин, цена, а также их механические характеристики и перегрузочная способность. Оставим нерегулируемый асинхронный привод крутить свои насосы напрямую от сети, тут ему конкурентов нет. Оставим коллекторные машины крутить дрели и пылесосы, тут с ними в простоте регулирования тоже потягаться сложно.

Давайте рассмотрим регулируемый электропривод, режим работы которого – длительный. Коллекторные машины здесь сразу исключаются из конкуренции по причине ненадежности коллекторного узла. Но остались еще четыре – синхронный, асинхронный, и два типа вентильно-индукторных. Если мы говорим о приводе насоса, вентилятора и чего-то похожего, что используется в промышленности и где масса и габариты особо не важны, то здесь из конкуренции выпадают синхронные машины. Для обмотки возбуждения требуются контактные кольца, что является капризным элементом, а постоянные магниты очень дороги. Конкурирующими вариантами остаются асинхронный привод и вентильно-индукторные двигатели обоих типов.

Как показывает опыт, все три типа машин успешно применяются. Но – асинхронный привод невозможно (или очень сложно) секционировать, т.е. разбить мощную машину на несколько маломощных. Поэтому для обеспечения большой мощности асинхронного преобразователя требуется делать его высоковольтным: ведь мощность – это, если грубо, произведение напряжения на ток. Если для секционируемого привода мы можем взять низковольтный преобразователь и наставить их несколько, каждый на небольшой ток, то для асинхронного привода преобразователь должен быть один. Но не делать же преобразователь на 500В и ток 3 килоампера? Это провода нужны с руку толщиной. Поэтому для увеличения мощности повышают напряжение и снижают ток. А высоковольтный преобразователь – это совсем другой класс задачи. Нельзя просто так взять силовые ключи на 10кВ и сделать из них классический инвертор на 6 ключей, как раньше: и нет таких ключей, а если есть, они очень дороги. Инвертор делают многоуровневым, на низковольтных ключах, соединенных последовательно в сложных комбинациях. Такой инвертор иногда тянет за собой специализированный трансформатор, оптические каналы управления ключами, сложную распределенную систему управления, работающую как одно целое… В общем, сложно всё у мощного асинхронного привода. При этом вентильно-индукторный привод за счет секционирования может «отсрочить» переход на высоковольтный инвертор, позволяя сделать привода до единиц мегаватт от низковольтного питания, выполненные по классической схеме. В этом плане ВИПы становятся интереснее асинхронного привода, да еще и обеспечивают резервирование. С другой стороны, асинхронные привода работают уже сотни лет, двигатели доказали свою надежность. ВИПы же только пробивают себе дорогу. Так что здесь надо взвесить много факторов, чтобы выбрать для конкретной задачи наиболее оптимальный привод.

Но всё становится еще интереснее, когда речь заходит о транспорте или о малогабаритных устройствах. Там уже нельзя беспечно относиться к массе и габаритам электропривода. И вот там уже нужно смотреть на синхронные машины с постоянными магнитами. Если посмотреть только на параметр мощности деленной на массу (или размер), то синхронные машины с постоянными магнитами вне конкуренции. Отдельные экземпляры могут быть в разы меньше и легче, чем любой другой «безмагнитный» привод переменного тока. Но здесь есть одно опасное заблуждение, которое я сейчас постараюсь развеять.

Если синхронная машина в три раза меньше и легче – это не значит, что для электротяги она подходит лучше. Всё дело в отсутствии регулировки потока постоянных магнитов. Поток магнитов определяет ЭДС машины. На определенной частоте вращения ЭДС машины достигает напряжения питания инвертора и дальнейшее повышение частоты вращения становится затруднительно. Тоже самое касается и повышения момента. Если нужно реализовать больший момент, в синхронной машине нужно повышать ток статора – момент возрастет пропорционально. Но более эффективно было бы повысить и поток возбуждения – тогда и магнитное насыщение железа было бы более гармоничным, а потери были бы ниже. Но опять же поток магнитов повышать мы не можем. Более того, в некоторых конструкциях синхронных машин и ток статора нельзя повышать сверх определенной величины – магниты могут размагнититься. Что же получается? Синхронная машина хороша, но только лишь в одной единственной точке – в номинальной. С номинальной частотой вращения и номинальным моментом. Выше и ниже – всё плохо. Если это нарисовать, то получится вот такая характеристика частоты от момента (красным):

На рисунке по горизонтальной оси отложен момент двигателя, по вертикальной – частота вращения. Звездочкой отмечена точка номинального режима, например, пусть это будет 60кВт. Заштрихованный прямоугольник – это диапазон, где возможно регулирование синхронной машины без проблем – т.е. «вниз» по моменту и «вниз» по частоте от номинала. Красной линией отмечено, что можно выжать из синхронной машины сверх номинала – небольшое повышение частоты вращения за счет так называемого ослабления поля (на самом деле это создание лишнего реактивного тока по оси d двигателя в векторном управлении), а также показана некоторая возможная форсировка по моменту, чтобы было безопасно для магнитов. Всё. А теперь давайте поставим эту машину в легковое транспортное средство без коробки передач, где батарея рассчитана на отдачу 60кВт. Желаемая тяговая характеристика изображена синим. Т.е. начиная с самой низкой скорости, скажем, с 10км/ч привод должен развивать свои 60кВт и продолжать их развивать вплоть до максимальной скорости, скажем 150км/ч. Синхронная машина и близко не лежала: её момента не хватит даже чтобы заехать на бордюр у подъезда (или на поребрик у парадной, для полит. корректности), а разогнаться машина сможет лишь до 50-60км/ч.

Что же это значит? Синхронная машина не подходит для электротяги без коробки передач? Подходит, конечно же, просто надо по-другому её выбрать. Вот так:

Надо выбрать такую синхронную машину, чтобы требуемый тяговый диапазон регулирования был весь внутри её механической характеристики. Т.е. чтобы машина одновременно могла развить и большой момент, и работать на большой частоте вращения. Как вы видите из рисунка… установленная мощность такой машины будет уже не 60кВт, а 540кВт (можно посчитать по делениям). Т.е. в электромобиль с батареей на 60кВт придется установить синхронную машину и инвертор на 540кВт, просто чтобы «пройти» по требуемому моменту и частоте вращения.

Конечно же, так как описано, никто не делает. Никто не ставит машину на 540кВт вместо 60кВт. Синхронную машину модернизируют, пытаясь «размазать» её механическую характеристику из оптимума в одной точке вверх по скорости и вниз по моменту. Например, прячут магниты в железо ротора (делают инкорпорированными), это позволяет не бояться размагнитить магниты и ослаблять поле смелее, а также перегружать по току побольше. Но от таких модификаций синхронная машина набирает вес, габариты и становится уже не такой легкой и красивой, какой она была раньше. Появляются новые проблемы, такие как «что делать, если в режиме ослабления поля инвертор отключился». ЭДС машины может «накачать» звено постоянного тока инвертора и выжечь всё. Или что делать, если инвертор на ходу пробился — синхронная машина замкнется и может токами короткого замыкания убить и себя, и водителя, и всю оставшуюся живой электронику — нужны схемы защиты и т.п.

Поэтому синхронная машина хороша там, где большого диапазона регулирования не требуется. Например, в сегвее, где скорость с точки зрения безопасности может быть ограничена на 30км/ч (или сколько там у него?). А еще синхронная машина идеальна для вентиляторов: у вентилятора сравнительно мало изменяется частота вращения, от силы раза в два – больше особо нет смысла, так как воздушный поток ослабевает пропорционально квадрату скорости (примерно). Поэтому для небольших пропеллеров и вентиляторов синхронная машина – это то, что нужно. И как раз она туда, собственно, успешно ставится.

Тяговую кривую, изображенную на рисунке синим цветом, испокон веков реализуют двигатели постоянного тока с регулируемым возбуждением: когда ток обмотки возбуждения изменяют в зависимости от тока статора и частоты вращения. При увеличении частоты вращения уменьшается и ток возбуждения, позволяя машине разгоняться выше и выше. Поэтому ДПТ с независимым (или смешанным) управлением возбуждением классически стоял и до сих пор стоит в большинстве тяговых применений (метро, трамваи и т.п.). Какая же электрическая машина переменного тока может с ним поспорить?

К такой характеристике (постоянства мощности) могут лучше приблизиться двигатели, у которых регулируется возбуждение. Это асинхронный двигатель и оба типа ВИПов. Но у асинхронного двигателя есть две проблемы: во-первых, его естественная механическая характеристика – это не кривая постоянства мощности. Потому что возбуждение асинхронного двигателя осуществляется через статор. А поэтому в зоне ослабления поля при постоянстве напряжения (когда на инверторе оно закончилось) подъем частоты в два раза приводит к падению тока возбуждения в два раза и моментоообразующего тока тоже в два раза. А так как момент на двигателе – это произведение тока на поток, то момент падает в 4 раза, а мощность, соответственно, в два. Вторая проблема – это потери в роторе при перегрузке с большим моментом. В асинхронном двигателе половина потерь выделяется в роторе, половина в статоре. Для уменьшения массогабаритных показателей на транспорте часто применяется жидкостное охлаждение. Но водяная рубашка эффективно охладит лишь статор, за счет явления теплопроводности. От вращающегося ротора тепло отвести значительно сложнее – путь отвода тепла через «теплопроводность» отрезан, ротор не касается статора (подшипники не в счет). Остается воздушное охлаждение путем перемешивая воздуха внутри пространства двигателя или излучение тепла ротором. Поэтому ротор асинхронного двигателя получается своеобразным «термосом» — единожды перегрузив его (сделав динамичный разгон на машине), требуется долгое время ждать остывания ротора. А ведь его температуру еще и не измерить… приходится только предсказывать по модели.

Здесь нужно отметить, как мастерски обе проблемы асинхронного двигателя обошли в Тесла в своей Model S. Проблему с отводом тепла из ротора они решили… заведя во вращающийся ротор жидкость (у них есть соответствующий патент, где вал ротора полый и он омывается внутри жидкостью, но достоверно я не знаю, применяют ли они это). А вторую проблему с резким уменьшением момента при ослаблении поля… они не решали. Они поставили двигатель с тяговой характеристикой, почти как у меня нарисована для «избыточного» синхронного двигателя на рисунке выше, только у них не 540кВт, а 300кВт. Зона ослабления поля в тесле очень маленькая, где-то два крата. Т.е. они поставили «избыточный» для легкового автомобиля двигатель, сделав вместо бюджетного седана по сути спорт-кар с огромной мощностью. Недостаток асинхронного двигателя обратили в достоинство. Но если бы они попытались сделать менее «производительный» седан, мощностью 100кВт или меньше, то асинхронный двигатель, скорее всего, был бы точно таким же (на 300кВт), просто его искусственно задушили электроникой бы под возможности батареи.

А теперь ВИПы. Что могут они? Какая тяговая характеристика у них? Про ВИД СВ я точно сказать не могу – это по своему принципу работы нелинейный двигатель, и от проекта к проекту его механическая характеристика может сильно меняться. Но в целом он скорее всего лучше асинхронного двигателя в плане приближения к желаемой тяговой характеристике с постоянством мощности. А вот про ВИД НВ я могу сказать подробнее, так как мы на фирме им очень плотно занимаемся. Видите вон ту желаемую тяговую характеристику на рисунке выше, которая нарисована синим цветом, к которой мы хотим стремиться? Это на самом деле не просто желаемая характеристика. Это реальная тяговая характеристика, которую мы по точкам по датчику момента сняли для одного из ВИД НВ. Так как ВИД НВ имеет независимое внешнее возбуждение, то его качества наиболее приближены к ДПТ НВ, который тоже может сформировать такую тяговую характеристику за счет регулирования возбуждения.

Так что же? ВИД НВ – идеальная машина для тяги без единой проблемы? На самом деле нет. Проблем у него тоже куча. Например, его обмотка возбуждения, которая «висит» между пакетами статора. Хоть она и не вращается, от неё тоже сложно отводить тепло – получается ситуация почти как ротором асинхронника, лишь немного получше. Можно, в случае надобности, «кинуть» трубку охлаждения со статора. Вторая проблема – это завышенные массогабаритные показатели. Глядя на рисунок ротора ВИД НВ, можно видеть, что пространство внутри двигателя используется не очень эффективно – «работают» только начало и конец ротора, а середина занята обмоткой возбуждения. В асинхронном двигателе, например, вся длина ротора, всё железо «работает». Сложность сборки – засунуть обмотку возбуждения внутрь пакетов ротора надо еще суметь (ротор делается разборным, соответственно, есть проблемы с балансировкой). Ну и просто массогабаритные характеристики пока получаются не очень-то выдающимися по сравнению с теми же асинхронными двигателями Тесла, если накладывать тяговые характеристики друг на друга.
А также есть еще общая проблема обоих типов ВИД. Их ротор – пароходное колесо. И на высоких частотах вращения (а высокая частота нужна, так высокочастотные машины при той же мощности меньше тихоходных) потери от перемешивания воздуха внутри становятся очень значительными. Если до 5000-7000 об/мин ВИД еще можно сделать, то на 20000 об/мин это получится большой миксер. А вот асинхронный двигатель на такие частоты и гораздо выше сделать вполне можно за счет гладкого статора.

Так что же лучше всего в итоге для электротяги? Какой двигатель самый лучший?
Понятия не имею. Все плохие. Надо изобретать дальше. Но мораль статьи такова – если вы хотите сравнить между собой разные типы регулируемого электропривода, то нужно сравнивать на конкретной задаче с конкретной требуемой механической характеристикой по всем-всем параметрам, а не просто по мощности. Также в этой статье не рассмотрены еще куча нюансов сравнения. Например, такой параметр как длительность работы в каждой из точек механической характеристики. На максимальном моменте обычно ни одна машина не может работать долго – это режим перегрузки, а на максимальной скорости очень плохо себя чувствуют синхронные машины с магнитами – там у них огромные потери в стали. А еще интересный параметр для электротяги – потери при движении выбегом, когда водитель отпустил газ. Если ВИПы и асинхронные двигатели будут крутиться как болванки, то у синхронной машины с постоянными магнитами останутся почти номинальные потери в стали из-за магнитов. И так далее, и так далее…
Поэтому нельзя вот так просто взять и выбрать лучший электропривод.

UPD:
Обобщая замечания в комментариях, необходимо дополнить некоторые важные, как оказалось, вещи, которые я изначально опустил как маловажные.
1. Асинхронные двигатели до эры преобразователей частоты регулировали за счет применения так называемого фазного ротора — когда ротор делался в виде обмотки, а не беличьей клетки, а через контактные кольца (как у синхронной машины) фазы ротора выводились наружу. Включая в цепь ротора резисторы можно было мягко пускать АД и безопасно регулировать частоту вращения, изменяя сопротивление. Проблема в том, что очень много энергии при этом терялось в резисторах — иногда до половины от подводимой к приводу мощности.

2. В статье не упомянуты синхронные реактивные машины и их совмещение с синхронными машинами с постоянными магнитами. Если сделать ротор синхронной машины с магнитами явнополюсным — например таким, как нарисован ротор SRD двигателя на gif анимации, то развиваемый момент может быть не только активным, но и реактивным — как у SRD. Подбирая оптимальное сочетание активного и реактивного момента можно частично исключить проблемы классической синхронной машины с магнитами, значительно расширив диапазон работы с постоянством мощности. Получается некий гибрид реактивной машины и синхронной с магнитами.

3. Шаговые двигатели не рассмотрены, потому что по принципу действия они в первом приближении схожи либо с синхронными машинами с постоянными магнитами, либо с SRD двигателями — зависит от конкретного типа шаговика. Только шаговые двигатели, в отличие от «силовых» приводов, имеют гораздо большее количество пар полюсов (зубцов) для увеличения коэффициента электрической редукции: чтобы одному периоду тока соответствовало меньшее угловое перемещение вала. Управление шаговиками обычно тривиальное — последовательный перебор фаз друг за другом (шаги). Более продвинутые системы дробят шаг, подавая в двигатель «микрошаги» — по сути приближая управление к синусоидальному. Еще более продвинутые используют датчик положения ротора и применяют полноценное векторное управление. Но в таком случае и машину нужно делать более качественную, а называться в сумме это будет уже настоящим сервоприводом.

Отличие синхронного двигателя от асинхронного. Синхронный и асинхронный двигатель: отличия, принцип работы, применение

Ротор движется «сам по себе». В нем изначально нет ни магнитного поля, на него не подается никакого электрического напряжения. Он даже не обязан быть сделанным из железа — магнитного металла. Ну а вот, поди ж ты, стоит подключить к двигателю трехфазное напряжение, и ротор закрутился. Безо всякого подталкивания. Но по-своему.

Два вида электродвигателей переменного тока

Асинхронные двигатели — наивная простота

Ротор то догоняет волну, то слегка отстает, потому что синхронно с ней бежать просто не может. Такое явление назвали «скольжением», догнав бегущее магнитное поле, ротор с беличьей клеткой теряет магнитную индукцию и дальше некоторое время просто скользит по инерции. А когда трение или нагрузка вынуждают его отстать от бегущего поля, он опять «почувствует» в себе изменения силовых линий обгоняющего его поля и снова обретет индукцию, а вместе с этим и силы двигаться.

То есть, ротор слегка проскальзывает: то догоняет бегущее равномерно по кругу магнитное поле, то «забывает, зачем бежал» и слегка приотстает, то снова «спохватывается» и опять стремится догнать. Постепенно эти отклонения стабилизируются — в зависимости от трения в подшипниках и величины нагрузки на вал — и асинхронный двигатель начинает работать просто со скоростью вращения, чуть меньшей частоты напряжения на статоре. Эта разница частот и называется частотой скольжения.

Двигатели синхронные: сложное в простом

Для того, чтобы ротор был связан с бегущей волной магнитного поля катушек статора жестким образом, придумали электродвигатель синхронный. А проблема решается просто. В роторе вместо изменяющегося магнитного поля от короткозамкнутых токов беличьей клетки нужно использовать постоянные магниты и их магнитное поле.

Вариантов два. Или это поле от постоянного магнита, закрепленного в роторе, или это поле от электромагнитов, установленных в роторе вместо такого магнита.

Обычный магнит, конечно, проще. Но тогда для стандартного функционирования таких электромоторов нужно, чтобы на них на всех — а используются тысячи электромоторов — магниты были строго одинаковы. Иначе параметры движения будут разными, а магниты еще имеют свойство размагничиваться.

Электромагнит, установленный в роторе двигателя, легче заставить вырабатывать поле нужного качества, но требуется электрический ток для его работы. Такой ток, который называется током возбуждения, в свою очередь нужно где-то брать и как-то на ротор подавать.

1 – ротор,
2 – коллектор возбуждения

Отсюда и происходит некоторое разнообразие конструкций синхронных двигателей. Но важнее всего то, что синхронные двигатели крутят свой вал строго синхронно частоте бегающего по кругу поля катушек статора, то есть скорость их вращения точно равна — или кратна (если обмоток статора больше трех) — частоте переменного тока в питающей сети.

Однако кроме всего прочего, синхронный двигатель обладает свойством полной обратимости. Потому что синхронный электродвигатель — это тот же самый генератор электрического тока, но работающий «в обратную сторону». В генераторе некоторая механическая сила вращает вал с ротором, и от этого в обмотках статора возникает наведенное электрическое напряжение от вращающегося магнитного поля ротора. А отличие синхронного двигателя от генератора в том, что напряжение в катушках статора порождает бегающее по кругу магнитное поле, которое, взаимодействуя с постоянным магнитным полем ротора, толкает его, чтобы ротор тоже вращался.

Только если в генераторе вращению ротора можно механически придать любую скорость, и от этого будет изменяться частота переменного тока, им генерируемого, то в синхронном двигателе такой роскоши нет. Синхронный двигатель вращается со скоростью изменения напряжения в сети, а оно у нас выдерживается строго в 50 герц.

Отличия и недостатки этих двигателей

Отличия синхронного и асинхронного двигателей ясны из их названий. Собственно, плюсы имеют и тот, и другой вариант конструкции. Ниже перечислены плюсы, которыми отличаются оба двигателя — синхронный и асинхронный.

Асинхронный двигатель отличается от синхронного следующими параметрами:

• простота конструкции и невысокая стоимость;
• нет скользящих контактов, надежность в эксплуатации;
• напряжение прикладывается к неподвижным катушкам статора;
• ротор очень прост по конструкции;
• при запуске и разгоне постепенно наращивает мощность;
• возможность реверсировать направление вращения, просто поменяв местами две питающих фазы;
• при остановке движения (слишком большая механическая нагрузка на вал ротора) никакой аварии не происходит, может произойти перегрев беличьей клетки.

Отличия синхронного двигателя от асинхронного заключаются в следующем:

• стабильная скорость вращения вне зависимости от нагрузки на вал;
• невысокая чувствительность к перепадам напряжения в сети;
• при уменьшении механической нагрузки способен по инерции работать как генератор, не забирая энергию, а отдавая ее в сеть;
• высокий КПД;
• способен компенсировать реактивную мощность сети.

Но у каждого имеются и присущие только ему недостатки.

Асинхронный имеет следующие отрицательные черты:

• трудность регулировки частоты вращения;
• невысокая частота вращения;
• зависимость отставания частоты вращения от нагрузки на ось;
• при работе ротор нагревается за счет короткозамкнутых токов — требуется дополнительное охлаждение.

Недостатки синхронного двигателя:

• сложнее по конструкции;
• в некоторых конструкциях для проводки тока возбуждения в обмотки ротора используется коллектор, как в двигателе постоянного тока;
• труднее запускается.

Несмотря на различия, оба электрических двигателя нашли себе применение в технике и используются в самых разных исполнениях и размерах.

Прежде чем разобраться, в чём их отличие, необходимо выяснить, что такое электродвигатель? Электродвигатель – это электрическая машина, которая приводится в действие от электроэнергии и служит приводом для других механизмов.

Объяснение принципа работы синхронного электродвигателя для «чайников»

С детства мы помним, что два магнита, если их приблизить друг к другу, в одном случае притягиваются, а в другом отталкиваются. Происходит это, в зависимости от того, что какими сторонами магнитов мы их соединяем, разноимённые полюса притягиваются, а одноимённые отталкиваются. Это – постоянные магниты, у которых магнитное поле присутствует постоянно. Существуют и переменные магниты.

В школьном учебнике по физике есть рисунок, где изображён электромагнит в виде подковы и рамка с полукольцами на концах, которая расположена между его полюсами.

При расположении рамки в горизонтальном положении в пространстве между полюсами магнитов, из-за того, что магнит притягивает разноимённые полюса и отталкивает одноимённые, на рамку подаётся ток, одинакового знака. Вокруг рамки появляется электромагнитное поле (вот пример переменного магнита!), полюса магнитов притягивают рамку, и она поворачивается в вертикальное положение. При достижении вертикали, на рамку подаётся ток противоположного знака, электромагнитное поле рамки меняет полюсность, и полюса постоянного магнита начинают отталкивать рамку, вращая её до горизонтального положения, после чего цикл вращения повторяется.

В этом заключается принцип работы электродвигателя. Причём, примитивного синхронного электродвигателя!

Итак, примитивный синхронный электродвигатель работает, когда на рамку подаётся ток. У настоящего синхронного электродвигателя, роль рамки выполняет ротор с катушками проводов, называемых обмотками, на которые подаётся ток (они служат источниками электромагнитного поля). А роль подковообразного магнита выполняет статор, изготовленный либо из набора постоянных магнитов, либо тоже из катушек проводов (обмоток), которые, при подаче тока являются также источниками электромагнитного поля.

Ротор синхронного электродвигателя будет вращаться с такой же частотой, с какой меняется ток, подаваемый на клеммы обмотки, т.е. синхронно. Отсюда название этого электродвигателя.

Объяснение принципа работы асинхронного электродвигателя для «чайников»

Вспоминаем описание рисунка в предыдущем примере. Та же рамка, расположенная между полюсами подковообразного магнита, только её концы не имеют полуколец, они соединены между собой.

Теперь начинаем вращать вокруг рамки подковообразный магнит. Вращаем его медленно и наблюдаем за поведением рамки. До некоторых пор рамка остаётся неподвижной, а потом, при повороте магнита на определённый угол, рамка начинает вращение вслед за магнитом. Вращение рамки запаздывает по сравнению со скоростью вращения магнита, т.е. она вращается не синхронно с ним – асинхронно. Вот и получается, что это примитивный асинхронный электродвигатель.

Вообще-то роль магнитов в настоящем асинхронном двигателе служат обмотки, расположенные в пазах статора, на которые подаётся ток. А роль рамки, выполняет ротор, в пазы которого вставлены металлические пластины, соединённые между собой на коротко. Поэтому такой ротор называется короткозамкнутым.

В чём же отличия синхронного и асинхронного электродвигателей?

Если поставить рядом два современных электродвигателя одного и другого типа, то по внешним признакам их отличить трудно даже специалисту.

По существу, их главное отличие рассмотрено в приведённых примерах принципов работы этих электродвигателей. Они отличаются по конструкции роторов . Ротор синхронного электродвигателя состоит из обмоток, а ротор асинхронного представляет собой набор пластин.

Статоры одного и другого электродвигателей почти неотличимы и представляют собой набор обмоток, однако, статор синхронного электродвигателя может быть набран из постоянных магнитов.

Обороты синхронного двигателя соответствуют частоте подаваемого на него тока, а обороты асинхронного несколько отстают от частоты тока.

Отличаются они и по сферам применения . Например, синхронные электродвигатели ставят для привода оборудования, которое работает с постоянной скоростью вращения (насосы, компрессоры и т.д.) не снижая её с увеличением нагрузки. А вот асинхронные электродвигатели снижают частоту вращения при увеличении нагрузки.

Синхронные электродвигатели конструктивно сложней, а значит, и дороже асинхронных электродвигателей.

Электродвигатели — машины, превращающие энергию электричества в механическую. Преобразованная энергия приводит во вращательное движение ротор двигателя, передающий вращение через трансмиссию непосредственно на вал исполнительного механизма. Основными типами электродвигателей являются синхронный и асинхронный двигатели. Различия между ними определяют возможности использования в различных устройствах и технологических процессах.

Принципы работы

Все электродвигатели имеют неподвижный статор и вращающийся ротор. Разница между асинхронным и синхронным двигателями состоит в принципах создания полюсов. В асинхронном электродвигателе они создаются явлением индукции. Во всех других электродвигателях используются постоянные магниты или катушки с током, создающие магнитное поле.

Особенности синхронных двигателей

Ведущие агрегаты синхронной машины — якорь и индуктор . Якорем является статор, а индуктор располагается на роторе. Под действием переменного тока в якоре образуется вращающееся магнитное поле. Оно сцепляется с магнитным полем индуктора, образованным полюсами постоянных магнитов или катушек с постоянным током. В результате этого взаимодействия энергия электричества преобразуется в кинетическую энергию вращения.

Ротор синхронной машины имеет частоту вращения такую же, как у поля статора. Достоинства синхронных электродвигателей:

• Конструктивно используется и как двигатель, и как генератор.
• Частота вращения, не зависящая от нагрузки.
• Большой коэффициент полезного действия.
• Малая трудоёмкость в ремонте и обслуживании.
• Высокая степень надёжности.

Синхронные машины широко используются как электродвигатели большой мощности для небольшой скорости вращения и постоянной нагрузки. Генераторы применяются там, где требуется автономный источник питания.

Имеются у синхронной машины и недостатки:

• Требуется источник постоянного тока для питания индуктора.
• Отсутствует начальный пусковой момент, для запуска требуется применение внешнего момента или асинхронного пуска.
• Щётки и коллекторы быстро выходят из строя.

Современные синхронные агрегаты содержат в индукторе дополнительно к обмотке, питаемой постоянным током, ещё и пусковую короткозамкнутую обмотку, которая предназначена для пуска в асинхронном режиме.

Отличительные черты асинхронных двигателей

Вращающееся магнитное поле статора асинхронного двигателя наводит индукционные токи в роторе, которые образуют собственное магнитное поле. Взаимодействие полей приводит ротор во вращение. Частота вращения ротора при этом отстаёт от частоты вращения магнитного поля. Именно это свойство отражено в названии двигателя.

Асинхронные электродвигатели бывают двух типов: с короткозамкнутым и с фазным ротором.

Бытовые приборы, такие как вентилятор или пылесос, обычно снабжены двигателями с короткозамкнутым ротором, который представляет собой «беличье колесо». Все стержни замыкаются приваренными с обеих сторон дисками. Взаимодействие магнитного поля статора с наведёнными токами в роторе образовывает электромагнитную силу, которая действует на ротор в направлении вращения поля статора. Крутящий момент на валу электродвигателя создаётся всеми электромагнитными силами от каждого проводника.

В электродвигателе с фазным ротором применяется тот же статор, что и для мотора с короткозамкнутым ротором. А в ротор добавляются обмотки трёх фаз, соединённые в «звезду». К ним можно при пуске двигателя подключать реостаты, регулирующие пусковые токи. С помощью реостатов можно регулировать и частоту вращения двигателя.

Достоинствами асинхронных двигателей можно назвать:

• Питание непосредственно от сетей переменного тока.
• Простоту устройства и сравнительно невысокую стоимость.
• Возможность использования в бытовых приборах с применением однофазного подключения.
• Низкое потребление энергии и экономичность.

Серьёзные недостатки — сложная регулировка частоты вращения и большие теплопотери. Для предотвращения перегрева корпус агрегата делается ребристым, и на вал электродвигателя устанавливается крыльчатка для охлаждения.

Отличие в характеристиках электродвигателей

Конструктивные особенности и рабочие характеристики электродвигателей имеют решающее значение при выборе агрегатов. От этого зависит проектирование трансмиссий и всех силовых узлов механизмов. При выборе двигателя нужно опираться на общность и главные отличия в свойствах машин:

Синхронный и асинхронный электродвигатели находят каждый своё применение. Синхронные двигатели рекомендуется использовать везде при высоких мощностях, где присутствует непрерывный производственный процесс и не нужно часто перезапускать агрегаты или регулировать частоту вращения. Они используются в конвейерах, прокатных станах, компрессорах, камнедробилках и т. д. Современный синхронный электродвигатель имеет такой же быстрый запуск, как и асинхронный, но он меньше и экономичнее, чем асинхронный, равный по мощности.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором применяются там, где нужен большой пусковой момент и частые остановки агрегатов. Например, в лифтах и башенных кранах. Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором получили широкое применение из-за простоты устройства и удобства в эксплуатации.

Используя достоинства разных агрегатов и то, чем отличается синхронный двигатель от асинхронного, можно делать обоснованный выбор того или иного мотора при проектировании машин, станков и другого оборудования.

В основу работы любых электродвигателей положен принцип электромагнитной индукции. Электродвигатель состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных движков переменного тока) либо индуктора (для движков постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных движков переменного тока) либо якоря (для движков постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока нередко используются постоянные магниты.

Все двигатели, грубо говоря можно поделить на два вида:
двигатели постоянного тока
двигатели переменного тока (асинхронные и синхронные)

Двигатели постоянного тока

По неким мнениям данный двигатель возможно еще назвать синхронной машиной постоянного тока с самосинхронизацией. Простой движок, являющийся машиной постоянного тока, состоит из постоянного магнита на индукторе (статоре), 1-го электромагнита с очевидно выраженными полюсами на якоре (двухзубцового якоря с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой), щёточноколлекторного узла с 2-мя пластинами (ламелями) и 2-мя щётками.
Простой двигатель имеет 2 положения ротора (2 «мёртвые точки»), из которых неосуществим самозапуск, и неравномерный крутящий момент. В первом приближении магнитное поле полюсов статора равномерное (однородное).

Данные двигатели с наличием щёточно-коллекторного узла бывают:

Колекторные — электрическое устройство, в котором датчиком положения ротора и переключателем тока в обмотках является одно и то же устройство — щёточно-коллекторный узел.

Бесколекторные — замкнутая электромеханическая система, состоящая из синхронного устройства с синусоидальным распределением магнитного поля в зазоре, датчика положения ротора, преобразователя координат и усилителя мощности. Более дорогой вариант в сравнение с колекторными двигателями.

Двигатели переменного тока

По типу работы данные двигатели делятся на синхронные и асинхронные двигатели. Принципное отличие заключается в том, что в синхронных машинах 1-ая гармоника магнитодвижущей силы статора перемещается со скоростью вращения ротора (по этому сам ротор крутится со скоростью вращения магнитного поля в статоре), а у асинхронных — есть и остается разница меж скоростью вращения ротора и скоростью вращения магнитного поля в статоре (поле крутится быстрее ротора).

Синхронный — двигатель переменного тока, ротор которого крутится синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Эти движки традиционно применяются при огромных мощностях (от сотен киловатт и выше).
Есть синхронные двигатели с дискретным угловым движением ротора — шаговые двигатели. У них данное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Переход в другое положение исполняется путём снятия напряжения питания с одних обмоток и передачи его на другие обмотки двигателя.
Ещё один вид синхронных движков — вентильный реактивный эл-двигатель, питание обмоток которого складывается с помощью полупроводниковых элементов.

Асинхронный — двигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора различается от частоты крутящего магнитного поля, творимого питающим напряжением, второе название асинхронных машин — индукционные обосновано тем, что ток в обмотке ротора индуцируется вертящимся полем статора. Асинхронные машины сейчас оформляют огромную часть электрических машин. В главном они используются в виде электродвигателей и считаются ключевыми преобразователями электрической энергии в механическую, причём в основном используются асинхронные движки с короткозамкнутым ротором

По количеству фаз двигатели бывают:

• однофазные
• двухфазные
• трехфазные

Самые популярные и шыроковостребованые двигатели которые применяются в производстве и бытовом хозяйстве:

Однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Однофазовый асинхронный движок имеет на статоре только 1 рабочую обмотку, на которую в ходе работы мотора подается переменный ток. Хотя для запуска мотора на его статоре есть и вспомогательная обмотка, которая краткосрочно подключается к сети через конденсатор либо индуктивность, или замыкается накоротко пусковыми контактами рубильника. Это нужно для создания исходного сдвига фаз, чтоб ротор начал крутиться, по другому пульсирующее магнитное поле статора не здвинуло б ротор с места.

Ротор такового мотора, как и любого иного асинхронного мотора с короткозамкнутым ротором, являет из себя цилиндрический сердечник с залитыми алюминием пазами, с сразу отлитыми вентиляционными лопастями.
Таковой ротор именуется короткозамкнутым ротором. Однофазовые движки используются в маломощных устройствах, в том числе комнатные вентиляторы либо маленькие насосы.

Двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Двухфазные асинхронные движки более эффективны при работе от однофазовой сети переменного тока. Они содержат на статоре две рабочие обмотки, находящиеся перпендикулярно, при этом одна из обмоток подключается к сети переменного тока напрямую, а вторая – через фазосдвигающий конденсатор, так выходит крутящееся магнитное поле, а вот без конденсатора ротор бы не двинулся с места.

Данные двигатели помимо прочего имеют короткозамкнутый ротор, а их использование еще обширнее, нежели у однофазовых. Тут уже и стиральные машинки, и разные станки. Двухфазные движки для питания от однофазовых сетей называют конденсаторными двигателями, потому что фазосдвигающий конденсатор считается часто обязательной их частью.

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Трехфазный асинхронный двигатель имеет на статоре три рабочие обмотки, сдвинутые сравнительно друг друга так, что при подключении в трехфазную сеть, их магнитные поля получаются смещенными в пространстве сравнительно друг дружку на 120 градусов. При включении трехфазного мотора к трехфазной сети переменного тока, появляется крутящееся магнитное поле, приводящее в перемещение короткозамкнутый ротор.

Обмотки статора трехфазного мотора возможно соединить по схеме «звезда» либо «треугольник», при этом для питания мотора по схеме «звезда» потребуется напряжение выше, чем для схемы «треугольник», и на движке, потому, указываются 2 напряжения, к примеру: 127/220 либо 220/380. Трехфазные движки незаменимы для приведения в действие разных станков, лебедок, циркулярных пил, подъемных кранов, и т.п.

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

Трехфазный асинхронный движок с фазным ротором имеет статор подобный описанным выше типам движков, шихтованный магнитопровод с 3-мя уложенными в его пазы обмотками, но в фазный ротор не залиты дюралевые стержни, а уложена уже настоящая трехфазная обмотка, в соединении «звезда». Концы звезды обмотки фазного ротора выведены на три контактных кольца, насаженных на вал ротора, и электрически отделенных от него.

Посредством щеток, на кольца помимо прочего подается трехфазное переменное напряжение, и включение может быть осуществлено как впрямую, так и через реостаты. Непременно, движки с фазным ротором стоят подороже, хотя их пусковой момент под нагрузкой значительно повыше, нежели у типов движков с короткозамкнутым ротором. Именно в следствие завышенной силы и огромного пускового момента, данный вид движков отыскал использование в приводах лифтов и подъемных кранов, другими словами там, где прибор запускается под нагрузкой а не в холостую, как у двигателей с короткозамкнутым ротором.

Всем известно, что основное предназначение электродвигателей – это преобразование электрической энергии в энергию механическую. Это обнаружил аж в 1821 году Майкл Фарадей, который проводил опыты с магнитами и магнитным полем. С тех пор прошло много времени, а электрические моторы заняли свое основное место в промышленности и быту. Без них сегодня никуда. В настоящее время производители электродвигателей предлагают большое количество моделей, различающихся по конструкции и принципу действия. Это двигатели постоянного и переменного тока, синхронные и асинхронные. Нас сегодня интересует именно синхронный и асинхронный двигатель – отличия.

Чтобы разобраться в отличиях, необходимо рассмотреть конструктивные особенности каждого типа моторов и понять принцип их работы.

Асинхронный электродвигатель

Итак, надо начать с рассмотрения конструкции асинхронной модели. Основное отличие от синхронной – это наличие трех обмоток в статоре, концы которых выводятся для подключения в клеммную коробку. Вторая основная часть мотора – ротор цельного типа, торцы которого замыкаются между собой, отсюда, в принципе, и название – короткозамкнутый.

Дополнением конструкции является крыльчатка, с помощью которой охлаждается двигатель. Устанавливается крыльчатка на вал (ротор) электрического мотора. Сам ротор держится и вращается в подшипниках, установленных в двух крышках корпуса. Обратите внимание, что именно подшипники и являются самым уязвимым местом агрегата. Именно они чаще всего выходят из строя. Правда, заменить их не очень сложно.

Принцип работы

По какому принципу работает асинхронный двигатель? Внутри корпуса мотора, где расположены обмотки статора, возникает магнитное поле, которое действует на ротор, заставляя его вращаться под действием возникшей электродвижущей силы. Но вращение ротора может быть только в том случае, если скорость вращения магнитного поля будет быстрее вращения самого вала двигателя. Если скорости будут одинаковыми, то электродвижущая сила не появится.

Но в любом случае этого произойти не может, потому что здесь несколько причин, сдерживающих скорость вращения ротора.

• Трение в подшипниках.

Но самое главное, что магнитные полюса в асинхронном двигателе постоянно меняются, что влияет на смену направлений тока в статоре электродвигателя. То есть, в определенное время ток начинает вращаться «на нас», а в следующий промежуток «от нас». Именно поэтому такие двигатели называются асинхронными, у них просто нет стабильного направления тока.

Что касается скорости вращения ротора, то тут необходимо сделать одно замечание. Этот показатель будет зависеть от того, сколько полюсов одномоментно подключено к питанию. К примеру, максимальная скорость вращения вала будет при двух подключенных полюсах. Чтобы снизить данный показатель, необходимо добавить еще два полюса, то есть, увеличить их вдвое.

И еще один недостаток. Асинхронные двигатели при работе обладают разной скоростью вращения вала. К примеру, на холостом ходу это может быть одна величина, при нагрузке она резко снижается. По сути, получается так, что изменение частоты тока влияет на скорость вала. Другого способа изменить скорость вращения не существует.

Синхронный электродвигатель

Итак, синхронный электродвигатель – это мотор с постоянной скоростью вращения ротора, плюс возможность регулировать эту скорость. Устройство синхронного мотора достаточно сложное. Чтобы в нем разобраться, необходимо рассмотреть фотографию ниже.

Здесь четко показано, что обмотки двигателя располагаются на якоре или роторе агрегата. Концы обмоток выведены и закреплены на токосъемное кольцо, а, точнее, к его секторам. Сам же ток подается на это же кольцо только через графитовые щетки, которые подключены к питающей сети.

Внимание! Концы обмоток подключаются таким образом, что при работе мотора через щетки электрический ток попадал всегда только на одну пару.

У двигателя этой модели больше уязвимых мест, чем у асинхронной.

• Снашиваются графитные щетки.
• Плохой контакт между токосъемным кольцом и щетками за счет ослабления пружины, которая прижимает последние к кольцу (коллектору).
• Изнашиваются подшипники.
• Образование грязевого налета на поверхности токосъемного кольца.

Теперь переходим к другой позиции – принцип работы синхронного электродвигателя. Вращающийся момент внутри мотора образуется за счет взаимодействия магнитного поля, которое образуется в обмотках возбуждения, и тока, проходящего по якорю агрегата. Но тут есть один момент – изменяющееся направление тока (переменного) будет менять и направление вращения магнитного поля двигателя. Правда, смена вращения будет меняться и в корпусе аппарата, и на якоре одновременно. Вот почему вращение ротора мотора всегда происходит с одинаковой скоростью.

Именно поэтому изменить эту величину можно лишь тем, если изменить напряжение подаваемой на щетки электроэнергии. Вспомните пылесосы, где всасываемую мощность изменяют переключателем, который просто соединен с реостатом. А мощность пылесоса зависит от скорости вращения вала крыльчатки, то есть вала электродвигателя. Чем больше скорость, тем больше мощность всасывания.

Но синхронные электродвигатели в промышленности своего основного места не нашли. Здесь в основном используются асинхронные модели.

Какой лучше

Итак, в статье были разобраны устройство и принцип действия двух видов электродвигателей. Говорить о том, что какой-то из них лучше, нельзя. Но отметим, что асинхронные модели проще в конструктивном аспекте. Они надежнее в эксплуатации. Если их не перегружать, то срок службы может быть очень длительным. К сожалению, синхронные виды этим похвастаться не могут. Графитовые щетки быстро изнашиваются, им требуется замена. Но если не уследить, и графит сотрется полностью, то металлические держатели щеток начнут истирать токосъемное кольцо. А его выход из строя – это не только полный выход из строя двигателя, это большое количество искр (трение металла о металл) и возможность появления более серьезных неприятностей.

Чем асинхронные электродвигатели отличаются от синхронных. Синхронный или асинхронный

Асинхронные двигатели — это двигатели, в процессе работы которых под нагрузкой наблюдается явление скольжения, то есть «отставание» вращения ротора от вращения магнитного поля статора. Другими словами, вращение ротора происходит не синхронно с вращением намагниченности статора, а асинхронно по отношению к этому движению. Вот почему такого рода двигатели называются асинхронными (не синхронными) двигателями.

В большинстве случаев, произнося словосочетание «асинхронный двигатель», имеют ввиду именно бесколлекторный двигатель переменного тока. Величина скольжения асинхронного двигателя может быть разной в зависимости от нагрузки, а также от параметров питания и способа управления токами обмотки статора.

Если мы имеем дело с обычным двигателем переменного тока, наподобие АИР712А, то при синхронной частоте вращения магнитного поля в 3000 оборотов в минуту, в условиях номинальной механической нагрузки на валу в 750 ватт, мы будем иметь реальную частоту вращения 2840 оборотов в минуту, а значит величина скольжения составит 0,053.

Это нормальное явление для асинхронного двигателя. И мы не увидим круглых цифр оборотов, вроде 3000 или 1500, вместо них там будет указано 2730 или 1325. Вместо 1000 может быть написано например 860, несмотря на то, что магнитное поле во время работы двигателя вращается с частотой 1000 оборотов в минуту, как и должно быть в электрической машине с 3 парами магнитных полюсов, предназначенной для питания переменным током частотой 50 Гц.

Что касается двигателей постоянного тока, то в большинстве случаев так называют коллекторные двигатели, на скорость вращения ротора у которых влияет не частота тока, а его средняя величина. Датчик скорости может помочь электронной системе управления установить правильную величину тока для получения заданной скорости вращения, однако связь тока и оборотов здесь будет отнюдь не линейной, так как при разной нагрузке токи разной величины дадут очень разные частоты вращения ротора.

На роторе двигателя постоянного тока может располагаться многосекционная обмотка возбуждения или постоянные магниты. Но сегодня ротор с магнитами характерен скорее для шаговых двигателей, которые тоже относятся к двигателям постоянного тока, однако коллекторно-щеточных узлов не имеют. Как вариант разновидности конструкции мотора постоянного тока — магниты на статоре, а обмотка — на роторе.

Так или иначе, асинхронный бесколлекторный двигатель имеет мощную рабочую обмотку на статоре, которая в процессе работы разогревается от прохождения по ней рабочего тока, и передает тепло на корпус двигателя. Поэтому и обмотку и корпус двигателя необходимо все время активно охлаждать.

В связи с этой особенностью, большинство асинхронных двигателей по умолчанию имеют на своих валах крыльчатки вентиляторов, а на корпусах — выступы, вдоль которых вентилятор, как через радиатор, гонит свежий воздух, охлаждая таким образом статор. Поэтому, если перед вами двигатель, на валу которого установлен вентилятор (обычно под крышкой, закрепленной на корпусе двигателя), вдоль корпуса имеются ребра (как на радиаторе), а на шильдике указана конкретная величина оборотов в минуту и величины переменного напряжения 220/380 — пред вами типичный асинхронный двигатель переменного тока.

В двигателях постоянного тока, с коллекторно-щеточными узлами и с многосекционными многовитковыми обмотками на якарях, выведенными на ламели коллектора, в качестве рабочих обмоток выступают — и обмотка статора, и обмотка ротора (якоря).

Здесь фактически получается, что рабочая обмотка как-бы разделена на две части: рабочий ток идет и через якорную обмотку, и через статорную обмотку, поэтому проблема нагрева только статора отсутствует, и вентилятор здесь не нужен.

Для охлаждения достаточно вентиляционных отверстий, через которые можно разглядеть ротор с якорной обмоткой на нем. Поэтому, если перед вами двигатель с коллекторно-щеточным узлом, где коллектор имеет множество ламелей (блестящих пластинок) с выводами от обмоток, и вентилятора словно бы и не предусмотрено — перед вами двигатель постоянного тока.

Статор двигателя постоянного тока может представлять собой набор постоянных магнитов. Большинство двигателей постоянного тока, рассчитанных на сетевое напряжение, будут легко работать и от переменного тока (пример такого универсального мотора — мотор болгарки).

На рис.7.7 приведены характеристики синхронных двигателей СДВ 17-39-12 и СДВ-17-59-12 (С – синхронный, Д – двигатель, В – для привода вентиляторов, 17 – габарит, 39 и 59 – длина сердечника статора, см, 12 – число полюсов) и ВДС 325/49-16. Характеристики синхронных двигателей (рис.7.7) имеют ряд преимуществ по сравнению с характеристиками , :
возможность работы с опережающим коэффициентом мощности;
более низкие потери;
синхронная вращения в независимости от нагрузки;
возможность плавного регулирования реактивной мощности и более высокое качество в узлах нагрузки;
способность сохранять устойчивую работу при колебаниях в питающей сети.
Последняя особенность связана с тем, что у синхронного двигателя максимальный момент пропорционален напряжению, а у АД – квадрату – рис.7.4.

Синхронные двигатели, наряду с наличием на роторе обмотки возбуждения, имеют и мощную демпферную систему, обеспечивающую пуск и разгон ротора до подсинхронной частоты вращения в асинхронном режиме, с замкнутой на гасительное сопротивление обмоткой возбуждения. По достижении подсинхронной частоты вращения осуществляется синхронизация двигателя путем включения АГП и доведение его частоты вращения до синхронной. Синхронизация усложняется при высоких коэффициентах загрузки двигателя, а в системе собственных нужд электростанций возможности разгрузки на период синхронизации отсутствуют – рис.7.7.
Недостатком синхронных электродвигателей является необходимость отключения АГП и перевод их в асинхронный режим даже при кратковременных глубоких понижениях питающего напряжения, связанных с неудаленными и ошибочным отключением рабочих вводов питания. При использовании синхронных двигателей на электростанциях они будут участвовать в самозапуске наряду с другими асинхронными двигателями в условиях более низких питающих напряжений по сравнению с пуском отдельного . При этом условия синхронизации усложняются.

Исходя из высокой чувствительности синхронных электродвигателей к глубоким понижениям напряжения, трудности синхронизации в условиях самозапуска, отсутствие необходимости компенсации реактивной мощности в системе СН ввиду небольшой удаленности синхронных генераторов, синхронные электродвигатели нашли ограниченное применение в системе СН электростанций. Синхронные электродвигатели используются для питания потребителей, не влияющих на немедленное прекращение технологического процесса: часть циркуляционных насосов, приводы компрессоров и вентиляторов, мельниц, дробилок. Перечисленные механизмы обычно имеют промежуточные бункеры топлива и запасы перекачиваемого рабочего тела в ресиверах.
В виде примера в табл.7.2 изображена мельница-вентилятор с приводным синхронным двигателем марки СДМЗ2-22-61-40УХЛ4, предназначенным для привода шаровых и стержневых мельниц. В обозначении типа:
С – синхронный, Д – двигатель, М – для привода мельниц, З – закрытого исполнения, 2 – вторая серия, 22 – габарит, 61 – длина сердечника статора, см, 40 – число полюсов, УХЛ4 – климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ. Пуск двигателя асинхронный прямой при номинальном напряжении сети с включением в цепь обмотки возбуждения разрядного сопротивления. В процессе пуска среднее на зажимах двигателя должно быть не менее 0,85Uном, минимальное в начале пуска – не менее 0,8Uном. Двигатель допускает два пуска подряд из холодного состояния или один пуск из горячего состояния при условии, что средний статический момент сопротивления механизма на валу за время пуска не превышает 0,8М ном при моменте инерции приводимого механизма не более указанного в табл.7.2. Возбуждение двигателя осуществляется от тиристорных возбудителей. Обращаем внимание на низкую частоту вращения электродвигателей серии СДМЗ2 в пределах 100 – 150 об/мин, на которые асинхронные двигатели не выпускаются.

Прежде чем разобраться, в чём их отличие, необходимо выяснить, что такое электродвигатель? Электродвигатель – это электрическая машина, которая приводится в действие от электроэнергии и служит приводом для других механизмов.

Объяснение принципа работы синхронного электродвигателя для «чайников»

С детства мы помним, что два магнита, если их приблизить друг к другу, в одном случае притягиваются, а в другом отталкиваются. Происходит это, в зависимости от того, что какими сторонами магнитов мы их соединяем, разноимённые полюса притягиваются, а одноимённые отталкиваются. Это – постоянные магниты, у которых магнитное поле присутствует постоянно. Существуют и переменные магниты.

В школьном учебнике по физике есть рисунок, где изображён электромагнит в виде подковы и рамка с полукольцами на концах, которая расположена между его полюсами.

При расположении рамки в горизонтальном положении в пространстве между полюсами магнитов, из-за того, что магнит притягивает разноимённые полюса и отталкивает одноимённые, на рамку подаётся ток, одинакового знака. Вокруг рамки появляется электромагнитное поле (вот пример переменного магнита!), полюса магнитов притягивают рамку, и она поворачивается в вертикальное положение. При достижении вертикали, на рамку подаётся ток противоположного знака, электромагнитное поле рамки меняет полюсность, и полюса постоянного магнита начинают отталкивать рамку, вращая её до горизонтального положения, после чего цикл вращения повторяется.

В этом заключается принцип работы электродвигателя. Причём, примитивного синхронного электродвигателя!

Итак, примитивный синхронный электродвигатель работает, когда на рамку подаётся ток. У настоящего синхронного электродвигателя, роль рамки выполняет ротор с катушками проводов, называемых обмотками, на которые подаётся ток (они служат источниками электромагнитного поля). А роль подковообразного магнита выполняет статор, изготовленный либо из набора постоянных магнитов, либо тоже из катушек проводов (обмоток), которые, при подаче тока являются также источниками электромагнитного поля.

Ротор синхронного электродвигателя будет вращаться с такой же частотой, с какой меняется ток, подаваемый на клеммы обмотки, т.е. синхронно. Отсюда название этого электродвигателя.

Объяснение принципа работы асинхронного электродвигателя для «чайников»

Вспоминаем описание рисунка в предыдущем примере. Та же рамка, расположенная между полюсами подковообразного магнита, только её концы не имеют полуколец, они соединены между собой.

Теперь начинаем вращать вокруг рамки подковообразный магнит. Вращаем его медленно и наблюдаем за поведением рамки. До некоторых пор рамка остаётся неподвижной, а потом, при повороте магнита на определённый угол, рамка начинает вращение вслед за магнитом. Вращение рамки запаздывает по сравнению со скоростью вращения магнита, т.е. она вращается не синхронно с ним – асинхронно. Вот и получается, что это примитивный асинхронный электродвигатель.

Вообще-то роль магнитов в настоящем асинхронном двигателе служат обмотки, расположенные в пазах статора, на которые подаётся ток. А роль рамки, выполняет ротор, в пазы которого вставлены металлические пластины, соединённые между собой на коротко. Поэтому такой ротор называется короткозамкнутым.

В чём же отличия синхронного и асинхронного электродвигателей?

Если поставить рядом два современных электродвигателя одного и другого типа, то по внешним признакам их отличить трудно даже специалисту.

По существу, их главное отличие рассмотрено в приведённых примерах принципов работы этих электродвигателей. Они отличаются по конструкции роторов . Ротор синхронного электродвигателя состоит из обмоток, а ротор асинхронного представляет собой набор пластин.

Статоры одного и другого электродвигателей почти неотличимы и представляют собой набор обмоток, однако, статор синхронного электродвигателя может быть набран из постоянных магнитов.

Обороты синхронного двигателя соответствуют частоте подаваемого на него тока, а обороты асинхронного несколько отстают от частоты тока.

Отличаются они и по сферам применения . Например, синхронные электродвигатели ставят для привода оборудования, которое работает с постоянной скоростью вращения (насосы, компрессоры и т.д.) не снижая её с увеличением нагрузки. А вот асинхронные электродвигатели снижают частоту вращения при увеличении нагрузки.

Синхронные электродвигатели конструктивно сложней, а значит, и дороже асинхронных электродвигателей.

Принципиальное отличие синхронного двигателя от асинхронного заключается в исполнении ротора. Последний у синхронного двигателя представляет собой магнит, выполненный (при относительно небольших мощностях) на базе постоянного магнита или на основе электромагнита. Поскольку разноименные полюсы магнитов притягиваются, то вращающееся магнитное поле статора, которое можно интерпретировать как вращающийся магнит, увлекает за собой магнитный ротор, причем их скорости равны. Это объясняет название двигателя — синхронный.

В заключение отметим, что в отличие от асинхронного двигателя, у которого обычно не превышает 0,8…0,85, у синхронного двигателя можно добиться большего значения и сделать даже так, что ток будет опережать напряжение по фазе. В этом случае, подобно конденсаторным батареям, синхронная машина используется для повышения коэффициента мощности.

Асинхронные двигатели имеют простую конструкцию и надежны в эксплуатации. Недостатком асинхронных двигателей является трудность регулирования их частоты вращения.

Чтобы реверсировать трехфазный асинхронный двигатель (изменить направление вращения двигателя на противоположное), необходимо поменять местами две фазы, то есть поменять местами два любых линейных провода, подходящих к обмотке статора двигателя.

Т.е это достаточно дешевый двигатель, который применяется везде, синхронную машину найти крайне тяжело.

В отличие от асинхронного двигателя частота вращения синхронного двигателя постоянная при различных нагрузках. Синхронные двигатели находят применение для привода машин постоянной скорости (насосы, компрессоры, вентиляторы) ими легко управлять.

Отличить можно по кол-ву оборотов на табличке (если там явно не указан тип машины), у асинхронного не круглое число оборотов, 950 об/мин у синхронной машины 1000 об/мин.

Синхронные двигатели управляются также сложно как и асинхронные, т.к. требуют управления частотой подводимого напряжения. Они имеют абсолютно жесткую механическую характеристику, это означает, что как бы не менялась нагрузка на валу двигателя, он будет иметь одну и ту же частоту вращения. Естественно, нагрузка должна меняться в разумных пределах, есть значение критического момента нагрузки, при котором двигатель «выпадает» из синхронного режима, что чревато его поломкой. К основным недостаткам относится то, что обмотку возбуждения необходимо питать постоянным током, также наличие скользящего контакта «щетка-контактное кольцо», сложность пуска.

Чаще всего синхронные машины используют в качестве генераторов, вообще подавляющее большинство генераторов — синхронные, начиная с тех, которые устанавливаютс на автомобилях, и заканчивая теми, которые стоят на АЭС. Из всех других они наиболее надежны, имеют наибольший КПД, проще других в обслуживании.

КПД машины не зависит от косинуса фи электрической машины. КПД зависит восновном только от потерь в обмотке (потери в меди), в магнитопроводе (потери в стали), механических потерь и дополнительных потерь. Также КПД машины зависит от ее нагрузки, при этом максимум (КПД) наблюдается в точке, когда потери в стали и в меди равны, как правило это наблюдается, когда нагрузка составляет 75-80% от номинальной мощности машины.

Учитывая особенности производства электрических машин имеем что с ростом мощности выпущенной машины, потери растут не пропорционально, поэтому мощные электрические машины могут иметь КПД достигающий 99%.

Синхронный или асинхронный двигатель что лучше. Синхронный и асинхронный двигатель: отличия, принцип работы, применение

Принципиальное отличие синхронного двигателя от асинхронного заключается в исполнении ротора. Последний у синхронного двигателя представляет собой магнит, выполненный (при относительно небольших мощностях) на базе постоянного магнита или на основе электромагнита. Поскольку разноименные полюсы магнитов притягиваются, то вращающееся магнитное поле статора, которое можно интерпретировать как вращающийся магнит, увлекает за собой магнитный ротор, причем их скорости равны. Это объясняет название двигателя — синхронный.

В заключение отметим, что в отличие от асинхронного двигателя, у которого обычно не превышает 0,8…0,85, у синхронного двигателя можно добиться большего значения и сделать даже так, что ток будет опережать напряжение по фазе. В этом случае, подобно конденсаторным батареям, синхронная машина используется для повышения коэффициента мощности.

Асинхронные двигатели имеют простую конструкцию и надежны в эксплуатации. Недостатком асинхронных двигателей является трудность регулирования их частоты вращения.

Чтобы реверсировать трехфазный асинхронный двигатель (изменить направление вращения двигателя на противоположное), необходимо поменять местами две фазы, то есть поменять местами два любых линейных провода, подходящих к обмотке статора двигателя.

Т.е это достаточно дешевый двигатель, который применяется везде, синхронную машину найти крайне тяжело.

В отличие от асинхронного двигателя частота вращения синхронного двигателя постоянная при различных нагрузках. Синхронные двигатели находят применение для привода машин постоянной скорости (насосы, компрессоры, вентиляторы) ими легко управлять.

Отличить можно по кол-ву оборотов на табличке (если там явно не указан тип машины), у асинхронного не круглое число оборотов, 950 об/мин у синхронной машины 1000 об/мин.

Синхронные двигатели управляются также сложно как и асинхронные, т.к. требуют управления частотой подводимого напряжения. Они имеют абсолютно жесткую механическую характеристику, это означает, что как бы не менялась нагрузка на валу двигателя, он будет иметь одну и ту же частоту вращения. Естественно, нагрузка должна меняться в разумных пределах, есть значение критического момента нагрузки, при котором двигатель «выпадает» из синхронного режима, что чревато его поломкой. К основным недостаткам относится то, что обмотку возбуждения необходимо питать постоянным током, также наличие скользящего контакта «щетка-контактное кольцо», сложность пуска.

Чаще всего синхронные машины используют в качестве генераторов, вообще подавляющее большинство генераторов — синхронные, начиная с тех, которые устанавливаютс на автомобилях, и заканчивая теми, которые стоят на АЭС. Из всех других они наиболее надежны, имеют наибольший КПД, проще других в обслуживании.

КПД машины не зависит от косинуса фи электрической машины. КПД зависит восновном только от потерь в обмотке (потери в меди), в магнитопроводе (потери в стали), механических потерь и дополнительных потерь. Также КПД машины зависит от ее нагрузки, при этом максимум (КПД) наблюдается в точке, когда потери в стали и в меди равны, как правило это наблюдается, когда нагрузка составляет 75-80% от номинальной мощности машины.

Учитывая особенности производства электрических машин имеем что с ростом мощности выпущенной машины, потери растут не пропорционально, поэтому мощные электрические машины могут иметь КПД достигающий 99%.

Асинхронные двигатели — это двигатели, в процессе работы которых под нагрузкой наблюдается явление скольжения, то есть «отставание» вращения ротора от вращения магнитного поля статора. Другими словами, вращение ротора происходит не синхронно с вращением намагниченности статора, а асинхронно по отношению к этому движению. Вот почему такого рода двигатели называются асинхронными (не синхронными) двигателями.

В большинстве случаев, произнося словосочетание «асинхронный двигатель», имеют ввиду именно бесколлекторный двигатель переменного тока. Величина скольжения асинхронного двигателя может быть разной в зависимости от нагрузки, а также от параметров питания и способа управления токами обмотки статора.

Если мы имеем дело с обычным двигателем переменного тока, наподобие АИР712А, то при синхронной частоте вращения магнитного поля в 3000 оборотов в минуту, в условиях номинальной механической нагрузки на валу в 750 ватт, мы будем иметь реальную частоту вращения 2840 оборотов в минуту, а значит величина скольжения составит 0,053.

Это нормальное явление для асинхронного двигателя. И мы не увидим круглых цифр оборотов, вроде 3000 или 1500, вместо них там будет указано 2730 или 1325. Вместо 1000 может быть написано например 860, несмотря на то, что магнитное поле во время работы двигателя вращается с частотой 1000 оборотов в минуту, как и должно быть в электрической машине с 3 парами магнитных полюсов, предназначенной для питания переменным током частотой 50 Гц.

Что касается двигателей постоянного тока, то в большинстве случаев так называют коллекторные двигатели, на скорость вращения ротора у которых влияет не частота тока, а его средняя величина. Датчик скорости может помочь электронной системе управления установить правильную величину тока для получения заданной скорости вращения, однако связь тока и оборотов здесь будет отнюдь не линейной, так как при разной нагрузке токи разной величины дадут очень разные частоты вращения ротора.

На роторе двигателя постоянного тока может располагаться многосекционная обмотка возбуждения или постоянные магниты. Но сегодня ротор с магнитами характерен скорее для шаговых двигателей, которые тоже относятся к двигателям постоянного тока, однако коллекторно-щеточных узлов не имеют. Как вариант разновидности конструкции мотора постоянного тока — магниты на статоре, а обмотка — на роторе.

Так или иначе, асинхронный бесколлекторный двигатель имеет мощную рабочую обмотку на статоре, которая в процессе работы разогревается от прохождения по ней рабочего тока, и передает тепло на корпус двигателя. Поэтому и обмотку и корпус двигателя необходимо все время активно охлаждать.

В связи с этой особенностью, большинство асинхронных двигателей по умолчанию имеют на своих валах крыльчатки вентиляторов, а на корпусах — выступы, вдоль которых вентилятор, как через радиатор, гонит свежий воздух, охлаждая таким образом статор. Поэтому, если перед вами двигатель, на валу которого установлен вентилятор (обычно под крышкой, закрепленной на корпусе двигателя), вдоль корпуса имеются ребра (как на радиаторе), а на шильдике указана конкретная величина оборотов в минуту и величины переменного напряжения 220/380 — пред вами типичный асинхронный двигатель переменного тока.

В двигателях постоянного тока, с коллекторно-щеточными узлами и с многосекционными многовитковыми обмотками на якарях, выведенными на ламели коллектора, в качестве рабочих обмоток выступают — и обмотка статора, и обмотка ротора (якоря).

Здесь фактически получается, что рабочая обмотка как-бы разделена на две части: рабочий ток идет и через якорную обмотку, и через статорную обмотку, поэтому проблема нагрева только статора отсутствует, и вентилятор здесь не нужен.

Для охлаждения достаточно вентиляционных отверстий, через которые можно разглядеть ротор с якорной обмоткой на нем. Поэтому, если перед вами двигатель с коллекторно-щеточным узлом, где коллектор имеет множество ламелей (блестящих пластинок) с выводами от обмоток, и вентилятора словно бы и не предусмотрено — перед вами двигатель постоянного тока.

Статор двигателя постоянного тока может представлять собой набор постоянных магнитов. Большинство двигателей постоянного тока, рассчитанных на сетевое напряжение, будут легко работать и от переменного тока (пример такого универсального мотора — мотор болгарки).

Основывается на разных параметрах. По одному из них, различают синхронный и асинхронный двигатель. Отличия приборов, общая характеристика и принцип работы описаны в статье.

Синхронный двигатель

Этот тип двигателя способен работать одновременно и в качестве генератора, и как, собственно, двигатель. Его устройство сродни Характерной особенностью двигателя является неизменяемая частота роторного вращения от нагрузки.

Эти виды двигателей широко применяются во многих сферах, например, для электрических проводов, которым необходима постоянная скорость.

Принцип работы синхронного двигателя

В основу его функционирования положено взаимодействие вращающегося магнитного поля якоря и магнитных полей индукторных полюсов. Обычно якорь находится в статоре, а индуктор распологается в роторе. Для мощных моторов используются электрические магниты для полюсов, а для слабых — постоянные.

Преимущества и недостатки

Основными минусами этого вида двигателя являются:

• необходимость питания обмотки постоянным током;
• сложность запуска;
• скользящий контакт.

Большинство генераторов, где бы они ни использовались, являются синхронными. Преимуществами таких двигателей в целом являются:

• самая высокая надежность;
• самый большой ;
• простота обслуживания.

Асинхронный двигатель

Данный вид устройста представляет механизм, направленный на трансформацию электрической энергии в механическую. Из самого названия «асинхронный» можно сделать вывод, что речь идет о неодновременном процессе. И действительно, частота вращения магнитного поля статора здесь выше роторной всегда.
Такое устройство состоит из статора цилиндрической формы и ротора, в зависимости от вида которого асинхронные двигатели короткозамкнутые могут быть и с фазным ротором.

Принцип действия

Работа двигателя осуществляется на основе взаимодействия магнитного статорного поля и наводящихся этим же полем токов в роторе. Вращающий момент появляется тогда, когда имеется разность частоты вращения полей.

Резюмируем теперь, чем отличается от асинхронного. Чем объясняется широкое применение одного типа и ограниченное — другого?

Синхронный и асинхронный двигатель: отличия

Отличие работы двигателей — в роторе. У синхронного типа он заключается в постоянном или электрическом магните. Благодаря притягиванию разноименных полюсов вращающееся поле статора влечет и магнитный ротор. Их скорость получается одинаковой. Отсюда и название — синхронный.

В нем можно добиться, в отличие от асинхронного, даже опережения напряжения по фазам. Тогда устройство, подобно батареям конденсатора, может применяться для увеличения мощности.

Асинхронные двигатели, в свою очередь, просты и надежны, но их недостатком является трудность регулировки частоты вращения. Для реверсирования трехфазного асинхронного двигателя (то есть изменения направления его вращения в противоположную сторону) меняют расположение двух фаз или двух линейных проводов, приближающихся к обмотке статора.

Если рассматривать частоту вращения, то имеют и здесь синхронный и асинхронный двигатель отличия. В синхронном типе этот показатель является постоянным, в отличие от асинхронного. Поэтому первый используют там, где необходима постоянная скорость и полная управляемость, например, в насосах, вентиляторах и компрессорах.

Выявить на том или ином устройстве наличие рассматриваемых типов приборов очень просто. На асинхронном двигателе будет не круглое число оборотов (например, девятьсот тридцать в минуту), в то время как на синхронном — круглое (например, тысяча оборотов в минуту).

И те, и другие моторы управляются достаточно сложно. Синхронный тип имеет жесткую характеристику механики: при любой меняющейся нагрузке на вал мотора частота вращения будет одной и той же. При этом нагрузка, конечно, должна меняться с учетом того, чтобы двигатель способен ее выдержать, иначе это приведет к поломке механизма.

Так устроен синхронный и асинхронный двигатель. Отличия обоих видов обуславливают сферу их использования, когда один вид справляется с задачей оптимальным образом, для другого это будет проблематичным. В то же время можно встретить и комбинированные механизмы.

В основу работы любых электродвигателей положен принцип электромагнитной индукции. Электродвигатель состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных движков переменного тока) либо индуктора (для движков постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных движков переменного тока) либо якоря (для движков постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока нередко используются постоянные магниты.

Все двигатели, грубо говоря можно поделить на два вида:
двигатели постоянного тока
двигатели переменного тока (асинхронные и синхронные)

Двигатели постоянного тока

По неким мнениям данный двигатель возможно еще назвать синхронной машиной постоянного тока с самосинхронизацией. Простой движок, являющийся машиной постоянного тока, состоит из постоянного магнита на индукторе (статоре), 1-го электромагнита с очевидно выраженными полюсами на якоре (двухзубцового якоря с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой), щёточноколлекторного узла с 2-мя пластинами (ламелями) и 2-мя щётками.
Простой двигатель имеет 2 положения ротора (2 «мёртвые точки»), из которых неосуществим самозапуск, и неравномерный крутящий момент. В первом приближении магнитное поле полюсов статора равномерное (однородное).

Данные двигатели с наличием щёточно-коллекторного узла бывают:

Колекторные — электрическое устройство, в котором датчиком положения ротора и переключателем тока в обмотках является одно и то же устройство — щёточно-коллекторный узел.

Бесколекторные — замкнутая электромеханическая система, состоящая из синхронного устройства с синусоидальным распределением магнитного поля в зазоре, датчика положения ротора, преобразователя координат и усилителя мощности. Более дорогой вариант в сравнение с колекторными двигателями.

Двигатели переменного тока

По типу работы данные двигатели делятся на синхронные и асинхронные двигатели. Принципное отличие заключается в том, что в синхронных машинах 1-ая гармоника магнитодвижущей силы статора перемещается со скоростью вращения ротора (по этому сам ротор крутится со скоростью вращения магнитного поля в статоре), а у асинхронных — есть и остается разница меж скоростью вращения ротора и скоростью вращения магнитного поля в статоре (поле крутится быстрее ротора).

Синхронный — двигатель переменного тока, ротор которого крутится синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Эти движки традиционно применяются при огромных мощностях (от сотен киловатт и выше).
Есть синхронные двигатели с дискретным угловым движением ротора — шаговые двигатели. У них данное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Переход в другое положение исполняется путём снятия напряжения питания с одних обмоток и передачи его на другие обмотки двигателя.
Ещё один вид синхронных движков — вентильный реактивный эл-двигатель, питание обмоток которого складывается с помощью полупроводниковых элементов.

Асинхронный — двигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора различается от частоты крутящего магнитного поля, творимого питающим напряжением, второе название асинхронных машин — индукционные обосновано тем, что ток в обмотке ротора индуцируется вертящимся полем статора. Асинхронные машины сейчас оформляют огромную часть электрических машин. В главном они используются в виде электродвигателей и считаются ключевыми преобразователями электрической энергии в механическую, причём в основном используются асинхронные движки с короткозамкнутым ротором

По количеству фаз двигатели бывают:

• однофазные
• двухфазные
• трехфазные

Самые популярные и шыроковостребованые двигатели которые применяются в производстве и бытовом хозяйстве:

Однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Однофазовый асинхронный движок имеет на статоре только 1 рабочую обмотку, на которую в ходе работы мотора подается переменный ток. Хотя для запуска мотора на его статоре есть и вспомогательная обмотка, которая краткосрочно подключается к сети через конденсатор либо индуктивность, или замыкается накоротко пусковыми контактами рубильника. Это нужно для создания исходного сдвига фаз, чтоб ротор начал крутиться, по другому пульсирующее магнитное поле статора не здвинуло б ротор с места.

Ротор такового мотора, как и любого иного асинхронного мотора с короткозамкнутым ротором, являет из себя цилиндрический сердечник с залитыми алюминием пазами, с сразу отлитыми вентиляционными лопастями.
Таковой ротор именуется короткозамкнутым ротором. Однофазовые движки используются в маломощных устройствах, в том числе комнатные вентиляторы либо маленькие насосы.

Двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Двухфазные асинхронные движки более эффективны при работе от однофазовой сети переменного тока. Они содержат на статоре две рабочие обмотки, находящиеся перпендикулярно, при этом одна из обмоток подключается к сети переменного тока напрямую, а вторая – через фазосдвигающий конденсатор, так выходит крутящееся магнитное поле, а вот без конденсатора ротор бы не двинулся с места.

Данные двигатели помимо прочего имеют короткозамкнутый ротор, а их использование еще обширнее, нежели у однофазовых. Тут уже и стиральные машинки, и разные станки. Двухфазные движки для питания от однофазовых сетей называют конденсаторными двигателями, потому что фазосдвигающий конденсатор считается часто обязательной их частью.

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Трехфазный асинхронный двигатель имеет на статоре три рабочие обмотки, сдвинутые сравнительно друг друга так, что при подключении в трехфазную сеть, их магнитные поля получаются смещенными в пространстве сравнительно друг дружку на 120 градусов. При включении трехфазного мотора к трехфазной сети переменного тока, появляется крутящееся магнитное поле, приводящее в перемещение короткозамкнутый ротор.

Обмотки статора трехфазного мотора возможно соединить по схеме «звезда» либо «треугольник», при этом для питания мотора по схеме «звезда» потребуется напряжение выше, чем для схемы «треугольник», и на движке, потому, указываются 2 напряжения, к примеру: 127/220 либо 220/380. Трехфазные движки незаменимы для приведения в действие разных станков, лебедок, циркулярных пил, подъемных кранов, и т.п.

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

Трехфазный асинхронный движок с фазным ротором имеет статор подобный описанным выше типам движков, шихтованный магнитопровод с 3-мя уложенными в его пазы обмотками, но в фазный ротор не залиты дюралевые стержни, а уложена уже настоящая трехфазная обмотка, в соединении «звезда». Концы звезды обмотки фазного ротора выведены на три контактных кольца, насаженных на вал ротора, и электрически отделенных от него.

Посредством щеток, на кольца помимо прочего подается трехфазное переменное напряжение, и включение может быть осуществлено как впрямую, так и через реостаты. Непременно, движки с фазным ротором стоят подороже, хотя их пусковой момент под нагрузкой значительно повыше, нежели у типов движков с короткозамкнутым ротором. Именно в следствие завышенной силы и огромного пускового момента, данный вид движков отыскал использование в приводах лифтов и подъемных кранов, другими словами там, где прибор запускается под нагрузкой а не в холостую, как у двигателей с короткозамкнутым ротором.

Прежде чем разобраться, в чём их отличие, необходимо выяснить, что такое электродвигатель? Электродвигатель – это электрическая машина, которая приводится в действие от электроэнергии и служит приводом для других механизмов.

Объяснение принципа работы синхронного электродвигателя для «чайников»

С детства мы помним, что два магнита, если их приблизить друг к другу, в одном случае притягиваются, а в другом отталкиваются. Происходит это, в зависимости от того, что какими сторонами магнитов мы их соединяем, разноимённые полюса притягиваются, а одноимённые отталкиваются. Это – постоянные магниты, у которых магнитное поле присутствует постоянно. Существуют и переменные магниты.

В школьном учебнике по физике есть рисунок, где изображён электромагнит в виде подковы и рамка с полукольцами на концах, которая расположена между его полюсами.

При расположении рамки в горизонтальном положении в пространстве между полюсами магнитов, из-за того, что магнит притягивает разноимённые полюса и отталкивает одноимённые, на рамку подаётся ток, одинакового знака. Вокруг рамки появляется электромагнитное поле (вот пример переменного магнита!), полюса магнитов притягивают рамку, и она поворачивается в вертикальное положение. При достижении вертикали, на рамку подаётся ток противоположного знака, электромагнитное поле рамки меняет полюсность, и полюса постоянного магнита начинают отталкивать рамку, вращая её до горизонтального положения, после чего цикл вращения повторяется.

В этом заключается принцип работы электродвигателя. Причём, примитивного синхронного электродвигателя!

Итак, примитивный синхронный электродвигатель работает, когда на рамку подаётся ток. У настоящего синхронного электродвигателя, роль рамки выполняет ротор с катушками проводов, называемых обмотками, на которые подаётся ток (они служат источниками электромагнитного поля). А роль подковообразного магнита выполняет статор, изготовленный либо из набора постоянных магнитов, либо тоже из катушек проводов (обмоток), которые, при подаче тока являются также источниками электромагнитного поля.

Ротор синхронного электродвигателя будет вращаться с такой же частотой, с какой меняется ток, подаваемый на клеммы обмотки, т.е. синхронно. Отсюда название этого электродвигателя.

Объяснение принципа работы асинхронного электродвигателя для «чайников»

Вспоминаем описание рисунка в предыдущем примере. Та же рамка, расположенная между полюсами подковообразного магнита, только её концы не имеют полуколец, они соединены между собой.

Теперь начинаем вращать вокруг рамки подковообразный магнит. Вращаем его медленно и наблюдаем за поведением рамки. До некоторых пор рамка остаётся неподвижной, а потом, при повороте магнита на определённый угол, рамка начинает вращение вслед за магнитом. Вращение рамки запаздывает по сравнению со скоростью вращения магнита, т.е. она вращается не синхронно с ним – асинхронно. Вот и получается, что это примитивный асинхронный электродвигатель.

Вообще-то роль магнитов в настоящем асинхронном двигателе служат обмотки, расположенные в пазах статора, на которые подаётся ток. А роль рамки, выполняет ротор, в пазы которого вставлены металлические пластины, соединённые между собой на коротко. Поэтому такой ротор называется короткозамкнутым.

В чём же отличия синхронного и асинхронного электродвигателей?

Если поставить рядом два современных электродвигателя одного и другого типа, то по внешним признакам их отличить трудно даже специалисту.

По существу, их главное отличие рассмотрено в приведённых примерах принципов работы этих электродвигателей. Они отличаются по конструкции роторов . Ротор синхронного электродвигателя состоит из обмоток, а ротор асинхронного представляет собой набор пластин.

Статоры одного и другого электродвигателей почти неотличимы и представляют собой набор обмоток, однако, статор синхронного электродвигателя может быть набран из постоянных магнитов.

Обороты синхронного двигателя соответствуют частоте подаваемого на него тока, а обороты асинхронного несколько отстают от частоты тока.

Отличаются они и по сферам применения . Например, синхронные электродвигатели ставят для привода оборудования, которое работает с постоянной скоростью вращения (насосы, компрессоры и т.д.) не снижая её с увеличением нагрузки. А вот асинхронные электродвигатели снижают частоту вращения при увеличении нагрузки.

Синхронные электродвигатели конструктивно сложней, а значит, и дороже асинхронных электродвигателей.

Некоторые принципы создания магических текстов — Тайная доктрина

 

В какой-то момент каждый из нас задается вопросом, что происходит после смерти: есть ли загробная жизнь или нет ничего? Для многих людей страх смерти связан со страхом неизвестности. Что происходит когда мы умираем? Попадаем ли мы в рай, перевоплощаемся в животное или перепрограммируем себя в симуляции?

Например, теория бесконечной жизни гласит, что, когда человек умирает, он немедленно возрождается снова в своей жизни без каких-либо предыдущих воспоминаний. Космическая теория утверждает, что наше сознание принадлежит Вселенной. Когда мы умираем, сознание возвращается в космос. Буддисты верят в реинкарнацию после смерти. Для верящих в паранормальные явления после смерти наши души остаются среди живых. Но мы собираемся сосредоточиться на одной из самых противоречивых теорий, обсуждаемых в научном сообществе. Мы говорим о параллельной вселенной: когда мы умираем, мы живем в той же вселенной, что и раньше, только в другом пространстве и времени.

Параллельные вселенные

В 1954 году молодой кандидат наук из Принстонского университета по имени Хью Эверетт III высказал радикальную идею: существуют параллельные вселенные, точно такие же, как наша. Все эти вселенные связаны с нашей; фактически, они ответвляются от нашей, а наша вселенная — от других. В этих параллельных вселенных наши войны привели к другим результатам. Вымершие виды эволюционировали и адаптировались. В некоторых из них люди вымерли.

Эта теория вызвала большой резонанс в научном сообществе. Идея вселенных или параллельных измерений, похожих на нашу, появилась в произведениях научной фантастики и использовалась в качестве объяснения метафизики. А недавно ученые НАСА нашли неопровержимые доказательства существования параллельной Вселенной, очень близкой к нашей.

Открытие было сделано исследовательской группой, финансируемой космическим агентством США, получившей в 2003 году 35 миллионов долларов на поиск и изучение «призрачных частиц, заполняющих Вселенную» с помощью эксперимента ANITA (Антарктическая транзитивная импульсная антенна). То, что они обнаружили, было невероятным. Таинственный сигнал продемонстрировал существование перемешанной вселенной, созданной в результате того же Большого взрыва, что и наша, и существующей параллельно с ним. Зеркальный мир, где положительное — отрицательное, левое — правое, а время идет вспять.

Наука доказывает теорию смерти и параллельных вселенных

Таким образом, существование параллельных вселенных подтверждает: наша смерть — всего лишь иллюзия, мы продолжаем жить в другом изменении. В 2016 году доктор Роберт Ланца, известный американский врач, ученый и философ, заявил, что смерти нет, есть только потеря тела. Он сказал, что наш разум существует благодаря энергии, которая содержится в наших телах и высвобождается, когда наши оболочки прекращают свое существование. Доктор Ланца объяснил, что реальность — это иллюзия. Теория ученого развивает знаменитую цитату Эйнштейна: «Энергия не может быть создана или уничтожена, ее можно только изменить». Таким образом, когда наши физические тела умирают, энергия сознания, которая еще не полностью понята учёными, продолжается на квантовом уровне.

Доктор Ланца сказал, что существует бесконечное количество вселенных, и все, что может произойти происходит в какой-то из них. Он предположил, что сознание продолжает существовать.

Когда мы говорим о смерти и параллельных вселенных, становится ясно, что как мы могли бы жить здесь, мы также можем быть новорожденными в другой вселенной и умереть в третьей. Вы могли бы жить в настоящем времени, в доисторическом или на миллион лет в будущем.

Эти вселенные можно назвать разными планами существования. Поскольку это множество вселенных находится в разное время и в разных местах, нить, связывающая их всех, — это душа, сгусток электромагнитной энергии. Переход между нашей реальностью и другим планом существования — это переход между нашей вселенной и другой.

Смерти на самом деле не существует. Когда мы умираем, мы достигаем своеобразного предела самих себя.

Эйнштейн знал это. В 1955 году, когда умер его давний друг Мишель Бессо, он написал следующее: «Теперь он ушел из этого странного мира немного раньше меня. Это ничего не значит. Люди вроде нас, которые верят в физику, знают, что различие между прошлым, настоящим и будущим — это просто стойкая иллюзия». Мы все когда-нибудь откроем реальность нашего существования и причину, по которой мы умираем и продолжаем жить в других реальностях или планах существования.

—

Идея сделать Индию, и не только ее, христианской, владела умами и политиков, и тех, кто выбирал путь миссионерства, чтобы научить индусов жить и думать по Новому Завету. Этот процесс поглощал и поглощает до сих пор огромные ресурсы – и материальные, и человеческие. А результат – лишь немногим более двух процентов индийцев причисляют себя к христианской общине. Некоторые же наотрез отказываются меняться и сейчас – как жители Андаманских островов, например, которые прибывших с благими намерениями могут попросту съесть.

«Идите, научите все народы»

С появлением каждой новой религии закономерно возникало и желание ее последователей поделиться новым знанием с ближним, некоторые же стремились обратить в свою веру и тех, кто жил на значительном удалении. Не всем конфессиям свойственно расширять таким образом количество своих последователей (некоторые, алавиты, например, не привлекают никого к своему учению и вообще информацию о нем не распространяют). И все же прозелитизм, желание обратить других в свою веру — явление давнее и обычное.

Христиан в Индии — около 2 процентов, большая часть среди них — протестанты. 

Этим занимаются преимущественно представители мировых религий, само же слово «миссионерство» связывается с христианами. Задачи миссионеров на протяжении двух тысяч лет существования этой религии могли варьироваться. Что значит «обратить в христианство»? Когда-то под этим понималось крещение всех инакомыслящих подряд, целыми деревнями – и, само собой, далеко не добровольно. Успех в этих случаях измерялся по количеству «обращенных» — чем их больше, тем успешнее миссия.

Другой вариант миссионерства – пропаганда христианских ценностей там, где до этого жизнь основывалась на других ценностях. Для этого использовали проповеди, общение с будущими единоверцами, порой имело место даже мученичество – отправившись в чужие края, верующий готов был идти со своей правдой до конца. В любом случае, с иноверцами общались, изучали их языки и культуру. Но поначалу использовали силовые методы – крестили под угрозой расправы.

С эпохой Просвещения методы миссионерской деятельности изменились: вместо насильственного навязывания своих ценностей христианские миссионеры ставили целью распространять знания, для чего во множестве строились школы, а помимо них – больницы и приюты, ведь это все повышало лояльность к чужакам, пришедшим «в чужой монастырь».

Благодаря миссионерам в Индии появились школы для девочек. 

Фома Неверующий – первый миссионер в Индии

Первым, кто принес слово Христа на полуостров Индостан, считается апостол Фома – тот самый, что был неверующим, пока не прикоснулся к ранам Спасителя после Воскресения. «Итак, идите, научите все народы» — гласило Великое поручение Христа, и апостолу Фоме достались для исполнения поручения именно эти дальние края. Церковь, основанная Святой Фомой в Индии, сейчас насчитывает около двух миллионов последователей, на месте предполагаемой гибели апостола, в городе Ченнаи (бывший Мадрас) находится базилика, где покоятся мощи святого.

Изображение апостола Фомы и собор, носящий его имя. 

Начиная с XIV века миссионерством в Индии занимались монахи некоторых католических орденов – первыми были доминиканцы, за ними прибыли францисканцы, капуцины, иезуиты. Два столетия спустя южная часть Индии была сферой влияния португальцев: те в обмен на свои услуги по защите берегов от арабских кораблей требовали переходить в католическую веру и крестили индийцев сразу деревнями. Западному миру в те времена требовалось противостоять влиятельной Османской империи, поэтому вопрос экспансии христианства на восток был как никогда актуален.

А к XVIII веку Индия была предметом интереса уже нескольких крупных европейских держав, и прежде всего – Англии, которая в христианизации населения видела основное средство укрепления колониальной власти. Миссионерство того времени связано с именем Уильяма Кэри, баптистского проповедника и ученого, который во время работы в Индии перевел Библию на несколько языков, включая бенгальский и санскрит.

Слева — Уильям Кэри, справа — дед писателя и нобелевского лауреата Германа Гессе, Герман Гундерт, миссионер в Индии. 

Обращение индийцев в христианскую религию встречало серьезные затруднения: препятствовала тому и кастовая система общества, и большое количество диалектов, и многовековые традиции и ритуалы местных верований. Не на одну лишь Индию был направлен интерес миссионеров прошлого: проповедовать новозаветные истины отправлялись и на другие континенты, включая Африку и обе Америки, а в Азии работа проповедников христианства велась еще и в Китае.

Миссионерство в современном мире

После Второй мировой войны отношение к миссионерству изменилось, оно теперь стало восприниматься как неоколониализм и вызывало противодействие. Но само явление не ушло в прошлое, оно продолжается и по сей день. Тут заключен определенный парадокс – христианские проповедники идут в страны, чья культура древнее, а религия уж точно не менее сложна и глобальна, чем та, что приносится извне.

Предполагалось, что проповедовать христианские ценности могут и новообращенные, однако специфика Индии такова, что многие из них не воспринимались источником знания в силу классовых особенностей. 

Но та же Индия, а вместе с ней и другие страны «окна 10/40», то есть расположенные между 10 и 40 градусами северной широты, считаются еще и потому перспективными в смысле миссионерства, что испытывают большие сложности в социально-экономическом смысле, проще говоря, это страны бедные, где население лишено даже самого необходимого с точки зрения западного человека. Приходя с проповедями, туда приходят и с проектами строительства больниц, с лекарствами, со школами и даже просто продуктами, потому и спрос на проповеди не снижается.

А между тем, в последние десятилетия отмечается рост агрессии против работающих в стране миссионеров, включая и нападения на христианские миссии. Да и с точки зрения авторитетных фигур индуизма, прибывающие из западного мира миссионеры часто без должного уважения относятся к местным традициям и религии, отмахиваются от сложившихся за века ритуалов и навязывают свои.

Апогеем такого неприятия чужого вмешательства стало отношение к гостям жителей Северного Сентинельского острова, территории, формально принадлежащей Индии, но никак ею не контролируемой.

Джон Аллен Чо, погибший при исполнении своего миссионерского долга. 

С племенем, живущим на острове, никогда не было и до сих пор нет никаких контактов, это чрезвычайно воинственные и одновременно крайне уязвимые люди. Любой контакт с ними может обернуться кровопролитием – аборигены активно пользуются оружием и не подпускают к берегу прибывающие лодки.

А кроме того – из-за изоляции, длившейся тысячи лет, эти люди полностью лишены защиты от инфекций современного мира, и, скорее всего, погибнут вскоре после общения с вновь прибывшими. Тем не менее, попытки высадиться на остров предпринимаются, в том числе и теми, кто преследует миссионерские цели. В 2018 году на Северный Сентинельский остров прибыл молодой американец Джон Аллен Чо, который планировал «нести весть об Иисусе этим людям». Закончилось все трагически – молодой человек был убит аборигенами при попытке высадиться на остров.

—

Доктор Эрлендур Харальдссон, заслуженный профессор психологии Исландского университета, попросил 700 врачей и медсестер рассказать о видениях, которые были у пациентов на смертном одре.

Многие люди своими словами видели умерших друзей или родственников, которые сказали, что готовы вести их в загробную жизнь. Умирающие пациенты очень обрадовались и смогли избавиться от страха смерти.

«Технически все это были галлюцинации», — сказал Харальдссон. «Мы определяем галлюцинации и видения, которые не видят другие. Таким образом, с технической точки зрения, галлюцинации. С другой точки зрения, они тоже очень реалистичны ».

Видения реалистичны, потому что они относятся к реальным людям. Видения ясны, рациональны и на удивление очень похожи. Харальдссон обследовал почти 500 неизлечимо больных пациентов в Америке и Индии, которым, по его собственным словам, попутно предложили помощь. Пациенты узнавали духов и не осознавали, что люди уже умерли.

Внутри страны Харальдссон спрашивал людей, контактировали ли они когда-нибудь с кем-то из умерших. «К моему удивлению, 31 процент людей сказали« да », — сказал он. В Европе четверть людей утверждают, что контактировали с мертвыми.

Он привел в пример женщину, которая была занята на кухне. Она думала, что кто-то прошел мимо нее, но никого не было. Внезапно она почувствовала резкий запах алкоголя. Позже в тот же день ее муж понюхал воздух и спросил, заходил ли кто-нибудь.

Позже они обнаружили, что мужчина, которого она купила дом, утонул, когда женщина пережила странный опыт. Мужчина был алкоголиком.

Харальдссон говорит, что однажды видел привидение, когда учился в Копенгагене. «Я бы хотел, чтобы было больше ученых, которые хотели бы проводить исследования. Некоторые люди не хотят обжечь пальцы, потому что думают, что это повредит их репутации. Что теперь мешает нормальному прогрессу. ”

—

Никола Тесла и Маркони подслушали послания пришельцев?

В начале ХХ века американское общество было чрезвычайно взволновано неожиданными откровениями ведущих исследователей в области радиосвязи Николы Тесла, Гульельмо Маркони, а позже и Томаса Эдисона. Они говорили о контактах с жителями Марса. Одним из самых известных изобретателей и мыслителей в истории, а также одним из наиболее непонятых, безусловно, является сербско-американский изобретатель, инженер-электрик, инженер-механик и футурист Никола Тесла…

Его вклад в науку и технику неизмерим, на протяжении всей своей жизни он разработал ряд электрических и механических устройств, его асинхронный двигатель переменного тока и связанные с ним патенты на многофазный переменный ток, первые устройства рентгеновской визуализации и множество других изобретений, которые считались чудом в его время.

Он значительно опередил свое время, а также предсказал многие технологические инновации, которые мы воспринимаем как должное сегодня, такие как смартфоны и беспроводная связь, и к моменту своей смерти в 1943 году Тесла был владельцем более тысячи патентов всех видов, в том числе на неоновые огни, системы удаленной автоматизации, искусственную молнию, энергию пучка частиц и многое другое.

Конечно, учитывая его загадочность и скрытность, многие истории о Николе Тесла балансируют на грани теорий заговора, в том числе предполагаемое участие в Филадельфийском эксперименте с использованием телепортации, изобретение вечного двигателя, создание смертоносного лучевого оружия, называемого «луч смерти» и так далее.

Одна из самых странных подобных теорий рассказывает о том, как Тесла оказался связан с предполагаемыми внеземными разумными существами.

Слухи о связях Теслы с инопланетянами в наши дни ушли очень глубоко. К примеру нередко утверждается, что пришельцы помогали Тесле с его изобретениями, а также то, что он и сам был пришельцем или был наполовину человеком, наполовину инопланетянином. Поэтому лучше обратиться к самым истокам, к тому, что говорил сам Тесла.

В статье для Collier’s Weekly в 1901 году Тесла утверждал, что в 1899 году в своей лаборатории в Колорадо-Спрингс он случайно установил радиосвязь с инопланетянами. Это была эпоха, когда и он и итальянский изобретатель Гульельмо Маркони первыми на Западе начали разрабатывать радиотехнологии, и однажды ночью Тесла начал испытывать уникальную радиоантенну, предназначенную для отслеживания гроз.

Именно тогда Тесла внезапно подключился к «каналу», по которому услышал странные звуки, которые вскоре идентифицировал как разговоры внеземных существ.

«Даже сейчас временами я могу живо вспомнить этот инцидент и вижу свой аппарат так, как если бы он действительно находился передо мной. Мои первые наблюдения определенно испугали меня, так как в них было что-то загадочное, если не сказать сверхъестественное, и я был один в своей лаборатории ночью, но в то время идея о том, что эти «помехи» являются разумно контролируемыми сигналами, еще не представлялась мне.
Однако, спустя какое-то время у меня в голове мелькнула мысль, что наблюдаемые мной «помехи» могли быть следствием чего-то разумного. Хотя я не мог расшифровать их значение, я не мог думать о них как о совершенно случайных. У меня постоянно растет ощущение, что я первым услышал приветствие от одной планеты к другой», — так говорил сам Тесла об этом случае.

Тесла предположил, что эти пришельцы, возможно, были с Марса, который в ту эпоху был главным виновником всего, что связано с инопланетянами, и после этого Тесла стал одержим дальнейшим совершенствованием своей радиотехнологии, чтобы он мог и дальше общаться с этими сущностями.
Далее со словами Теслы согласился и Маркони, признавшись, что и у него было нечто подобное:

«Во время экспериментов с беспроводным телеграфом я столкнулся с удивительным явлением. Самым поразительным является получение лично мной сигналов, которые, как я полагаю, исходят из космоса за пределами нашей планеты. Я считаю, что вполне возможно, что эти сигналы могли быть посланы жителями других планет жителям Земли. Если на Марсе есть люди, я не удивлюсь, если они найдут средства связи с этой планетой. Связь астрономии с наукой об электричестве может привести почти ко всему», — говорил Маркони.

Все эти сенсационные признания не могли не вызвать повышенный интерес публики, который быстро превратился в настоящий ажиотаж. Прочитав рассказы Теслы и Маркони, «пришельцами с Марса» заинтересовался еще один гений своей эпохи — Томас Эдисон, который считался «злейшим» конкурентом Теслы.

«Хотя я не являюсь экспертом в области беспроводного телеграфирования, я ясно вижу, что таинственные прерывания беспроводной связи, с которыми сталкиваются операторы господина Маркони, могут быть хорошим основанием для теории о том, что жители других планет пытаются нам подать сигнал.
Господин Маркони совершенно прав, заявляя, что это полностью в пределах возможного. Если мы должны принять теорию господина Маркони о том, что эти сигналы посылаются обитателями других планет, мы должны принять и теорию их высокого развития. Либо они равны нам по интеллекту, либо наши еще выше нас, наши «начальники». Было бы глупо с нашей стороны предполагать, что мы единственные имеем разум во Вселенной», — заявил Эдисон.

Вскоре после инцидента с «разговором пришельцев» Тесла начал разрабатывать новые антенные башни и совершенно новое оборудование связи. Считается, что он жаждал продолжить свой контакт с пришельцами и хотел получить от них новые послания. Он видел в этом своего рода новый рубеж для человеческой расы:

«Однажды мое ухо уловило то, что казалось регулярными сигналами. Я знал, что они не могли быть произведены на Земле. Идея Маркони общаться с другими планетами — величайшая и самая захватывающая проблема, стоящая сегодня перед человеческим воображением. Чтобы добиться успеха, необходимо организовать группу компетентных ученых, которые изучат все возможные планы и приведут в восторг самое лучшее. Этим вопросом, вероятно, должны руководить астрономы при достаточной поддержке людей с деньгами и воображением.
Если предположить, что на Марсе есть разумные существа, успех вполне возможен. Безусловно, одни планеты не обитаемы, а другие населены, и среди них должна существовать жизнь во всех условиях и на всех этапах развития. Лично я основываю свою веру на слабых планетарных электрических возмущениях, которые я обнаружил летом 1899 года и которые, согласно моим исследованиям, не могли быть вызваны Солнцем, Луной или Венерой.
Дальнейшее изучение науки убедило меня в том, что они, должно быть, исходили с Марса. Все сомнения на этот счет скоро развеются. Я наблюдал электрические действия, которые казались необъяснимыми. Какими бы слабыми и неуверенными они ни были, они внушили мне глубокое убеждение и предвидение, что скоро все люди на этом земном шаре, как один, обратят свои взоры на небесный небосвод, с чувствами любви и почтения, взволнованные радостью», — с воодушевлением рассказывал Тесла.

Однако потом произошло что-то неизвестное, из-за чего Тесла резко отказался от этих экспериментов. Вкупе с тем, что после смерти Теслы ФБР конфисковала большую часть его записей и личных дневников, все это выглядит очень странно и загадочно.

—

 

В романе Курта Воннегута «Бойня № 5 или крестовый поход детей» главного героя по имени Билли Пилигрим похищают инопланетяне. Пришельцы с планеты Тральфамадор открывают Билли тайну о путешествиях во времени и позволяют ему почувствовать себя одним из них, подарив Пилигриму возможность перемещаться в разные временные отрезки собственной жизни.

Примечательно и то, что для Тральфамадорцев не существует смерти, так как смерть — это лишь отрезок во времени, в который можно заглянуть в любой момент. Похожая идея прослеживается и в фильме «Прибытие» 2016 года. Но если отвлечься от научно-фантастических произведений и подумать об окружающей нас Вселенной, то как узнать, можно ли на самом деле путешествовать во времени?

Не исключено, что когда ученые откроют новую, революционную теорию всего, она поможет понять как путешествовать во времени

В 1915 году Альберту Эйнштейну удалось более или менее объяснить наш мир. До сих пор общая теория относительности (ОТО) остается лучшим описанием гравитации в современной физике. Предсказания теории были подтверждены многочисленными наблюдениями и экспериментами, проведенными как в прошлом веке, так и в нынешнем. ОТО предсказала обнаружение сверхмассивных черных дыр и гравитационных волн. Таким образом, мы снова и снова произносим: «Эйнштейн был прав».

Однако сегодня исследователи находятся в поиске новой теории, способной объяснить причины, по которым Вселенная расширяется с ускорением. А ведь согласно ОТО, наша Вселенная не должна расширяться все быстрее и быстрее. Ученые полагают, что за ускорение расширения Вселенной ответственна загадочная темная энергия — невидимая субстанция и движущая сила Вселенной. Но есть и другие несоответствия: недавно исследователи обнаружили черную дыру в нашей галактике, которая, если верить ОТО и нашим знаниям об эволюции звезд, не должна существовать. Выходит, нам нужна новая фундаментальная теория всего, которая будет согласовываться как с ОТО, так и с квантовой теорией.

Гений Альберта Эйнштейна

Исаак Ньютон размышлял о фундаментальных силах Вселенной еще задолго до рождения Альберта Эйнштейна. Его мысли о нашем месте во Вселенной как нельзя лучше описывает Шекспир: «Весь мир театр, а люди в нем актеры». Ньютон полагал, что все объекты во Вселенной это актеры на сцене: Солнце, кометы, собака и даже яблоко. И сама сцена была пространством и временем, двумя вещами, которые абсолютны, и ничто не может на них повлиять. Стрелка часов движется с постоянной скоростью, независимо от того, где они находятся, полагал Ньютон. Эти мысли положили начало классической механике, которая могла объяснить почти все. Однако слово «почти» неприемлемо, если мы пытаемся объяснить, как работает вся Вселенная, а не только ее часть.

Спустя примерно двести лет Альберт Эйнштейн предположил, что пространство и время могут сочетаться со всеми объектами во Вселенной. То, что Ньютон считал абсолютным Эйнштейн сделал частью спектакля. Согласно ОТО, три измерения пространства и одно измерение времени объединены в одно четырехмерное пространство-время. И пространство не является неприкосновенным: существуют массивные объекты, которые могут влиять на форму самого пространства, а также на течение времени. Но и это еще не все: Эйнштейн утверждал, что время индивидуально. Теоретически, это допускает `возможность особых «путей» в пространстве-времени, способных отклоняться в прошлое — это своего рода замкнутые кривые, по которым можно вернуться назад к более раннему моменту во времени. Таким образом, теория Эйнштейна позволяет путешествовать в прошлое. Но не в будущее.

Один из самых талантливых философов и математиков 20-го века Курт Гедель считал, что по замкнутым времениподобным кривым частица может добраться до точки в собственном прошлом. Однако для того, чтобы предположение Геделя работало, наша Вселенная должна вращаться, а ее размер должен оставаться неизменным. Но мы с вами прекрасно знаем, что Вселенная расширяется с ускорением. После Геделя другие ученые создавали теории, которые соотносились с концепцией Эйнштейна. Но даже если замкнутые времениподобные кривые существуют, чтобы их пройти, необходимо достигнуть скорости, превышающей 220 тысяч километров в секунду.

Однако несогласованность ОТО с фактом ускоряющегося расширения Вселенной и существования замкнутых времениподобных кривых — это лишь вершина айсберга, когда речь заходит о путешествиях во времени, ведь перед нами стоит гораздо более серьезная проблема: теория Эйнштейна никоим образом не соотносится с квантовой физикой. И это самая большая проблема в современной физике. Нам действительно нужна другая теория для описания Вселенной. Теория, которая будет учитывать квантовую природу материи.

Одной из попыток объяснить Вселенную расставив все точки над И является теория струн. Шелдон Купер из «Теории Большого Взрыва», как известно, трудился именно над ней. Однако теория струн также не лишена проблем: чтобы она оказалась правильной, необходимо существование шести дополнительных измерений пространства. Наряду с теорией струн существуют теория петлевой квантовой гравитации, теория причинных множеств и многие другие. Тем не менее, несмотря на то, что, ни одна из них на сегодняшний день не в состоянии полностью объяснить все происходящее во Вселенной, ученые не торопятся списывать их со счетов. По крайней мере, размышляя о путешествиях во времени.

Асинхронные двигатели переменного тока

| Как работают электродвигатели переменного тока Асинхронные электродвигатели переменного тока

| Как работают двигатели переменного тока — объясните это Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 28 июня 2021 г.

Вы знаете, как работают электродвигатели? Ответ, наверное, да и нет! Хотя многие из нас узнали, как базовые моторные работы, из простых научных книг и веб-страниц, таких как эта, многие из моторы, которые мы используем каждый день — от заводских машин до электропоезда — вообще-то так не работают.Какие книги рассказывают нам о простых двигателях постоянного тока (DC), которые имеют петля из проволоки, вращающаяся между полюсами постоянного магнита; в реальной жизни, в большинстве двигателей большой мощности используется переменный ток (AC) и работают совершенно по-другому: это то, что мы называем индукцией двигатели, и они очень изобретательно используют вращающееся магнитное поле. Давайте посмотрим внимательнее!

Фотография: Обычный асинхронный двигатель переменного тока со снятыми корпусом и ротором, демонстрирующий медные обмотки катушек, составляющих статор (статическая, неподвижная часть двигателя).Эти катушки предназначены для создания вращающегося магнитного поля, которое вращает ротор (подвижную часть двигателя) в пространстве между ними. Фото Дэвида Парсонса любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL.

Как работает обычный двигатель постоянного тока?

Простые двигатели, которые вы видите в научных книгах, основаны на кусок проволоки, согнутый в прямоугольную петлю, которая подвешена между полюса магнита. (Физики назвали бы это проводник с током сидит в магнитном поле.) Когда вы подключаете такой провод к батарее, через него течет постоянный ток (DC), создавая вокруг него временное магнитное поле. Это временное поле отталкивает исходное поле от постоянного магнита, в результате чего провод перевернуть. Обычно провод останавливался в этой точке, а затем снова переворачивался, но если мы воспользуемся оригинальным вращающимся соединением называется коммутатором, мы можем сделать обратный ток каждый раз, когда проволока переворачивается, и это означает, что проволока будет продолжать вращаться в в том же направлении, пока течет ток.Это суть простого электродвигателя постоянного тока, задуманного в 1820-е годы Майкла Фарадея и превратился в практическое изобретение о десять лет спустя Уильям Стерджен. (Более подробную информацию вы найдете в нашей вводной статье об электродвигателях.)

Иллюстрации: Электродвигатель постоянного тока основан на проволочной петле, вращающейся внутри фиксированного магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом. Коммутатор (разрезное кольцо) и щетки (угольные контакты к коммутатору) меняют направление электрического тока каждый раз, когда провод перекручивается, что позволяет ему вращаться в одном и том же направлении.

Прежде чем мы перейдем к двигателям переменного тока, давайте быстро резюмируйте, что здесь происходит. В двигателе постоянного тока магнит (и его магнитное поле) фиксируется на месте и образует внешнюю статическую часть двигатель (статор), а катушка с проводом, несущая электрический ток формирует вращающуюся часть двигателя (ротор). Магнитное поле исходит от статора, который представляет собой постоянный магнит, пока вы подаете электроэнергию на катушку, которая составляет ротор. Взаимодействие между постоянными магнитами поле статора и временное магнитное поле, создаваемое ротором, равно что заставляет мотор крутиться.

Рекламные ссылки

Как работает двигатель переменного тока?

В отличие от игрушек и фонариков, большинство домов, офисов, фабрики и другие здания не питаются от маленьких батареек: они питаются не постоянным током, а переменным током (AC), который меняет направление примерно 50 раз в секунду. (с частотой 50 Гц). Если вы хотите запустить двигатель от домашней электросети переменного тока, вместо батареи постоянного тока нужна другая конструкция двигателя.

В двигателе переменного тока есть кольцо электромагнитов расположены снаружи (составляя статор), которые предназначены для создания вращающегося магнитного поля.Внутри статора находится цельная металлическая ось, проволочная петля, катушка, беличья клетка из металлических стержней и межсоединений (например, вращающиеся клетки, которым иногда удается развлечь мышей), или другая свободно вращающаяся металлическая деталь, которая может проводить электричество. В отличие от двигателя постоянного тока, где вы посылаете энергию во внутренний ротор, в двигателе переменного тока вы посылаете мощность на внешние катушки, которые составляют статор. Катушки запитываются попарно, последовательно, создает магнитное поле, вращающееся вокруг двигателя.

Фото: Статор создает магнитное поле с помощью туго намотанных катушек из медной проволоки, которые известны как обмотки. Когда электродвигатель изнашивается или перегорает, можно заменить его другим электродвигателем. Иногда проще заменить обмотки двигателя новым проводом — это умелая работа, называемая перемоткой, что и происходит здесь. Фото Сета Скарлетта любезно предоставлено ВМС США.

Как это вращающееся поле заставляет двигатель двигаться? Помните, что ротор, подвешенный внутри магнитное поле, является электрическим проводником.Магнитное поле постоянно меняется (потому что оно вращается), поэтому согласно законам электромагнетизма (точнее, закону Фарадея), магнитное поле создает (или индуцирует, если использовать термин Фарадея) электрический ток внутри ротора. Если проводник представляет собой кольцо или провод, ток течет вокруг него по петле. Если проводник представляет собой просто цельный кусок металла, вместо этого вокруг него циркулируют вихревые токи. В любом случае индуцированный ток производит собственное магнитное поле и, согласно другому закону электромагнетизма (Закон Ленца) пытается остановить то, что вызывает это — вращающееся магнитное поле — также вращаясь.(Вы можете думать о роторе отчаянно пытается «догнать» вращающееся магнитное поле, пытаясь устранить разница в движении между ними.) Электромагнитная индукция — это ключ к тому, почему такой двигатель вращается, и поэтому он называется асинхронным.

Фотография: эффективный асинхронный двигатель переменного тока. Фото Аль-Пуэнте любезно предоставлено NREL.

Как работает асинхронный двигатель переменного тока?

Вот небольшая анимация, чтобы подвести итог и, надеюсь, прояснить все:

1. Две пары катушек электромагнита, показанные здесь красным и синим цветом, поочередно получают питание от источника переменного тока (не показан, но подводится к выводам справа).Две красные катушки соединены последовательно и запитаны вместе, а две синие катушки катушки подключаются таким же образом. Поскольку это переменный ток, ток в каждой катушке не включается и не выключается внезапно (как предполагает эта анимация), а плавно повышается и падает в форме синусоидальной волны: когда красные катушки наиболее активны, синие катушки полностью неактивны, и наоборот. Другими словами, их токи не совпадают (не совпадают по фазе на 90 °).
2. Когда катушки находятся под напряжением, магнитное поле, которое они создают между ними, индуцирует электрический ток в роторе.Этот ток создает собственное магнитное поле, которое пытается противодействовать тому, что его вызвало (магнитное поле от внешних катушек). Взаимодействие между двумя полями заставляет ротор вращаться.
3. Когда магнитное поле чередуется между красной и синей катушками, оно эффективно вращается вокруг двигателя. Вращающееся магнитное поле заставляет ротор вращаться в одном направлении и (теоретически) почти с одинаковой скоростью.

Асинхронные двигатели на практике

Что контролирует скорость двигателя переменного тока?

Фотография: Двигатель с регулируемой частотой.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено NREL.

В синхронных двигателях переменного тока ротор вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле; в асинхронном двигателе ротор всегда вращается с меньшей скоростью, чем поле, что делает его примером так называемого асинхронного двигателя переменного тока. Теоретическая скорость ротора в асинхронном двигателе зависит от частоты источника переменного тока и количества катушек, составляющих статор, и без нагрузки на двигатель приближается к скорости вращающегося магнитного поля.На практике нагрузка на двигатель (независимо от того, чем он управляет) также играет роль, замедляя ротор. Чем больше нагрузка, тем больше «пробуксовка» между скоростью вращающегося магнитного поля и фактической скоростью ротора. Чтобы контролировать скорость двигателя переменного тока (чтобы он работал быстрее или медленнее), вы должны увеличивать или уменьшать частоту источника переменного тока, используя так называемый частотно-регулируемый привод. Поэтому, когда вы регулируете скорость чего-то вроде заводской машины, питаемой от асинхронного двигателя переменного тока, вы на самом деле управляете схемой, которая изменяет частоту тока, приводящего в движение двигатель, вверх или вниз.

Что такое «фаза» двигателя переменного тока?

Нам не обязательно приводить в движение ротор с четырьмя катушками (двумя противоположными парами), как показано здесь. Можно построить асинхронные двигатели с любым другим расположением катушек. Чем больше у вас катушек, тем плавнее будет работать мотор. Количество отдельных электрических токов, возбуждающих питание катушек независимо, не в такте, известно как фаза двигателя, поэтому конструкция, показанная выше, представляет собой двухфазный двигатель (с двумя токами, питающими четыре катушки, которые работают не в шаге в двух парах. ).В трехфазном двигателе мы могли бы иметь три катушки, расположенные вокруг статора в виде треугольника, шесть равномерно расположенных катушек (три пары) или даже 12 катушек (три набора по четыре катушки) с одной, двумя или четырьмя катушками. включается и выключается одновременно тремя отдельными противофазными токами.

Анимация: Трехфазный двигатель, питаемый тремя токами (обозначенными красным, зеленым и синие пары катушек), сдвиг по фазе на 120 °.

Преимущества и недостатки асинхронных двигателей

Преимущества

Самым большим преимуществом асинхронных двигателей переменного тока является их простота.У них есть только одна движущаяся часть, ротор, что делает их недорогими, тихими, долговечными и относительно безотказными. ОКРУГ КОЛУМБИЯ двигатели, напротив, имеют коллектор и угольные щетки, которые изнашиваются. выходят и нуждаются в замене время от времени. Трение между щетками и Коммутатор также делает двигатели постоянного тока относительно шумными (а иногда даже довольно вонючими).

Иллюстрации: Электродвигатели чрезвычайно эффективны, обычно преобразуют около 85 процентов поступающей электроэнергии в полезную исходящую механическую работу.Даже в этом случае довольно много энергии теряется в виде тепла внутри обмоток, поэтому двигатели могут сильно нагреваться. Большинство двигателей переменного тока промышленной мощности имеют встроенные системы охлаждения. Внутри корпуса находится вентилятор, прикрепленный к валу ротора (на противоположном конце оси, который приводит в движение любую машину, к которой прикреплен двигатель), показанный здесь красным. Вентилятор всасывает воздух в двигатель, обдувая его снаружи корпуса, минуя ребра вентиляции. Если вы когда-нибудь задумывались, почему электродвигатели имеют эти выступы снаружи (как вы можете видеть на верхнем фото на этой странице), причина в том, что они охлаждают двигатель.

Недостатки

Поскольку скорость асинхронного двигателя зависит от частоты переменного тока, приводящего его в действие, он вращается со скоростью постоянная скорость, если вы не используете частотно-регулируемый привод; Скорость двигателей постоянного тока намного легче контролировать, просто повышая или понижая напряжение питания. Хотя асинхронные двигатели относительно просты, они могут быть довольно тяжелыми и громоздкими из-за их катушечной обмотки. В отличие от двигателей постоянного тока, они не могут работать от батарей или любого другого источника постоянного тока (например, солнечных батарей) без использования инвертора (устройства, которое преобразует постоянный ток в переменный).Это потому, что им нужно изменяющееся магнитное поле, чтобы вращать ротор.

Кто изобрел асинхронный двигатель?

Изображение: оригинальный дизайн Николы Теслы для асинхронного двигателя переменного тока. Он работает точно так же, как и на анимации выше, с двумя синими и двумя красными катушками, поочередно запитываемыми от генератора справа. Это произведение взято из оригинального патента Tesla, депонированного в Бюро патентов и товарных знаков США, с которым вы можете ознакомиться в приведенных ниже ссылках.

Никола Тесла (1856–1943) был физиком. и плодовитый изобретатель, чей огромный вклад в науку и технику никогда не были полностью признаны. После того, как он приехал в Соединенные Штаты в возрасте 28 лет, он начал работал на известного пионера электротехники Томаса Эдисона. Но двое мужчин поссорились катастрофически и вскоре стали непримиримыми соперниками. Тесла твердо верил что переменный ток (AC) намного превосходил постоянный ток (DC), в то время как Эдисон думал обратное. Со своим партнером Джорджем Westinghouse, Тесла отстаивал AC, в то время как Эдисон был полон решимости управлять миром на DC и придумал всевозможные рекламные трюки, чтобы доказать, что кондиционер слишком опасен для широкого использования (изобретение электрического стула, чтобы доказать, что переменный ток может быть смертельным, и даже ударил током слона Топси с помощью переменного тока, чтобы показать, насколько это было смертельно опасно и жестоко).Битва между этими двумя очень разные взгляды на электроэнергию иногда называют Войной течений.

Несмотря на лучшие (или худшие) усилия Эдисона, Tesla победила, и теперь электричество переменного тока питает большую часть мира. Во многом именно поэтому многие электродвигатели, которые приводить в действие бытовую технику в наших домах, фабриках и офисах переменного тока асинхронные двигатели, работающие от вращающихся магнитных полей, которые Никола Тесла сконструировал в 1880-х годах (его патент, проиллюстрированный здесь, был выдан в мае 1888 года).Итальянский физик по имени Галилео Феррарис независимо друг от друга придумал ту же идею примерно в то же время, но история обошлась с ним еще более жестоко, чем Тесла и его имя теперь почти забыты.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

Для читателей постарше

Для младших читателей

• Электроэнергия для молодых производителей: забавные и легкие проекты «Сделай сам» Марка де Винка.Maker Media / O’Reilly, 2017. Отличное практическое введение в электричество, включая несколько занятий, связанных с созданием электродвигателей с нуля. Возраст 9–12 лет.
• Эксперименты с электродвигателем Эда Соби. Enslow, 2011. Это отличное общее введение в электродвигатели с большим количеством более широкого научного и технологического контекста. Однако по очевидным практическим соображениям и соображениям безопасности он ориентирован только на проекты с двигателями постоянного тока и лучше всего подходит для детей в возрасте от 11 до 14 лет.
• Сила и энергия Криса Вудфорда.Факты в файле, 2004. Одна из моих книг, рассказывающих об усилиях человека по использованию энергии с древних времен до наших дней. Возраст 10+.
• Никола Тесла: Разработчик электроэнергии Крис Вудфорд, в «Изобретатели и изобретения», том 5. Нью-Йорк: Маршалл Кавендиш, 2008. Краткую биографию Теслы я написал несколько лет назад. На момент написания все, кажется, было доступно в Интернете по этой ссылке Google Книги. Возраст 9–12 лет.

Патенты

Патенты

предлагают более глубокие технические детали и собственные идеи изобретателя о своей работе.Вот очень небольшая подборка многих патентов США, касающихся асинхронных двигателей.

• Патент США 381 968: Электромагнитный двигатель Николы Тесла, 1 мая 1888 г. Оригинальный патент на асинхронный двигатель переменного тока.
• Патент США 2,959,721: Многофазные асинхронные двигатели Томаса Бартона и др., Lancashire Dynamo & Crypto Ltd, 8 ноября 1960 г. Асинхронный двигатель с улучшенным контролем скорости.
• Патент США 4311932: Жидкостное охлаждение для асинхронных двигателей, Рэймонд Н. Олсон, Sundstrand Corporation, 19 января 1982 г.Эффективный метод жидкостного охлаждения двигателя без чрезмерного сопротивления жидкости вращающимся компонентам.
• Патент США 5,751,082: Асинхронный двигатель с высоким пусковым моментом. Автор: Умеш К. Гупта, Vickers, Inc., 12 мая 1998 г. Современный двигатель с высоким начальным крутящим моментом.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Медиа-запросы?

Вы журналист, у вас есть вопрос для СМИ или просьба об интервью? Вы можете связаться со мной для получения помощи здесь.

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис.(2012/2020) Асинхронные двигатели. Получено с https://www.explainthatstuff.com/induction-motors.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Асинхронные двигатели переменного тока

| Как работают электродвигатели переменного тока Асинхронные электродвигатели переменного тока

| Как работают двигатели переменного тока — объясните это Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 28 июня 2021 г.

Вы знаете, как работают электродвигатели? Ответ, наверное, да и нет! Хотя многие из нас узнали, как базовые моторные работы, из простых научных книг и веб-страниц, таких как эта, многие из моторы, которые мы используем каждый день — от заводских машин до электропоезда — вообще-то так не работают.Какие книги рассказывают нам о простых двигателях постоянного тока (DC), которые имеют петля из проволоки, вращающаяся между полюсами постоянного магнита; в реальной жизни, в большинстве двигателей большой мощности используется переменный ток (AC) и работают совершенно по-другому: это то, что мы называем индукцией двигатели, и они очень изобретательно используют вращающееся магнитное поле. Давайте посмотрим внимательнее!

Фотография: Обычный асинхронный двигатель переменного тока со снятыми корпусом и ротором, демонстрирующий медные обмотки катушек, составляющих статор (статическая, неподвижная часть двигателя).Эти катушки предназначены для создания вращающегося магнитного поля, которое вращает ротор (подвижную часть двигателя) в пространстве между ними. Фото Дэвида Парсонса любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL.

Как работает обычный двигатель постоянного тока?

Простые двигатели, которые вы видите в научных книгах, основаны на кусок проволоки, согнутый в прямоугольную петлю, которая подвешена между полюса магнита. (Физики назвали бы это проводник с током сидит в магнитном поле.) Когда вы подключаете такой провод к батарее, через него течет постоянный ток (DC), создавая вокруг него временное магнитное поле. Это временное поле отталкивает исходное поле от постоянного магнита, в результате чего провод перевернуть. Обычно провод останавливался в этой точке, а затем снова переворачивался, но если мы воспользуемся оригинальным вращающимся соединением называется коммутатором, мы можем сделать обратный ток каждый раз, когда проволока переворачивается, и это означает, что проволока будет продолжать вращаться в в том же направлении, пока течет ток.Это суть простого электродвигателя постоянного тока, задуманного в 1820-е годы Майкла Фарадея и превратился в практическое изобретение о десять лет спустя Уильям Стерджен. (Более подробную информацию вы найдете в нашей вводной статье об электродвигателях.)

Иллюстрации: Электродвигатель постоянного тока основан на проволочной петле, вращающейся внутри фиксированного магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом. Коммутатор (разрезное кольцо) и щетки (угольные контакты к коммутатору) меняют направление электрического тока каждый раз, когда провод перекручивается, что позволяет ему вращаться в одном и том же направлении.

Прежде чем мы перейдем к двигателям переменного тока, давайте быстро резюмируйте, что здесь происходит. В двигателе постоянного тока магнит (и его магнитное поле) фиксируется на месте и образует внешнюю статическую часть двигатель (статор), а катушка с проводом, несущая электрический ток формирует вращающуюся часть двигателя (ротор). Магнитное поле исходит от статора, который представляет собой постоянный магнит, пока вы подаете электроэнергию на катушку, которая составляет ротор. Взаимодействие между постоянными магнитами поле статора и временное магнитное поле, создаваемое ротором, равно что заставляет мотор крутиться.

Рекламные ссылки

Как работает двигатель переменного тока?

В отличие от игрушек и фонариков, большинство домов, офисов, фабрики и другие здания не питаются от маленьких батареек: они питаются не постоянным током, а переменным током (AC), который меняет направление примерно 50 раз в секунду. (с частотой 50 Гц). Если вы хотите запустить двигатель от домашней электросети переменного тока, вместо батареи постоянного тока нужна другая конструкция двигателя.

В двигателе переменного тока есть кольцо электромагнитов расположены снаружи (составляя статор), которые предназначены для создания вращающегося магнитного поля.Внутри статора находится цельная металлическая ось, проволочная петля, катушка, беличья клетка из металлических стержней и межсоединений (например, вращающиеся клетки, которым иногда удается развлечь мышей), или другая свободно вращающаяся металлическая деталь, которая может проводить электричество. В отличие от двигателя постоянного тока, где вы посылаете энергию во внутренний ротор, в двигателе переменного тока вы посылаете мощность на внешние катушки, которые составляют статор. Катушки запитываются попарно, последовательно, создает магнитное поле, вращающееся вокруг двигателя.

Фото: Статор создает магнитное поле с помощью туго намотанных катушек из медной проволоки, которые известны как обмотки. Когда электродвигатель изнашивается или перегорает, можно заменить его другим электродвигателем. Иногда проще заменить обмотки двигателя новым проводом — это умелая работа, называемая перемоткой, что и происходит здесь. Фото Сета Скарлетта любезно предоставлено ВМС США.

Как это вращающееся поле заставляет двигатель двигаться? Помните, что ротор, подвешенный внутри магнитное поле, является электрическим проводником.Магнитное поле постоянно меняется (потому что оно вращается), поэтому согласно законам электромагнетизма (точнее, закону Фарадея), магнитное поле создает (или индуцирует, если использовать термин Фарадея) электрический ток внутри ротора. Если проводник представляет собой кольцо или провод, ток течет вокруг него по петле. Если проводник представляет собой просто цельный кусок металла, вместо этого вокруг него циркулируют вихревые токи. В любом случае индуцированный ток производит собственное магнитное поле и, согласно другому закону электромагнетизма (Закон Ленца) пытается остановить то, что вызывает это — вращающееся магнитное поле — также вращаясь.(Вы можете думать о роторе отчаянно пытается «догнать» вращающееся магнитное поле, пытаясь устранить разница в движении между ними.) Электромагнитная индукция — это ключ к тому, почему такой двигатель вращается, и поэтому он называется асинхронным.

Фотография: эффективный асинхронный двигатель переменного тока. Фото Аль-Пуэнте любезно предоставлено NREL.

Как работает асинхронный двигатель переменного тока?

Вот небольшая анимация, чтобы подвести итог и, надеюсь, прояснить все:

1. Две пары катушек электромагнита, показанные здесь красным и синим цветом, поочередно получают питание от источника переменного тока (не показан, но подводится к выводам справа).Две красные катушки соединены последовательно и запитаны вместе, а две синие катушки катушки подключаются таким же образом. Поскольку это переменный ток, ток в каждой катушке не включается и не выключается внезапно (как предполагает эта анимация), а плавно повышается и падает в форме синусоидальной волны: когда красные катушки наиболее активны, синие катушки полностью неактивны, и наоборот. Другими словами, их токи не совпадают (не совпадают по фазе на 90 °).
2. Когда катушки находятся под напряжением, магнитное поле, которое они создают между ними, индуцирует электрический ток в роторе.Этот ток создает собственное магнитное поле, которое пытается противодействовать тому, что его вызвало (магнитное поле от внешних катушек). Взаимодействие между двумя полями заставляет ротор вращаться.
3. Когда магнитное поле чередуется между красной и синей катушками, оно эффективно вращается вокруг двигателя. Вращающееся магнитное поле заставляет ротор вращаться в одном направлении и (теоретически) почти с одинаковой скоростью.

Асинхронные двигатели на практике

Что контролирует скорость двигателя переменного тока?

Фотография: Двигатель с регулируемой частотой.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено NREL.

В синхронных двигателях переменного тока ротор вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле; в асинхронном двигателе ротор всегда вращается с меньшей скоростью, чем поле, что делает его примером так называемого асинхронного двигателя переменного тока. Теоретическая скорость ротора в асинхронном двигателе зависит от частоты источника переменного тока и количества катушек, составляющих статор, и без нагрузки на двигатель приближается к скорости вращающегося магнитного поля.На практике нагрузка на двигатель (независимо от того, чем он управляет) также играет роль, замедляя ротор. Чем больше нагрузка, тем больше «пробуксовка» между скоростью вращающегося магнитного поля и фактической скоростью ротора. Чтобы контролировать скорость двигателя переменного тока (чтобы он работал быстрее или медленнее), вы должны увеличивать или уменьшать частоту источника переменного тока, используя так называемый частотно-регулируемый привод. Поэтому, когда вы регулируете скорость чего-то вроде заводской машины, питаемой от асинхронного двигателя переменного тока, вы на самом деле управляете схемой, которая изменяет частоту тока, приводящего в движение двигатель, вверх или вниз.

Что такое «фаза» двигателя переменного тока?

Нам не обязательно приводить в движение ротор с четырьмя катушками (двумя противоположными парами), как показано здесь. Можно построить асинхронные двигатели с любым другим расположением катушек. Чем больше у вас катушек, тем плавнее будет работать мотор. Количество отдельных электрических токов, возбуждающих питание катушек независимо, не в такте, известно как фаза двигателя, поэтому конструкция, показанная выше, представляет собой двухфазный двигатель (с двумя токами, питающими четыре катушки, которые работают не в шаге в двух парах. ).В трехфазном двигателе мы могли бы иметь три катушки, расположенные вокруг статора в виде треугольника, шесть равномерно расположенных катушек (три пары) или даже 12 катушек (три набора по четыре катушки) с одной, двумя или четырьмя катушками. включается и выключается одновременно тремя отдельными противофазными токами.

Анимация: Трехфазный двигатель, питаемый тремя токами (обозначенными красным, зеленым и синие пары катушек), сдвиг по фазе на 120 °.

Преимущества и недостатки асинхронных двигателей

Преимущества

Самым большим преимуществом асинхронных двигателей переменного тока является их простота.У них есть только одна движущаяся часть, ротор, что делает их недорогими, тихими, долговечными и относительно безотказными. ОКРУГ КОЛУМБИЯ двигатели, напротив, имеют коллектор и угольные щетки, которые изнашиваются. выходят и нуждаются в замене время от времени. Трение между щетками и Коммутатор также делает двигатели постоянного тока относительно шумными (а иногда даже довольно вонючими).

Иллюстрации: Электродвигатели чрезвычайно эффективны, обычно преобразуют около 85 процентов поступающей электроэнергии в полезную исходящую механическую работу.Даже в этом случае довольно много энергии теряется в виде тепла внутри обмоток, поэтому двигатели могут сильно нагреваться. Большинство двигателей переменного тока промышленной мощности имеют встроенные системы охлаждения. Внутри корпуса находится вентилятор, прикрепленный к валу ротора (на противоположном конце оси, который приводит в движение любую машину, к которой прикреплен двигатель), показанный здесь красным. Вентилятор всасывает воздух в двигатель, обдувая его снаружи корпуса, минуя ребра вентиляции. Если вы когда-нибудь задумывались, почему электродвигатели имеют эти выступы снаружи (как вы можете видеть на верхнем фото на этой странице), причина в том, что они охлаждают двигатель.

Недостатки

Поскольку скорость асинхронного двигателя зависит от частоты переменного тока, приводящего его в действие, он вращается со скоростью постоянная скорость, если вы не используете частотно-регулируемый привод; Скорость двигателей постоянного тока намного легче контролировать, просто повышая или понижая напряжение питания. Хотя асинхронные двигатели относительно просты, они могут быть довольно тяжелыми и громоздкими из-за их катушечной обмотки. В отличие от двигателей постоянного тока, они не могут работать от батарей или любого другого источника постоянного тока (например, солнечных батарей) без использования инвертора (устройства, которое преобразует постоянный ток в переменный).Это потому, что им нужно изменяющееся магнитное поле, чтобы вращать ротор.

Кто изобрел асинхронный двигатель?

Изображение: оригинальный дизайн Николы Теслы для асинхронного двигателя переменного тока. Он работает точно так же, как и на анимации выше, с двумя синими и двумя красными катушками, поочередно запитываемыми от генератора справа. Это произведение взято из оригинального патента Tesla, депонированного в Бюро патентов и товарных знаков США, с которым вы можете ознакомиться в приведенных ниже ссылках.

Никола Тесла (1856–1943) был физиком. и плодовитый изобретатель, чей огромный вклад в науку и технику никогда не были полностью признаны. После того, как он приехал в Соединенные Штаты в возрасте 28 лет, он начал работал на известного пионера электротехники Томаса Эдисона. Но двое мужчин поссорились катастрофически и вскоре стали непримиримыми соперниками. Тесла твердо верил что переменный ток (AC) намного превосходил постоянный ток (DC), в то время как Эдисон думал обратное. Со своим партнером Джорджем Westinghouse, Тесла отстаивал AC, в то время как Эдисон был полон решимости управлять миром на DC и придумал всевозможные рекламные трюки, чтобы доказать, что кондиционер слишком опасен для широкого использования (изобретение электрического стула, чтобы доказать, что переменный ток может быть смертельным, и даже ударил током слона Топси с помощью переменного тока, чтобы показать, насколько это было смертельно опасно и жестоко).Битва между этими двумя очень разные взгляды на электроэнергию иногда называют Войной течений.

Несмотря на лучшие (или худшие) усилия Эдисона, Tesla победила, и теперь электричество переменного тока питает большую часть мира. Во многом именно поэтому многие электродвигатели, которые приводить в действие бытовую технику в наших домах, фабриках и офисах переменного тока асинхронные двигатели, работающие от вращающихся магнитных полей, которые Никола Тесла сконструировал в 1880-х годах (его патент, проиллюстрированный здесь, был выдан в мае 1888 года).Итальянский физик по имени Галилео Феррарис независимо друг от друга придумал ту же идею примерно в то же время, но история обошлась с ним еще более жестоко, чем Тесла и его имя теперь почти забыты.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

Для читателей постарше

Для младших читателей

• Электроэнергия для молодых производителей: забавные и легкие проекты «Сделай сам» Марка де Винка.Maker Media / O’Reilly, 2017. Отличное практическое введение в электричество, включая несколько занятий, связанных с созданием электродвигателей с нуля. Возраст 9–12 лет.
• Эксперименты с электродвигателем Эда Соби. Enslow, 2011. Это отличное общее введение в электродвигатели с большим количеством более широкого научного и технологического контекста. Однако по очевидным практическим соображениям и соображениям безопасности он ориентирован только на проекты с двигателями постоянного тока и лучше всего подходит для детей в возрасте от 11 до 14 лет.
• Сила и энергия Криса Вудфорда.Факты в файле, 2004. Одна из моих книг, рассказывающих об усилиях человека по использованию энергии с древних времен до наших дней. Возраст 10+.
• Никола Тесла: Разработчик электроэнергии Крис Вудфорд, в «Изобретатели и изобретения», том 5. Нью-Йорк: Маршалл Кавендиш, 2008. Краткую биографию Теслы я написал несколько лет назад. На момент написания все, кажется, было доступно в Интернете по этой ссылке Google Книги. Возраст 9–12 лет.

Патенты

Патенты

предлагают более глубокие технические детали и собственные идеи изобретателя о своей работе.Вот очень небольшая подборка многих патентов США, касающихся асинхронных двигателей.

• Патент США 381 968: Электромагнитный двигатель Николы Тесла, 1 мая 1888 г. Оригинальный патент на асинхронный двигатель переменного тока.
• Патент США 2,959,721: Многофазные асинхронные двигатели Томаса Бартона и др., Lancashire Dynamo & Crypto Ltd, 8 ноября 1960 г. Асинхронный двигатель с улучшенным контролем скорости.
• Патент США 4311932: Жидкостное охлаждение для асинхронных двигателей, Рэймонд Н. Олсон, Sundstrand Corporation, 19 января 1982 г.Эффективный метод жидкостного охлаждения двигателя без чрезмерного сопротивления жидкости вращающимся компонентам.
• Патент США 5,751,082: Асинхронный двигатель с высоким пусковым моментом. Автор: Умеш К. Гупта, Vickers, Inc., 12 мая 1998 г. Современный двигатель с высоким начальным крутящим моментом.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Медиа-запросы?

Вы журналист, у вас есть вопрос для СМИ или просьба об интервью? Вы можете связаться со мной для получения помощи здесь.

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис.(2012/2020) Асинхронные двигатели. Получено с https://www.explainthatstuff.com/induction-motors.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как работает асинхронный двигатель?

26 сентября 2019

Изобретение асинхронных двигателей навсегда изменило ход человеческой цивилизации. Этот двигатель столетней давности, изобретенный великим ученым Николой Тесла, является наиболее распространенным типом двигателей даже сегодня.Фактически, около 50 процентов мирового потребления электроэнергии приходится на асинхронные двигатели. Давайте перейдем к работе асинхронных двигателей или, точнее, к гениальному мышлению Николы Теслы.

Детали асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель состоит из 2 основных частей; Статор и ротор (рис: 1). Статор — это неподвижная часть, а ротор — это вращающаяся часть. Статор в основном представляет собой трехкатушечную обмотку, на которую подается трехфазный переменный ток. Ротор находится внутри статора.Между ротором и статором будет небольшой зазор, известный как воздушный зазор. Величина радиального воздушного зазора может варьироваться от 0,5 до 2 мм.

Рис. 1 Статор и ротор асинхронного двигателя

Конструктивные детали статора

Статор изготавливается путем укладки тонких высокопроницаемых стальных пластин с прорезями внутри стального или чугунного каркаса. Расположение стальных пластин внутри рамы показано на следующем рисунке. Здесь показаны только некоторые из стальных пластин. Обмотка проходит через пазы статора.

Рис. 2 Детали конструкции статора

Влияние трехфазного тока, проходящего через обмотку статора

Когда через обмотку проходит трехфазный переменный ток, происходит кое-что очень интересное. Он создает вращающееся магнитное поле (RMF). Как показано на рисунке ниже, создается магнитное поле, которое по своей природе вращается. RMF — важное понятие в электрических машинах. Мы увидим, как это происходит, в следующем разделе.

Рис. 3 Вращающееся магнитное поле создается в асинхронном двигателе

Концепция вращающегося магнитного поля (RMF)

Чтобы понять явление вращающегося магнитного поля, гораздо лучше рассмотреть упрощенную трехфазную обмотку всего с 3 катушками.Провод, по которому проходит ток, создает вокруг себя магнитное поле. Теперь для этого специального устройства магнитное поле, создаваемое трехфазным переменным током, будет таким, как показано в конкретный момент.

Рис. 4 Магнитное поле создается вокруг одиночного провода и упрощенной обмотки

Компоненты переменного тока изменяются со временем. Еще два примера показаны на следующем рисунке, где из-за изменения переменного тока магнитное поле также изменяется. Понятно, что магнитное поле просто принимает другую ориентацию, но его величина остается прежней.Из этих трех положений ясно, что это похоже на вращающееся магнитное поле однородной силы. Скорость вращения магнитного поля известна как синхронная скорость.

Рис. 5A Трехфазный переменный ток Рис. 5B Здесь проиллюстрирована концепция вращающегося магнитного поля

Влияние RMF на замкнутый провод

Предположим, вы помещаете замкнутый проводник внутрь такого вращающегося магнитного поля. Поскольку магнитное поле колеблется, в контуре будет индуцироваться ЭДС в соответствии с законом Фарадея.E.M.F будет производить ток через петлю. Таким образом, ситуация стала такой, как если бы петля с током находилась в магнитном поле. Это создаст магнитную силу в петле в соответствии с законом Лоренца. Таким образом, петля начнет вращаться, это ясно показано на рис. 6.

Рис: 6 Влияние RMF на замкнутый проводник

Работа асинхронного двигателя

Подобное явление также происходит внутри асинхронного двигателя. Здесь вместо простой петли используется что-то очень похожее на беличью клетку.Беличья клетка имеет стержни, которые закорочены концевыми кольцами.

Трехфазный переменный ток, проходящий через обмотку статора, создает вращающееся магнитное поле. Как и в предыдущем случае, ток будет индуцирован в стержнях беличьей клетки, и она начнет вращаться. Вы можете заметить изменение наведенного тока в стержнях с короткозамкнутым ротором. Это связано со скоростью изменения магнитного потока в одной паре беличьих стержней, которая отличается от другой из-за ее разной ориентации. Это изменение тока в полосе со временем будет меняться.

Рис. 7 RMF создает крутящий момент на роторе, как в случае с простой обмоткой

. Вот почему используется название асинхронный двигатель, электричество индуцируется в роторе за счет магнитной индукции, а не прямого электрического соединения. Чтобы способствовать такой электромагнитной индукции, внутри ротора установлена ​​пластина с изолированным железным сердечником.

Рис. 8 Тонкие слои железной пластины, которые упакованы в ротор

Такие маленькие кусочки слоев железа обеспечивают минимальные потери на вихревые токи. Вы можете отметить одно большое преимущество трехфазных асинхронных двигателей, поскольку они по своей сути самозапускаются.
Также можно заметить, что стержни беличьей клетки наклонены к оси вращения или имеют перекос. Это необходимо для предотвращения колебаний крутящего момента. Если бы стержни были прямыми, был бы небольшой промежуток времени для передачи крутящего момента в паре стержней ротора на следующую пару. Это вызовет колебания крутящего момента и вибрацию ротора. Обеспечивая перекос в стержнях ротора, прежде чем ослабнет крутящий момент в одной паре стержней, в действие вступит следующая пара. Таким образом предотвращается колебание крутящего момента.

Скорость вращения ротора и концепция скольжения

Здесь вы можете заметить, что и магнитное поле, и ротор вращаются. Но с какой скоростью будет вращаться ротор? Чтобы получить ответ на этот вопрос, рассмотрим разные случаи.

Рассмотрим случай, когда скорость ротора совпадает со скоростью магнитного поля. На ротор действует магнитное поле в относительной системе отсчета. Поскольку и магнитное поле, и ротор вращаются с одинаковой скоростью относительно ротора, магнитное поле является стационарным.Ротор будет находиться в постоянном магнитном поле, поэтому наведенных ЭДС и тока не будет. Это означает нулевое усилие на стержнях ротора, поэтому ротор будет постепенно замедляться. Но по мере замедления петли ротора будут испытывать изменяющееся магнитное поле, поэтому индуцированный ток и сила снова возрастут, и ротор будет ускоряться. Короче говоря, ротор никогда не сможет догнать скорость магнитного поля. Он вращается с определенной скоростью, которая немного меньше синхронной скорости.Разница в синхронной скорости и скорости ротора называется скольжением.

N

_РОТОР S

SLIP = (N

_S — N _R ) / N _S

ЗНАЧЕНИЕ СКОЛЬЖЕНИЯ = 2-6%

Рис. 9 Здесь проиллюстрирована концепция скольжения

Передача энергии в двигателе

Вращательная механическая сила, полученная от ротора, передается через приводной вал. Короче говоря, в асинхронном двигателе электрическая энергия поступает через статор и выводится из двигателя, а механическое вращение передается от ротора.

Рис. 10 Передача мощности в двигателе

Но между входом и выходом мощности будут многочисленные потери энергии, связанные с двигателем. К различным компонентам этих потерь относятся потери на трение, потери в меди, потери на вихревые токи и гистерезисные потери. Такие потери энергии во время работы двигателя рассеиваются в виде тепла, поэтому вентилятор на другом конце помогает охлаждать двигатель.

Рис. 11 Охлаждающий вентилятор используется для отвода тепла, выделяемого двигателем

Почему асинхронные двигатели так популярны?

Теперь давайте поймем, почему асинхронные двигатели правят как в промышленном, так и в бытовом мире.Вы можете отметить, что асинхронные двигатели не требуют постоянного магнита. У них даже нет щеток, колец коммутатора или датчика положения, как у других аналогов электрических машин. Асинхронные двигатели также запускаются самостоятельно. Наиболее важным преимуществом является то, что скорость асинхронного двигателя можно легко контролировать, регулируя входную частоту питания.

Чтобы понять это правильно, давайте еще раз рассмотрим простую схему расположения катушек. Мы узнали, что вращающееся магнитное поле создается из-за трехфазной входной мощности.Совершенно ясно, что скорость RMF пропорциональна частоте входной мощности. Поскольку ротор всегда пытается догнать RMF, скорость ротора также пропорциональна частоте мощности переменного тока.

N

_S ∝ f

Таким образом, используя частотно-регулируемый привод, можно очень легко управлять скоростью асинхронного двигателя. Это свойство асинхронных двигателей делает их привлекательным выбором для лифтов, кранов и электромобилей. Благодаря высокоскоростному диапазону асинхронных двигателей электромобили могут работать с односкоростной коробкой передач.

Рис.12 Односкоростная коробка передач Рис. 13 Контуры КПД асинхронного двигателя

Еще одно интересное свойство асинхронного двигателя состоит в том, что когда ротор приводится в движение первичным двигателем, он также может действовать как генератор. В этом случае вы должны убедиться, что скорость RMF всегда меньше скорости ротора.

Рис. 14 Скорость RMF всегда меньше скорости ротора

Мы полагаем, что теперь вы получили четкое представление о гениальных принципах работы асинхронного двигателя, а также о том, почему он по-прежнему доминирует в бытовом и промышленном мире.

ОБ АВТОРЕ

Сабин Мэтью, аспирант ИИТ Дели по специальности машиностроение. Основатель Lesics Engineers Pvt Ltd и YouTube-канала LESICS. Он дает качественное инженерное образование на своем канале в YouTube. А «ЛЕСИКС» охватывает огромное количество инженерных тем. Сабин очень увлечен пониманием физики сложных технологий и их объяснением простыми словами. Чтобы узнать больше об авторе, перейдите по этой ссылке

---

Асинхронный двигатель

(Эта статья состоит из двух основных частей: принцип работы и характеристики асинхронного двигателя)
Асинхронные двигатели или асинхронные двигатели часто называют рабочими лошадками отрасли.Это результат многих преимуществ асинхронного двигателя по сравнению с другими технологиями. Двигатель не требует особого обслуживания. Единственные детали, которые могут изнашиваться, — это подшипники. Если асинхронный двигатель не используется чрезмерно (из-за высокого напряжения, тока или механического воздействия), подшипники определяют жизненный цикл асинхронного двигателя. В отличие от двигателя постоянного тока, нет необходимости в угольных щетках для коммутации тока. Асинхронный двигатель может быть изготовлен легко и при этом его цена довольно низкая по сравнению с другими технологиями.Асинхронный двигатель не использует процесс сгорания для передачи энергии, поэтому нет необходимости (дозаправлять) топливо или воздух. Охлаждение может быть интегрировано, так что асинхронный двигатель может работать в герметичной среде, например, под водой. Асинхронный двигатель имеет высокое отношение мощности к массе. Еще одно преимущество — высокий пусковой крутящий момент, поэтому возможен запуск под нагрузкой. С момента развития частотно-регулируемых приводов и систем векторного управления этот асинхронный двигатель также легко регулируется по скорости и крутящему моменту.Это дало много возможностей для автоматизации процессов. В следующей статье объясняются принцип, характеристики и контроль индукции.

Принцип работы асинхронного двигателя

Принцип асинхронного двигателя заключается в создании вращающегося магнитного поля в статоре и индукции тока в роторе, так что оба элемента вместе дают мощность на ротор, что приводит к круговому движению с определенной скоростью и крутящим моментом.

Статор
Теоретически статор представляет собой трехфазную обмотку, разделенную на цилиндрическую поверхность, так что при приложении трехфазного напряжения индуцируется вращающееся магнитное поле.Обмотки размещены в металлической цилиндрической конструкции для направления силовых линий магнитного поля и предотвращения движения обмоток. Эта конструкция состоит из ламинированных перфорированных пластин. Это предотвращает циркуляцию сильных вихревых токов в статоре. Идеальная ситуация — это синусоидальное магнитное поле, но для объяснения принципов работы статора достаточно одной обмотки на фазу. Это показано на следующем рисунке.

Рисунок 1: Теоретическая конструкция статора с одной обмоткой на фазу

Рисунок 2: Трехфазный ток i _s1 , i _s2 и i _s3 , которые будут подключены к катушкам U, V и W

Здесь три обмотки смещены более чем на 120 °, так что это симметрично.Обмотки часто называют по фазам; U ₁ — U ₂ , V ₁ — V ₂ и W ₁ — W ₂ . На этом рисунке есть два полюса на фазу. Три обмотки могут быть соединены звездой или треугольником. Это часто делается через мостовые соединения вне асинхронного двигателя, потому что в зависимости от конфигурации меняются такие характеристики, как ток, напряжение и направление вращения.

Рисунок 3: Конфигурация звезды и треугольника с мостовыми соединениями

Рисунок 4: Асинхронный двигатель со звездой

На три обмотки подается трехфазное симметричное синусоидальное напряжение.Обмотки имеют определенную проводимость, поэтому через обмотки протекает трехфазный симметричный синусоидальный ток. Токи создают вокруг себя различные магнитные поля. На рис. 5 показана эволюция этих магнитных полей за один период.

Рисунок 5: Магнитная ситуация в момент времени с 1 по 7 (Рисунок 2)

Ток положительный, когда он течет со стороны 1 на сторону 2 (U ₁ — U ₂ , V ₁ — V ₂ и W ₁ — W ₂ ).Различные магнитные поля на фазу приводят к общему магнитному полю, показанному на рисунке mkl. Это магнитное поле вращается, в этом примере по часовой стрелке. Каждый период синуса напряжения магнитное поле совершает вращение на 360 ° через весь статор. Если разместить больше обмоток на фазу, так что создается 2 * p полюса на фазу, магнитные поля совершают вращение на 360 ° / p за период напряжения. Если частота системы напряжения равна f _s , частота магнитного поля f _s / p или количество оборотов в минуту равно

n _s = (60f _s ) / p

Как упоминалось ранее, ситуация с одной обмоткой на фазу на полюс является упрощенной моделью.Фактическое распределение содержит больше обмоток на прорезь в статоре. По фазе это распределение выполняется как синусоида. Если линия с севера на юг в соответствии с индуцированным магнитным полем от фазы называется опорной линией статора, то оптимальное распределение проводов N _s для одной фазной катушки определяется выражением:

n _s = (N _s /2) sin α

Из этого выражения в соответствии с выводом магнитной индукции в воздушном пространстве между статором и ротором получается:

B _δs1 (α) = (u ₀ N _s i _s1 cos α) / 2δ

Также из нее можно записать следующую формулу для действующего значения магнитного поля в воздушной заслонке:

B _δ = (3 N _se u ₀ I _u ) / 4δ

Чтобы найти поток статора, индуктивность намагничивания и наведенную ЭДС, воспользуйтесь предыдущими формулами и выражением для потока в одной обмотке.Итак, допустим один виток катушки U ₁ — U ₂ . Этот поворот составляет определенный угол α с опорной линией статора. Пусть статор имеет следующие характеристики: радиус r и осевую длину l. Тогда поток за один виток определяется по следующей формуле:

ф _виток = 2 B _δ I _r sin α

Из этого выражения можно найти максимум всего наведенного потока от катушки U ₁ — U ₂ , интегрировав его по всему распределению обмоток этой фазы:

Индуцированный поток ф _с1 пропорционален току намагничивания I _u .Это включает в себя то, что поток и ток находятся в фазе. Исходя из этого, индуктивность намагничивания может быть определена как:

Наведенная ЭДС в одной катушке такова:

Ротор
Ротор состоит из разных частей. В основном есть два типа роторов. Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют ротор, содержащий обычные трехфазные обмотки из изолированного провода. Другой тип, который будет использоваться далее в этой статье, — это асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.Он имеет ротор с короткозамкнутым ротором. Для обоих типов кожух ротора состоит из перфорированных пластин. Они содержат прорези для трехфазных обмоток или короткозамкнутого ротора. Беличья клетка изготовлена ​​из металлических (обычно медных или алюминиевых) стержней с соединением на обоих концах металлическим кольцом короткого замыкания. Вариации обычны, но принцип остается тем же. Процесс передачи крутящего момента в роторе основан на законе Фарадея и силе Лоренца. Объяснить процесс, происходящий в роторе. Представьте себе токопроводящую лестницу, состоящую из длинных металлических сторон и проводящих ступенек, как на рисунке 6.

Рисунок 6: Лестничный эквивалент ротора

Ступени имеют длину l. Перпендикулярно плоскости, образованной ступенями и проводящей стороной, расположен постоянный магнит. Затем магнит перемещается параллельно сторонам по ступеням лестницы, не касаясь их. Магнит имеет определенное магнитное поле B и скорость v согласно лестнице. Если этот воображаемый эксперимент проводится достаточно быстро, можно заметить несколько событий. Основываясь на законе Фарадея, будет индуцироваться ЭДС, что приведет к возникновению напряжения в проводнике прямо под магнитом.

E = B.l.v

Это потому, что проводник отсекает поток. Этот проводник вместе со сторонами лестницы и соседними проводящими ступенями образует замкнутый контур. Из-за напряжения на центральной ступеньке по этому контуру будет течь ток. Направление напряжения и тока таково, что противодействует изменению поля магнетита. В этом примере, если магнит движется вправо, а его отрицательный полюс находится над лестницей, ток будет течь в центральном проводнике вперед, а в соседних ступенях — назад.

I = E / Z

Где Z — импеданс, видимый потенциалом над центральным проводником. Поскольку существует магнитное поле B, пересекающее ступеньку, и электрический ток, протекающий через ступеньку, сила Лоренца будет действовать на лестницу.

F = BlI

Рисунок 7: Ротор с короткозамкнутым ротором

Эта сила действует в том же направлении, что и движение магнита, потому что это индуцированная сила, которая противодействует ее источнику !. Если лестница может двигаться свободно, она начнет ускоряться, чтобы уменьшить разницу в скорости между лестницей и магнитом.Когда разница скоростей уменьшается, ЭДС уменьшится, что приведет к снижению тока, силы и ускорения. Если лестница и магнит работают с одинаковой скоростью, сила будет равна нулю. Чтобы сделать шаг к асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором, ротор с короткозамкнутым ротором эквивалентен лестнице, которая изогнута к цилиндру, а движущийся магнит воспроизводится вращающимся магнитным полем из-за трех фазных обмоток. Такой цилиндр показан на рисунке 7. На этом примере объясняется принцип работы асинхронного двигателя.Исходя из формулы ЭДС в одной катушке, можно провести аналогию.

E _s1 = jw _s ф _s1 = jw _s L ₀ I _u

Если пренебречь индуктивным и резистивным падением напряжения на катушке, ЭДС равна установленному напряжению U _c1 . Вращающееся поле индуцирует ЭДС E _r1-rest в обмотке ротора. Когда асинхронный двигатель не вращается, статор и ротор действуют как первичная и вторичная обмотки трансформатора.Обе частоты равны:

f _r = f _s

Обмотки связаны магнитным потоком, который действует как вращательное поле. Как и в случае с настоящим трансформатором, для асинхронного двигателя можно определить коэффициент трансформации в этом случае, когда он не вращается.

k = E _s1 / E _{r1-отдых}

Основное различие между асинхронным двигателем в этой ситуации и реальным трансформатором — это нулевой ток нагрузки.Поскольку сопротивление асинхронного двигателя намного выше из-за воздушной заслонки, ток намагничивания и, следовательно, ток нулевой нагрузки значительно выше. В асинхронном двигателе этот ток составляет 20-50% от тока полной нагрузки, тогда как в реальном трансформаторе он составляет лишь несколько процентов от тока полной нагрузки. Сила Лоренца на роторе дает на валу определенный крутящий момент.

Этот крутящий момент максимален, когда ток ротора находится в фазе с магнитным потоком статора. Ток ротора имеет большое отставание от ЭДС ротора из-за его высокой собственной индуктивности.

tan φ = (wL _r ) / R _r

Это ситуация, когда ротор стоит, например, когда стоит асинхронный двигатель. Создаваемый крутящий момент на роторе вызовет ускорение. Когда скорость ротора увеличивается по направлению к скорости вращения магнитного поля, также называемой синхронной скоростью, ЭДС E _r1 уменьшается точно так же, как частота напряжения ротора f _r . Если асинхронный двигатель достигнет синхронной скорости, на ротор больше не будет действовать сила, поэтому это невозможно.Вот почему асинхронный двигатель также называют асинхронным двигателем. Когда нагрузка увеличивается, скорость уменьшается, а крутящий момент увеличивается. В нагруженной ситуации, например, когда приложена номинальная нагрузка, скорость асинхронного двигателя обозначается буквой n.

Характеристики асинхронного двигателя

Накладка
Из предыдущей главы ясно, что ротор никогда не может достичь той же скорости вращения, что и вращательное магнитное поле статора.Резюмируя: синхронная скорость потока статора n _s зависит от частоты f _s приложенного напряжения и количества пар полюсов p:

n _s = (60f _s ) / p

Поскольку ротор никогда не достигает этой скорости, определяется коэффициент, указывающий относительную разницу между обеими скоростями. Этот коэффициент, скольжение g, определяется следующим образом:

г = (п _с — п) / п _с

Проскальзывание часто указывается в процентах.В системе координат скольжение будет иметь направление, противоположное скорости вращения ротора. Проскальзывание будет равно нулю, когда скорость ротора равна синхронной скорости, будет равняться единице, если асинхронный двигатель остановится, будет отрицательным во время генерации и будет больше единицы, когда вращающееся магнитное поле приложено в направлении, противоположном направлению вращения. ротора. Это электрическое торможение.

Характеристики ротора

Частота ротора
Частота ЭДС в роторе зависит от разницы между скоростью вращения ротора и скоростью магнитного поля в статоре:

f _r = p (n _s — n) / 60 = pn _s g / 60 = f _s g

ЭДС ротора
Когда ротор остановился, разница! по скорости ротора и магнитному полю статора равна синхронной скорости.В этой ситуации EMF E _r1-rest определяется по:

E = Blv _с

Когда ротор вращается с определенной скоростью n, ЭДС, зависящая от разницы скоростей, будет ниже:

E = Bl (v _s — v _r ) = gBlv _s

Таким образом, при заданном скольжении g ЭДС в роторе определяется по формуле:

E _r = gE _r1-rest

Скорость магнитного поля ротора
В роторе течет ток из-за наведенного напряжения.Этот ток дает, следуя закону Гопкинсона, магнитодвижущую силу. Эта сила создает магнитное поле, которое из-за вращающегося характера текущей системы также будет вращаться. Ранее было показано, что частота напряжения системы ротора f _r пропорциональна частоте частоты статора f _s с коэффициентом скольжения g:

f _r = gf _s

Таким образом, скорость вращения магнитного поля ротора w _r определяется следующими формулами:

w _r = gw _s = 2πf _r

Сам ротор вращается со скоростью

w = (2πn / 60) рад / с

Таким образом, w равно

. ш = (1 — г) ш _с

Таким образом, когда скорость вращения ротора и его поле объединяются, в результате получается магнитное поле ротора, которое вращается с той же синхронной скоростью в соответствии с опорной линией статора.

w _s = w + w _r

Мощность и крутящий момент

Активный поток мощности
Чтобы лучше понять электрические процессы в асинхронном двигателе, полезно рассмотреть эквивалентную схему асинхронного двигателя, как показано на рисунке 8. Таким образом, гальванически разделенные процессы статора и ротора объединены в одну электрическую эквивалентную схему одной фазы. Индекс s указывает количество статора, индекс r количество ротора. Акценты используются там, где количество ротора относится к статору.

Рисунок 8: Эквивалентная схема асинхронного двигателя

Помимо всех электрических параметров асинхронного двигателя, основная цель состоит в том, чтобы передать определенный крутящий момент на вал при определенной угловой скорости. Принимая во внимание электрические характеристики, можно рассмотреть блок-схему, показанную на рисунке 9. Напряжение U, приложенное к обмоткам, известно. В простых, неконтролируемых приложениях это напряжение сети. В процессах с частотным регулированием это напряжение, подаваемое частотно-регулируемым приводом.Асинхронный двигатель требует определенного тока I. Асинхронный двигатель имеет индуктивный характер из-за использования различных катушек. Это означает, что ток и напряжение через обмотки не совпадают по фазе. Хотя важно знать, каково приложенное напряжение, чтобы знать влияние на изоляцию обмоток, напряжение для дальнейших отводов мощности не так важно.

Рисунок 9: Поток мощности в асинхронном двигателе

Рисунок 9 начинается с активной мощности, подаваемой на статор

P _e = √3U _l I _l cos φ = 3U _p I _p cos φ

Где φ — угол между вектором напряжения и тока в векторном представлении.Индексы I и p указывают, является ли использованное количество линейным или фазовым количеством. Далее используются количества фаз, поскольку они согласуются с количествами статора. Первая часть активной мощности, поступающей в асинхронный двигатель, теряется в тепле в обмотках статора. Эта часть, называемая потерями в меди статора P _js , зависит от сопротивления статора и тока:

P _js = 3I _p ² R _s

Другая часть рассеивается в виде тепла в сердечнике статора.Эти потери представляют собой потери в стали из-за вихревых токов в сердечнике:

P _f = 3V _p ² / R _м ≈ 3V _s ² / R _м

Оставшаяся часть мощности — это мощность зазора P _r , которая передается от статора к ротору через воздушный зазор:

P _r = 3 (I _r ^‘) ² R _s ‘ / g

Из мощности зазора часть рассеивается в виде тепла в обмотках ротора, что называется потерями в меди в роторе:

P _{младший} = 3 (I _r ^‘) ² R _s ‘ = gR _r

Теперь остается механическая мощность двигателя:

P _м = (1 — г) P _r

Часть механической мощности теряется из-за трения вращающихся и движущихся частей с воздухом и особенно с неподвижными частями двигателя.Эта часть, обозначенная как P _v , соответствует мощности без нагрузки:

P _v = P _{без нагрузки}

Исходя из всех этих мощностей, общий КПД асинхронного двигателя можно выразить как:

η = P _выход / P _дюйм = (P _m — P _v ) / (P _m + P _f + P _js + P _fr ) = P _{нагрузка} / P _e

В таблице 1 приведены абсолютные и относительные значения нескольких асинхронных двигателей.Малые двигатели имеют мощность менее 11 кВт, большие двигатели — более 1100 кВт.

Нагрузка	Текущий родственник		Крутящий момент относительный		Скольжение относительное		Абсолютный КПД		Абсолютный коэффициент мощности
Размер двигателя	Маленький	Большой	Маленький	Большой	Маленький	Большой	Маленький	Большой	Маленький	Большой
Полная нагрузка	1	1	1	1	0.03	0,004	0,7-0,9	0,96-0,98	0,8-0,85	0,87-0,9
Без нагрузки	0,5	0,3	0	0	~ 0	~ 0	0	0	0.2	0,05
Заторможенный ротор	5-9	4-6	1,5-3	0,5-1	1	1	0	0	0,4	0.1

Кривая зависимости крутящего момента от скорости
Когда крутящий момент вычисляется исходя из мощности зазора P _r и синхронной угловой скорости w _s , можно предпринять следующие шаги, чтобы найти общее выражение для крутящего момента в зависимости от скорости:

Где

X _r ^‘ = w _s σ _r ^‘ L ₀

— индуктивность рассеяния ротора относительно статора.С этого момента все упомянутые термины … _r ^‘ заменены терминами … _R для сохранения ясности. С

U _s1 ≈ E _s1 = φ _s1 w _s

Крутящий момент становится:

T = (3pR _R / w _r ) φ _s1 ² / ((R _R / w _r ) ² + (σ _R L ₀ ) ² )

Максимальный крутящий момент достигается при

dT / dw _r = 0 (это происходит, когда w _r = R _R / σ _R L ₀ )

Когда это заполнено в формуле крутящего момента, это дает выражение максимального крутящего момента или крутящего момента пробоя:

T = 3pφ _s1 ² / 2σ _R L ₀

График зависимости крутящего момента от скорости хорошо представлен на рисунке 10.

Рисунок 10: Кривая зависимости крутящего момента от скорости асинхронного двигателя

Рисунок 10 также дает выражение для скорости при максимальном крутящем моменте. Как было доказано до пробоя крутящий момент достигается при частоте вращения ротора

w _r = R _R / σ _R L ₀

Скорость ротора дает разницу между синхронной скоростью и фактической скоростью. Таким образом, пробойный момент достигается при частоте вращения

w = w _s — (1 / p) R _R / σ _R L ₀

или указано в оборотах в минуту об / мин:

n _b = n _s — (30 / πp) R _R / σ _R L ₀

Скорость зависит от сопротивления ротора.Сама величина пробивного момента не зависит от сопротивления ротора. Когда скорость ротора в соответствии с опорной линией статора выше, чем синхронная скорость, значение скорости ротора w _r становится отрицательным. Поток энергии будет идти от ротора к статору. Это происходит, когда ротор работает или асинхронная машина работает как генератор вместо двигателя. Следует учитывать, что крутящий момент, заданный предыдущими выражениями, является крутящим моментом на затворе, поэтому потери ротора, потери на трение и вентиляционные потери еще не принимаются во внимание.Теоретически асинхронный двигатель может передавать максимальный крутящий момент на нагрузку. Обычно номинальный крутящий момент в 1,75–3 раза меньше. Это дает несколько эффектов. Номинальный ток будет ниже, рабочая точка, вероятно, будет намного более стабильной, номинальная скорость почти соответствует синхронной скорости, а асинхронный двигатель поддерживает большой момент ускорения. На рисунке 11 визуализирована концепция ускоряющего момента.

Рисунок 11: Графический пример ускоряющего момента

Из состояния покоя нагрузка с противодействующим моментом T _c1 будет ускоряться до точки P, где в каждый момент времени

T — T _c1 = T _α = J _м dw / dt

Фактическая причина этого последнего выражения будет более подробно объяснена в главе о механике.Если противодействующий крутящий момент 01f, нагрузка следует курсу T _c2 , асинхронный двигатель не может самостоятельно разогнать нагрузку. Чтобы получить более высокий пусковой и ускоряющий момент без использования завышенного асинхронного двигателя, решение состоит в более высоком сопротивлении ротора.

Это может быть сделано вне асинхронного двигателя в случае асинхронного двигателя с фазным ротором или внутри двигателя с использованием двухклеточного асинхронного двигателя или стержней ротора с более высоким сопротивлением. Ротор с обмоткой и принцип стержня ротора с более высоким сопротивлением напрямую влияют на сопротивление ротора.Влияние на кривую зависимости крутящего момента от скорости показано на рисунке 12.

Рисунок 12: Крутящий момент в зависимости от скорости для различных значений сопротивления ротора

На пробойный момент не влияет, как было сказано ранее, только когда сопротивление действительно велико. В роторе с обмоткой с зажимами внешнего сопротивления сопротивление можно регулировать, когда асинхронный двигатель работает на более высокой скорости, чтобы уменьшить скольжение. В двухклеточном двигателе концентрически установлены две беличьи клетки. Это показано на рисунке 13.Внутренняя клетка содержит толстые стержни и почти полностью окружена железным сердечником.

Имеет высокую индуктивность и низкое сопротивление. Наружная клетка состоит из более тонких стержней, которые размещаются рядом с воздушным зазором между ротором и статором. Сопротивление выше, чем во внутренней клетке. Поток вокруг внешних стержней частично закрывается в воздушной заслонке. Благодаря этому он имеет более низкую индуктивность. При запуске асинхронного двигателя частота вращения ротора w _r максимальна.

Рисунок 5.13: Принцип двухклеточного ротора

Очень важно реактивное сопротивление ротора. Ток ротора будет высоким во внешней клетке и низким во внутренней клетке. Это клетка с более высоким сопротивлением, что означает более высокий момент ускорения. Когда асинхронный двигатель набирает скорость, скорость ротора уменьшается и достигает небольшого значения (f _r ~ 1–4 Гц). Реактивное сопротивление больше не так важно, и ток будет в основном течь во внутренней клетке, потому что ее сопротивление намного ниже, чем у внешней клетки.Сопротивление ротора полностью регулируется электрически. В основном есть три возможных ситуации, как показано на рисунке 14. Первая кривая дает асинхронный двигатель с низким сопротивлением ротора, более низким пусковым моментом, но более высокой эффективностью. Вторая кривая иллюстрирует наиболее распространенный асинхронный двигатель с повышенным пусковым моментом. Третья кривая называется седловой кривой и используется, когда требуется действительно высокий пусковой крутящий момент, здесь пусковой крутящий момент может быть даже выше, чем! момент пробоя.

Рисунок 5.14: Курсы крутящего момента ротора с двойной обоймой

Пусковой ток
Когда асинхронный двигатель запускается путем прямого подключения к сети, от сети будет запрашиваться высокий пусковой ток. Кроме того, на нормальный периодический синусоидальный ток будет накладываться сильный выброс тока. Сетевое напряжение передается на статор, когда ротор неподвижен. Это эквивалентно принципу трансформатора с короткозамкнутой вторичной обмоткой. Когда асинхронный двигатель ускоряется, разница между ротором и статором уменьшается, а наведенная ЭДС в роторе (вторичная обмотка эквивалентного трансформатора) уменьшается.Подобно принципу трансформатора, вторичный ток и, следовательно, первичный ток уменьшаются. Отношение между скачком пускового тока и номинальным током находится где-то между 3 и 7. Это сделано для ограничения воздействия на сеть и упрощения защиты асинхронного двигателя предохранителями.

2-3-2. Принцип вращения асинхронного двигателя

Рис. 2.35 Силовой двигатель для промышленного использования

Как описано в главе 1, существует много типов двигателей с вращающимся магнитным полем.

В этой главе обсуждаются силовые двигатели, используемые на заводах (рис. 2.35), и асинхронные двигатели , широко используемые в домашних условиях для электрических вентиляторов и стиральных машин.

Вводная книга по двигателям объясняет принцип вращения асинхронного двигателя с использованием диска Arago (см. Рис. 2.42).

Ротор обычных асинхронных двигателей имеет конструкцию, показанную на рис. 2.36 (а). Если вы разберете ротор, вы увидите, что это не диск и что он состоит из пластины из кремнистой стали и алюминиевой детали в форме клетки, как показано на рис.2.36 (б). Такой ротор называется короткозамкнутым ротором .

Диск Араго не подходит для объяснения принципа вращения двигателей, оснащенных короткозамкнутым ротором. Это может быть лучше объяснено подходом, используемым для двигателей постоянного тока.

Рис. 2.36 Конструкция ротора с короткозамкнутым ротором

Как показано на Рис. 2.37, замкнутая катушка помещена в магнитное поле, а внешний магнит вращается. Затем, как видно из принципа выработки энергии двигателями постоянного тока, в катушке происходит выработка энергии, и через катушку протекает ток.

По мере протекания тока катушка создает крутящий момент, который взаимодействует с исходным магнитным полем, а затем катушка начинает вращаться.

Если вы увеличите количество катушек, как показано на рис. 2.38, вы можете заменить катушки клеткой.

А именно, обойма асинхронных двигателей соответствует обмотке двигателей постоянного тока.

Рис. 2.37 Принцип вращения асинхронных двигателей Рис.2.38 Замена с короткозамкнутым ротором

Ниже приводится краткое описание принципа вращения асинхронных двигателей.

• <1> Вращение магнитного поля
• <2> Генерация индукционного тока
• <3> Возникновение силы при взаимодействии тока и магнитного поля
• <4> Вращение ротора

На реальных двигателях механизм последовательно возбуждает несколько катушек вместо перемещения магнитов для получения того же эффекта.Чтобы изменить возбуждение, необходимы две или более синусоид, сдвинутых во времени.

Обычно на заводах используются трехфазные 200 В переменного тока, сдвинутые на 120 градусов друг от друга (рис. 2.39).

Рис. 2.39 При использовании трехфазного переменного тока с фазами, сдвинутыми друг относительно друга на 120 градусов

Поскольку источник питания для домашнего использования однофазный 100 В переменного тока, мы должны создать, так или иначе, синусоидальную волну, смещенную от этого источника питания при использовании асинхронного двигателя. Один из способов — увеличить фазу тока катушки на 90 градусов с помощью конденсатора.Двигатель, который работает таким образом, называется однофазным двигателем с конденсаторным управлением.

Однофазный двигатель с конденсаторным питанием создает вращающееся магнитное поле с помощью набора из двух обмоток, одна из которых является главной обмоткой, которая подключена непосредственно к источнику питания, а другая — вспомогательной обмоткой, которая подключена к источнику питания через конденсатор. .

Конструкция конденсаторного двигателя показана на рис. 1.2 главы 1.

Принцип работы асинхронного двигателя

— StudiousGuy

Асинхронные двигатели — одно из величайших изобретений в истории человечества.На ее долю приходится около 45% от общего потребления электроэнергии во всем мире, это повсеместная технология в современном мировом машиностроении. Фактически, всемирно известная корпорация по производству электромобилей Tesla назвала свою организацию, чтобы воздать должное изобретателю асинхронного двигателя Николе Тесла. Асинхронный двигатель — это электродвигатель с приводом от переменного тока (AC), который использует электромагнитную индукцию для преобразования электрической энергии в механическую. Он также известен как асинхронный двигатель, поскольку частота вращения двигателя обычно меньше и не синхронизируется с частотой входного переменного тока.Асинхронные двигатели имеют несколько преимуществ по сравнению с аналогичными двигателями постоянного тока, такие как более низкая стоимость конструкции и обслуживания, простота эксплуатации, более высокая скорость, долговечность и т. Д., Что делает их более пригодными для использования. Чтобы понять принцип работы асинхронного двигателя, давайте сначала разберемся, в каких частях он является отличной машиной.

Указатель статей (Нажмите, чтобы перейти)

Компоненты асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель может быть разных форм и размеров, но чаще всего это цилиндрическое устройство с торчащим из него осевым валом.Вращательное действие вала осуществляется за счет особого расположения следующих компонентов.

Статор

Статор асинхронного двигателя представляет собой полый цилиндрический сердечник, состоящий из многослойных и многослойных тонких металлических листов. Это неподвижная часть с прорезями для намотки катушки электромагнитной цепи двигателя. Многослойная структура статора используется для предотвращения потерь на вихревые токи и гистерезиса, которые в противном случае возникли бы с твердым сердечником.Катушка статора, также известная как обмотка статора, сделана из медных проводов, изолированных эмалью, лаком или смолами, чтобы избежать короткого замыкания.

Ротор

Ротор — это вращающаяся часть асинхронного двигателя. Это цилиндрический блок, установленный на валу, который несет механическую нагрузку. При производстве асинхронных двигателей используются два типа роторов.

Ротор с беличьей клеткой

Ротор с короткозамкнутым ротором — один из наиболее широко используемых роторов в производстве асинхронных двигателей из-за его исключительных характеристик, таких как надежность, надежность и низкая стоимость производства.Он получил свое название от своей цилиндрической конструкции в виде клетки, которая состоит из продольных токопроводящих стержней, изготовленных из алюминия или меди, закороченных накоротко с кольцами, выполненными из того же материала на обоих концах. Стержни ротора слегка перекошены, чтобы они не блокировались зазорами между катушками статора, обеспечивая плавное и бесшумное вращение. Кроме того, количество стержней не должно равняться целому кратному числу пазов статора, так как это может вызвать магнитную блокировку обоих компонентов.

Ротор с обмоткой

Ротор с обмоткой, также известный как ротор с контактным кольцом, представляет собой цилиндрический блок, сделанный из тонких многослойных стальных листов, уложенных друг на друга, и на его периферии есть прорези для удержания вращающихся обмоток. Концы вращающихся обмоток соединены с тремя контактными кольцами, размещенными вокруг вала. Контактные кольца соединены с батареями переменного сопротивления через щетки, что позволяет оператору изменять скорость двигателя, изменяя сопротивление.

Вал

Вал представляет собой длинный стержень из углеродистой стали, расположенный вдоль цилиндрической оси асинхронного двигателя. Это элемент, который обеспечивает преобразованную механическую энергию для конечного использования. Головка вала соединена с различными механическими нагрузками, такими как шкивы, шестерни и т. Д., Тогда как задняя часть соединена с вентилятором внутри двигателя.

Подшипники

Вал ротора удерживается подшипниками на обоих концах корпуса двигателя. Подшипники минимизируют трение вала, соединенного с корпусом, повышая эффективность двигателя.Корпус асинхронного двигателя содержит все компоненты двигателя, обеспечивает электрические соединения и обеспечивает вентиляцию деталей двигателя для уменьшения тепловыделения. Конструкция корпуса часто включает ребра для отвода тепла.

Вентилятор

Вентилятор в асинхронном двигателе действует как вытяжка и охлаждает асинхронный двигатель, рассеивая тепло. Он соединен с валом, который передает вращательное движение ротора на вентилятор.

Кожух

Кожух асинхронного двигателя содержит все компоненты двигателя, обеспечивает электрические соединения и обеспечивает вентиляцию деталей двигателя для уменьшения тепловыделения.Конструкция корпуса часто включает ребра для отвода тепла.

Принцип работы асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель работает по принципу электромагнитной индукции. Это явление, при котором ЭДС индуцируется поперек проводника, когда он находится внутри переменного магнитного поля. Эта наведенная ЭДС в катушке задается законом электромагнитной индукции Фарадея, который гласит, что электродвижущая сила вокруг замкнутого пути равна отрицательной скорости изменения во времени магнитного потока, заключенного на этом пути.Математически это выражение можно записать как

ε = — \ frac {dΦ} {dt}

Где ε — наведенная ЭДС, Φ — магнитный поток, а t обозначает время.

Взаимодействие между двумя магнитными полями заставляет ротор вращаться. Чтобы понять концепцию более подробно, давайте посмотрим на работу асинхронного двигателя.

Работа асинхронного двигателя

Когда переменный ток течет через обмотки статора, он создает магнитное поле вокруг катушек обмоток.Катушки внутри статора расположены таким образом (пространственно разнесены на 120 °), что создаваемое ими магнитное поле начинает вращаться вследствие периодически меняющегося направления входного переменного тока. Вращающееся магнитное поле индуцирует ток, который течет через замкнутые обмотки ротора. Затем течение тока создает обратную ЭДС, которая противодействует изменению магнитного поля, создаваемого обмотками статора. Обратная ЭДС обмоток ротора отстает на 90 градусов (без нагрузки) от ЭДС обмоток статора.Эта разница в силе создает крутящий момент и заставляет ротор вращаться вокруг оси вала. Задержка также заставляет обмотки ротора вращаться немного медленнее, чем вращающееся поле. Разница между скоростью известна как «проскальзывание» в технических терминах и может варьироваться в зависимости от нескольких факторов, таких как нагрузка на двигатель, сопротивление цепи ротора и сила магнитного поля, создаваемого двигателем. статор. Асинхронный двигатель работает аналогично трансформатору, причем первичная и вторичная обмотки являются обмотками статора и ротора соответственно.Асинхронный двигатель также известен как вращающийся трансформатор из-за вращательного движения обмоток ротора. Работа асинхронных двигателей может различаться в зависимости от их типа.

Типы асинхронных двигателей

Асинхронные двигатели

в основном подразделяются на две категории в зависимости от источника питания, с которым они работают, то есть трехфазные асинхронные двигатели и однофазные асинхронные двигатели.

Трехфазный асинхронный двигатель

Трехфазный асинхронный двигатель — один из наиболее часто используемых асинхронных двигателей в промышленных и коммерческих целях.Как следует из названия, трехфазные асинхронные двигатели — это те, которые работают от трехфазного источника переменного тока. Чтобы понять принцип работы трехфазного асинхронного двигателя, необходимо немного узнать о трехфазном источнике питания переменного тока. Направление тока в источнике питания переменного тока периодически меняется, генерируя синусоидальную форму волны, причем каждый цикл показывает величину тока, идущую от нуля до максимума в одном направлении, обратно до нуля, а затем до максимума в противоположном направлении.Трехфазный источник питания переменного тока содержит три различных синусоидальных сигнала переменного тока, так что, когда один из циклов проходит через ноль, два других могут компенсировать уменьшенную величину тока в цепи. Большинство наших бытовых электроприборов могут эффективно работать с частотой 50-60 Гц (циклов в секунду) одной синусоидальной формы волны переменного тока; однако в промышленных целях применяется трехфазный источник переменного тока для удовлетворения высоких требований к мощности.

В трехфазном асинхронном двигателе статор состоит из трех наборов обмоток, на которые подается входной трехфазный переменный ток.Обмотки статора расположены по Y-образной схеме, образуя разность фаз в 120 градусов. Эта конструкция обеспечивает вращающееся магнитное поле, и согласно закону Ленца ротор начинает вращаться в своем направлении, чтобы нейтрализовать эффект электромагнитной индукции. Тем не менее, из-за разницы между индуцированным магнитным потоком ротора и магнитным потоком статора, ротор никогда не достигает скорости вращающегося магнитного поля. Гипотетически, если ротор сможет достичь скорости, аналогичной скорости вращающегося магнитного поля, путем приложения некоторой внешней силы, не будет никакого запаздывания между потоками, и электромагнитная индукция немедленно прекратится.В основном это два

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Как следует из названия, трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором содержит ротор с короткозамкнутым ротором (описанный выше) и работает от трехфазного источника переменного тока. Вращающееся магнитное поле индуцирует ток через проводящие стержни, который дополнительно генерирует магнитный поток ротора и заставляет ротор вращаться. Цилиндрическая конструкция клетки имеет определенные преимущества, такие как прочная конструкция и низкие затраты на техническое обслуживание; однако наиболее важной особенностью роторов с короткозамкнутым ротором является простота конструкции для создания различных вариантов.Характеристики скорости-момента трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором можно легко изменить, отрегулировав перекос и длину токопроводящих стержней внутри ротора. Это позволяет легко заменять двигатели разных производителей, что упрощает замену двигателей. Тем не менее, отсутствие контроля скорости в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором является недостатком их уникальной конструкции. Короткозамкнутые кольца на концах ротора не дают места для добавления переменного сопротивления, поэтому трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором работает с постоянной скоростью после достижения установившегося состояния.

Трехфазный асинхронный электродвигатель с контактным кольцом

Трехфазный асинхронный двигатель с контактным кольцом, также известный как трехфазный асинхронный двигатель с обмоточным ротором, представляет собой асинхронный двигатель с регулируемой скоростью. Ротор этих двигателей состоит из цилиндрического блока, состоящего из многослойных стальных пластин, намотанных катушками из медной проволоки. Обмотки ротора имеют трехфазную конфигурацию, при этом выводы каждой фазы подключены к контактным кольцам. Контактное кольцо — это электромеханическое устройство, которое помогает передавать мощность и электрические сигналы от неподвижного компонента к вращающемуся.Когда источник переменного тока используется для возбуждения обмотки статора, создается магнитный поток. Вращающееся магнитное поле индуцирует ток через проводящие стержни, который создает дополнительный магнитный поток в роторе и заставляет его вращаться. Тем не менее, из-за большего количества витков в обмотках ротора индуцированное напряжение выше, чем индуцированный ток. Когда двигатель включен, внешнее сопротивление, приложенное к обмоткам ротора, заставляет ток ротора ослаблять вращающееся магнитное поле статора.Это означает, что как только двигатель достигает полной скорости, сопротивление можно регулировать для управления скоростью вращения, что дает операторам возможность выбирать пусковой момент и рабочие характеристики. Индуктивное реактивное сопротивление и разность фаз между I и V могут быть уменьшены, что позволяет двигателю обеспечивать высокий пусковой момент. По сравнению со стандартными двигателями с короткозамкнутым ротором сложность и необходимость обслуживания контактных колец и щеток высоки. Тем не менее, в приложениях с высокими инерционными нагрузками, таких как большие вентиляторы, насосы и мельницы, конструкция с фазным ротором позволяет постепенно ускорять нагрузку за счет управления скоростью и крутящим моментом.

Преимущества трехфазного асинхронного двигателя

• Они имеют простую конструкцию и прочную конструкцию, что делает их долговечными и простыми в использовании.

• Стоимость обслуживания трехфазных асинхронных двигателей значительно ниже по сравнению с однофазными асинхронными двигателями.

• Наиболее важной особенностью, которая делает трехфазные асинхронные двигатели широко применяемыми в промышленности, является то, что они самозапускаются и не требуют какого-либо внешнего механизма для запуска вращения ротора.Вращающееся магнитное поле, создаваемое Y-образной структурой обмоток статора, достаточно эффективно для создания пускового момента, чего нет в однофазных асинхронных двигателях.

• Разделение трехфазного входного переменного тока в трехфазном асинхронном двигателе вызывает распределение нагрузки и делает двигатель более эффективным с точки зрения характеристик скорости-момента.

• Ротор трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором не имеет физического электрического соединения, что позволяет избежать потерь тока, которые могут возникнуть во время передачи.

• Трехфазный асинхронный двигатель работает во вращающемся магнитном поле с постоянной величиной, то есть крутящий момент постоянный, а не пульсирующий.

• Устойчивое магнитное поле также снижает вибрацию двигателя.

Недостатки трехфазного асинхронного двигателя

• Трехфазный асинхронный двигатель потребляет больше тока в условиях небольшой нагрузки из-за низкого коэффициента мощности. В результате происходит большая утечка меди и низкий КПД.

• Чтобы получить контроль скорости в трехфазном асинхронном двигателе, требуется больше электрических компонентов, что приводит к сложному электрическому механизму.

• Асинхронный двигатель имеет высокий пусковой ток. Это вызывает снижение напряжения во время запуска.

Приложения

Трехфазные асинхронные двигатели в основном используются в промышленных условиях. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором используются как в быту, так и в промышленности, особенно там, где не требуется регулирование скорости двигателя, например, в погружных насосах, прокатных прессах, шлифовальных машинах, конвейерах, компрессорах напольных мельниц и т. Д.Двигатели с фазным ротором, напротив, используются в приложениях с большой нагрузкой, требующих высокого пускового момента, например, в лифтах, кранах, линейных валах, мельничных прессах и т. Д.

Однофазный асинхронный двигатель

Однофазные асинхронные двигатели практически идентичны трехфазным асинхронным двигателям; однако эти двигатели работают от однофазного источника переменного тока. Однофазные асинхронные двигатели широко используются в маломощных устройствах, например, в бытовых приборах. Они меньше по размеру и дешевле в производстве.Поскольку большинство этих двигателей имеют дробную мощность в киловаттах, они также известны как двигатели с дробной мощностью. Статор однофазного асинхронного двигателя представляет собой неподвижную часть с многослойной конструкцией, состоящей из штамповок, аналогичной таковой у трехфазного асинхронного двигателя. Обмотка статора поддерживается пазами на краю этих штамповок. Для активации этой обмотки используется однофазный источник переменного тока. Ротор состоит из пазов, заполненных токопроводящими алюминиевыми или медными стержнями. Индуцированное магнитное поле в роторе будет взаимодействовать с магнитным полем статора, образуя вращающееся поле.Даже с одной обмоткой это поле заставляет двигатель работать в том направлении, в котором он был запущен. Однако, когда двигатели подключены к нагрузке, невозможно обеспечить начало вращения. Чтобы обойти эту трудность, однофазный двигатель временно преобразуется в двухфазный двигатель, чтобы обеспечить вращающийся поток. Помимо основной обмотки статора предусмотрена пусковая обмотка. Пусковая или вспомогательная обмотка сделана очень резистивной, а основная или рабочая обмотка — очень индуктивной.Из-за огромной разницы фаз между этими двумя двигателями создается достаточный крутящий момент для вращения ротора.

Асинхронный двигатель с расщепленной фазой

В однофазном асинхронном двигателе с расщепленной фазой, также известном как двигатель с резистивным пуском, вспомогательная или пусковая обмотки расположены на 90 ° от основных обмоток статора. Вспомогательные обмотки вместе с резистором подключаются к основным обмоткам последовательно и параллельно источнику переменного тока. Вспомогательная обмотка имеет несколько витков небольшого диаметра.Вспомогательные обмотки создают разность фаз между обоими потоками, создаваемыми основной обмоткой и обмоткой ротора. Когда двигатель развивает от 75 до 80% максимальной скорости, центробежный выключатель отключает эту обмотку, что неэффективно в рабочих условиях. В этом случае двигатель работает только от основной обмотки статора. Такой подход дает очень небольшую разность фаз, и, следовательно, пусковой момент в этих двигателях очень низкий. В результате они используются в приложениях, требующих умеренного начального крутящего момента, например, в вентиляторах, воздуходувках или шлифовальных машинах.

Конденсаторный индукционный двигатель

Этот двигатель представляет собой более сложный вариант асинхронного двигателя с расщепленной фазой. Индукции с разделением фаз недостаточно для создания высокого крутящего момента, поскольку разность фаз, вызванная вспомогательными обмотками, мала. Этот недостаток устраняется в конденсаторном пусковом двигателе путем последовательного включения конденсатора со вспомогательной обмоткой. Этот двигатель оснащен конденсатором сухого типа, работающим на переменном токе. Тем не менее, этот конденсатор не используется постоянно.В этой схеме также используется центробежный переключатель, который отключает конденсатор и вспомогательную обмотку, когда двигатель работает на 75-80% синхронной скорости. Конденсатор потребляет большую разность фаз между током, протекающим через основные обмотки, и током, протекающим через вспомогательные обмотки. В результате, по сравнению с асинхронным двигателем с расщепленной фазой, пусковой крутящий момент этого двигателя чрезвычайно высок и даже на 300 процентов превышает полную нагрузочную способность асинхронного двигателя с разъемной поверхностью.Этот двигатель используется в приложениях, где требуется высокий пусковой крутящий момент, например, в токарных станках, компрессорах, сверлильных станках и т. Д.

Конденсатор пусковой конденсатор Асинхронный двигатель

Конденсаторный пусковой конденсаторный двигатель имеет два конденсатора в параллельной конфигурации, соединенных последовательно вспомогательной обмоткой. Один из этих двух конденсаторов используется исключительно для инициирования (пусковой конденсатор) и имеет высокое значение емкости, а другой постоянно соединен с двигателем (рабочий конденсатор) и имеет низкое значение емкости.Пусковой конденсатор соединен последовательно с центробежным выключателем, который выключается, когда скорость двигателя достигает 70% от скорости. Рабочий конденсатор улучшает коэффициент мощности двигателя, обеспечивая дополнительный заряд переменного тока. В рабочем режиме к двигателю подключены как рабочая, так и вспомогательная обмотки. Пусковой момент и КПД этого двигателя очень высоки. Следовательно, это можно использовать в приложениях, где требуется высокий пусковой крутящий момент, например, в холодильнике, кондиционере, потолочном вентиляторе, компрессоре и т. Д.

Асинхронный двигатель с экранированными полюсами

Асинхронный двигатель с экранированными полюсами — это однофазный асинхронный двигатель с самозапуском и медным кольцом, затеняющим полюса статора. Это медное кольцо служит вторичной обмоткой двигателя, и когда питание подается на статор, в медных кольцах индуцируется магнитный поток. Поток медного кольца взаимодействует с потоком обмоток статора, создавая вращающееся магнитное поле. Асинхронный двигатель с экранированными полюсами состоит из ротора с короткозамкнутым ротором, который взаимодействует с вращающимся магнитным полем.Это взаимодействие создает крутящий момент в роторе и вращает его. Важно отметить, что асинхронный двигатель с экранированными полюсами может вращаться только в одном направлении. Эти двигатели не обладают хорошим коэффициентом мощности и в основном используются в качестве реле в таких устройствах, как вентиляторы, фены, проекторы, проигрыватели и т. Д.

Преимущества однофазных асинхронных двигателей

Основным преимуществом однофазного асинхронного двигателя является простота сборки и сборки. Асинхронный двигатель работает независимо от состояния окружающей среды.В результате двигатель получается мощный и механически прочный.

Недостатки однофазных асинхронных двигателей

Хотя однофазные двигатели механически просты, известно, что они работают медленно или перегреваются при высокой нагрузке. Более того, поскольку однофазные двигатели не запускаются автоматически, они требуют дополнительных схем для запуска, что, в свою очередь, дает больше места для коротких замыканий и отказов.

Типы асинхронных двигателей: краткая и полезная гильдия

Асинхронный двигатель, известный как асинхронный двигатель, является наиболее часто используемым электродвигателем переменного тока.Вот как работает асинхронный двигатель: переменный ток в роторе, необходимый для создания крутящего момента, достигается за счет электромагнитной индукции. Эта электромагнитная индукция возникает из-за вращающегося магнитного поля обмотки статора. Но в этой статье мы сосредоточимся на типах асинхронных двигателей. Linquip собрал всю необходимую и полезную информацию, которую вы можете прочитать и поближе познакомиться с асинхронными двигателями и принципами их работы. В следующих разделах мы познакомимся с различными асинхронными двигателями до некоторой степени.Оставайтесь с нами.

Типы асинхронных двигателей

Существует два основных типа асинхронных двигателей. Эта классификация основана на том, от какого источника питания питаются асинхронные двигатели. Однофазные асинхронные двигатели и трехфазные асинхронные двигатели — это два основных типа асинхронных двигателей. Как следует из их названий, однофазный асинхронный двигатель подключен к однофазному источнику переменного тока, а трехфазный асинхронный двигатель снабжен трехфазным источником питания переменного тока. Каждый из этих двух основных типов имеет несколько подкатегорий.Сам однофазный асинхронный двигатель подразделяется на 4 типа, а трехфазный асинхронный двигатель — 2 типа.

Типы однофазных асинхронных двигателей

, основанный на конструкции и методе пуска, однофазный асинхронный двигатель подразделяется на четыре типа: разделенная фаза, конденсаторный запуск, конденсаторный запуск, конденсаторный запуск и экранированный полюс. В следующих разделах мы подробно рассмотрим каждый из этих типов однофазных асинхронных двигателей.

1. Асинхронные двигатели с разделенной фазой

Помимо основной обмотки статора однофазного асинхронного двигателя, существует еще одна обмотка, называемая вспомогательной обмоткой или пусковой обмоткой.Вспомогательная обмотка и центробежный выключатель включены последовательно. Работа этого переключателя заключается в отключении вспомогательной обмотки от главной цепи, когда скорость двигателя достигает 75-80 процентов от синхронной скорости. Как вы, возможно, знаете, рабочая обмотка индуктивна, но нам нужно создать разность фаз между двумя обмотками. Это возможно, если пусковая обмотка имеет высокое сопротивление. Пусковой и основной ток в асинхронных двигателях с расщепленной фазой отделяются друг от друга на некоторый угол.Итак, этот двигатель получил свое название как асинхронный двигатель с расщепленной фазой.

Этот тип двигателя имеет низкий пусковой ток и умеренный пусковой момент. Таким образом, вы можете найти эти двигатели в вентиляторах, нагнетателях, центробежных насосах, стиральных машинах, шлифовальных машинах, токарных станках, вентиляторах кондиционирования воздуха и многом другом.

2 и 3. Конденсаторные асинхронные двигатели с пусковым и конденсаторным пуском с конденсатором

Принцип работы и конструкция этих двух типов асинхронных двигателей почти одинаковы. Следует иметь в виду, что однофазные асинхронные двигатели не запускаются автоматически, потому что создаваемое магнитное поле не вращающегося типа.Асинхронным двигателям необходима разность фаз для создания вращающегося магнитного поля. В случае асинхронных двигателей с расщепленной фазой должно быть сопротивление для создания разности фаз, но при конденсаторном пуске и конденсаторном пуске в асинхронных двигателях конденсатор создает разность фаз. Это факт, что ток, протекающий через конденсатор, опережает напряжение. В конденсаторных пусковых и конденсаторных асинхронных двигателях конденсаторного пуска есть две обмотки: основная обмотка и пусковая обмотка.С пусковой обмоткой в ​​конденсаторе будет соединение, поэтому ток, протекающий в конденсаторе, опережает приложенное напряжение на некоторый угол.

Эти два типа асинхронных двигателей имеют высокий пусковой момент, поэтому они используются в конвейерах, шлифовальных машинах, кондиционерах, компрессорах и т. Д.

4. Асинхронные двигатели с экранированными полюсами

Глядя на статор однофазного асинхронного двигателя с экранированными полюсами, вы увидите выступающие или выступающие полюса.Эти выступающие полюса затенены индуктивным медным кольцом. Эти столбы разделены на две неравные половины. Меньшая часть проводит медное кольцо и называется заштрихованной частью полюса.

Поскольку двигатели с экранированными полюсами обладают низким пусковым крутящим моментом и из-за их разумной стоимости, эти двигатели в основном используются в небольших инструментах, таких как фены, игрушки, проигрыватели грампластинок, маленькие вентиляторы, электрические часы и т. Д.

В следующих разделах вы познакомитесь с различными типами трехфазных асинхронных двигателей.

Типы трехфазных асинхронных двигателей

Трехфазные двигатели по обмотке ротора делятся на две категории. Эти две категории — это беличья клетка и контактное кольцо.

1. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Форма ротора этого типа напоминает форму клетки белки, и это причина того, что этот двигатель известен как асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Конструкция этого типа ротора очень проста.Ротор имеет многослойный цилиндрический сердечник и несколько пазов на внешней периферии. Прорези не похожи, они перекошены под некоторыми углами. Перекос пазов помогает предотвратить магнитную блокировку между статором и зубьями ротора. Эти прорези и их перекошенная форма обеспечивают плавную работу и снижают гудение.

У двигателей с короткозамкнутым ротором вместо обмотки ротора роторы стержней. Эти стержни изготовлены из алюминия, латуни или меди.

В этом типе ротора нет контактного кольца или щеток. Следовательно, конструкция этого типа двигателя проще и надежнее.

Асинхронный двигатель с контактным кольцом или с фазным ротором

Асинхронные двигатели с контактным кольцом известны как двигатели с фазным ротором. Ротор состоит из многослойного цилиндрического сердечника. Как и в двигателях с короткозамкнутым ротором, на внешней периферии есть несколько пазов. Обмотка ротора размещена внутри пазов.

обмотка ротора в асинхронных двигателях с фазным ротором намотана таким образом, что количество полюсов в обмотке ротора равно количеству полюсов обмотки статора.

Причина, по которой этот тип асинхронного двигателя называется контактным кольцом, заключается в том, что концевые выводы обмоток ротора соединены с контактными кольцами. Итак, этот двигатель известен как асинхронный двигатель с контактным кольцом.

Заключение

В этой статье мы попытались подробнее рассказать о различных типах асинхронных двигателей. Во-первых, мы дали краткое определение асинхронным двигателям и обсудили, как они работают. Далее мы поговорили об однофазных асинхронных двигателях и их типах. И, наконец, мы предоставили краткую информацию о трехфазных асинхронных двигателях и их типах.Если у вас все еще есть неясности по этой теме, вы можете зарегистрироваться на нашем сайте, и наши специалисты помогут вам. Наши специалисты в Linquip готовы ответить на ваши вопросы об асинхронных двигателях. Кроме того, мы будем очень рады, если у вас есть какой-либо опыт работы с асинхронными двигателями и вы захотите поделиться им с нами в комментариях. Надеюсь, вам понравилась эта статья.

.

No related posts.