ЧТО ТАКОЕ ТРЕХФАЗНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Февраль, 2

Представьте, что вы смотрите на заводскую линию, где один за другим движутся огромные механизмы, транспортируя материалы, поднимая грузы или вращая тяжелые барабаны. Эта мощь обеспечивается трехфазными моторами (в основном, из каталога асинхронных двигателей), способными приводить в движение тяжёлые конструкции и работать часами без перегрева.

Секрет их эффективности — это трехфазный переменный ток, который позволяет создавать стабильное, мощное и постоянное магнитное поле, вращающее ротор без прерываний и скачков.

Для сравнения, другой вид электромоторов — однофазный, питается от обычной сети переменного тока с одним рабочим проводом и нейтралью. Такой двигатель не создает естественное вращающееся магнитное поле и требует дополнительного устройства (напр., стартовой обмотки или конденсатора) для начала вращения. Эти двигатели просты в эксплуатации, но их мощность и эффективность ограничены.

Трехфазный мотор использует три переменных тока, сдвинутых по фазе.

Трехфазный ток — это как три волны, сменяющие друг друга и поддерживающие постоянный уровень мощности. Они создают магнитное поле, плавно «тянущее» ротор, заставляя его вращаться. Такое магнитное поле позволяет машине работать более стабильно и мощно, чем однофазные двигатели — те часто «дрожат» и требуют дополнительных устройств для запуска. В блоге “Первой редукторной компании” есть отдельная статья, в которой мы рассказали, что лучше — однофазный или трехфазный двигатель в различных системах.

Первая часть конструкции — статор, сердце электропривода

Это статичная часть, окруженная токопроводящими элементами. В них подается трехфазный ток. Статор создаёт вращающееся магнитное поле, «затягивающее» ротор в движение. Чтобы оно было стабильным и сильным, внутри детали устанавливается сердечник из тонких стальных пластин. Эти пластины уменьшают потери на вихревые токи, как бы «разбивая» их, что предотвращает лишний нагрев и увеличивает КПД.

Чтобы представить принцип работы, вспомните, как мы используем электрический заряд для создания магнитного поля, проходя через провод. В статоре это явление умножено многократно: обмотки намотаны с точным расчетом, чтобы образовывать равномерное магнитное поле, плавно вращающееся вокруг ротора.

Вторая часть, ротор — что такое и как работает?

Это вращающая часть электромашины, находящаяся внутри статора. Он состоит из сердечника, токопроводящих элементов (короткозамкнутых или фазных) и вала. Между ротором и внешней статичной деталью остается небольшой воздушный карман (обычно от полумиллиметра до двух миллиметров), который предотвращает механическое трение и обеспечивает плавное вращение.

Принцип работы 3-фазной машины

Чтобы понять, что такое трёхфазный двигатель, рассмотрим, как он устроен, и как работает. Ток, поступающий через токопроводящие элементы статора, создает вращающееся магнитное поле, которое можно сравнить с вихрем, движущимся по кругу.

Ротор находится в этом вихре. Поле начинает оборачиваться и «тянет» подвижный элемент за собой, приводя его в движение, что создает крутящий момент. На вопрос “что такое крутящий момент двигателя” Википедия отвечает: сила, которая играет роль вращающего воздействия на тело. В нашем случае это сила, что заставляет ротор двигаться и выполнять работу, например, крутить шестеренки или другие механизмы.

Важная особенность 3-фазного агрегата — способность развивать высокий крутящий момент уже с момента запуска. Потому его используют там, где требуется быстрый старт под нагрузкой.

А что такое скольжение и на что оно влияет?

В реальных условиях подвижная внутренняя деталь не вращается с той же скоростью, что и статорное магнитное поле. Между скоростями в асинхронных двигателях 3ф всегда существует разница, называемая скольжением. Без скольжения не было бы индукции тока в роторе, а значит, и момента. Скольжение измеряется в процентах и варьируется в зависимости от нагрузки на мотор. Когда нагрузка увеличивается, растет и уровень скольжения, что позволяет ротору адаптироваться к изменяющимся условиям работы и обеспечивать стабильную производительность.

Скольжение обеспечивает создание момента в моторе: если бы подвижный элемент вращался с той же скоростью, что и поле статора, то индукция в токопроводящих элементах ротора отсутствовала бы, а значит, не было бы и силы, способной вращать вал.

Основные типы трёхфазных двигателей, и где они используются

К основным относятся следующие:

Асинхронные машины (индукционные). Самые востребованные в промышленности. Имеют ротор с контуром типа «беличья клетка», что снижает износ и необходимость в обслуживании. Применяются для стабильной работы под постоянной и переменной нагрузкой (напр., в насосах и конвейерах, где требуется надежность и устойчивость к перегреву).
Синхронные работают без скольжения, что обеспечивает точное совпадение скорости ротора с частотой сети. Используют постоянные магниты или обмотки возбуждения, что позволяет точно контролировать скорость и экономить электроэнергию в режиме переменной нагрузки. Применяются там, где требуется постоянная скорость, например, на водоочистных сооружениях.
Моторы с фазным ротором. Тут роторные провода соединены с внешним резистором. Это позволяет регулировать пусковой ток и момент, обеспечивая плавный запуск и адаптацию под разные нагрузки.
Высоковольтные машины. Работают на напряжении от 1000 В, что позволяет эффективно передавать мощность на большие расстояния. Используются в промышленных объектах, например, на гидроэлектростанциях для привода турбин, где требуется высокая мощность и минимальные потери.
Двигатели с частотным управлением. Асинхронные агрегаты с частотным преобразователем, который позволяет плавно изменять скорость. Часто применяются в вентиляционных и охлаждающих системах, где регулируемая скорость помогает экономить энергию и поддерживать комфортный микроклимат.

Схемы подключения трехфазного двигателя

Существует два основных способа подключения:

Звезда: при подключении к сетям с более высоким напряжением и позволяет уменьшить ток в каждой обмотке, что способствует плавному запуску двигателя.
Схема «треугольник» подходит для сетей с меньшим напряжением и обеспечивает максимальную мощность агрегата, однако при подключении таким образом устройство может испытывать более высокие пусковые токи.

Выбор схемы подключения зависит от характеристик сети и самого двигателя. Часто на практике используют схему «звезда/треугольник», когда машина запускается по первой схеме для ограничения пускового тока, и переключается на вторую для достижения полной мощности.

Важно знать, что происходит с электродвигателем при потере фазы, ведь это может вызвать серьезные проблемы в работе машины. При этом равномерное распределение тока нарушается, что приводит к перегрузке обмоток и возможному перегреву. Если машина продолжит работать в условиях потери фазы, это может привести к повреждению или выходу агрегата из строя, особенно под высокой нагрузкой. Чтобы предотвратить такие ситуации, на промышленных установках часто устанавливают защитные реле контроля фаз, которые отключают питание при потере фазы.

Трехфазные электродвигатели в “Первой редукторной компании”

“Первая редукторная компания” выпускает трехфазные асинхронные двигатели под собственной торговой маркой. В каталоге собраны модели с мощностью от 0,09 до 22 кВт и различной частотой вращения. Ротор, обычно, выполняется как короткозамкнутый или фазный. Мы отправляем моторы в полной комплектации почтой по Украине. Звоните, поможем подобрать агрегат для Вашей системы.