Асинхронні електродвигуни: пристрій, види, вибір між різними типами ротора

Електричні двигуни асинхронного типу являють собою агрегати, здатні перетворювати електричну енергію в механічну за допомогою обертання ротора. Так як магнітне поле статора не збігається зі швидкістю ротора, через асинхронність виникає електромагнітна сила, що приводить в рух вал електродвигуна. Різниця між полями називається ковзанням. Залежно від потужності установки значення ковзання досягає 1-8%.

Перед тим як перейдемо до покрокового розбору нюансів роботи електричних силових установок, нагадаємо, що двигуни бувають однофазними і трифазними. Розрізняються тим, що однофазний асинхронний електродвигун призначений для роботи в побутових мережах 220 В, а трифазний в промислових мережах 380 В.

Процес роботи виглядає так.

1. При подачі електрики на обмотки статора виникає магнітне поле. Під його дію потрапляє контур ротора.
2. В роторі з'являється змінний струм.
3. Отримані поля не збігаються за швидкістю, тому роторне поле намагається «наздогнати» статорне.
4. Коли частоти збігаються і синхронізуються, електромагнітний рух припиняється.

За таким принципом працює будь-яка силова установка асинхронного типу.

З описаної схеми стає зрозуміло, що струм виробляється безконтактним способом. Саме ця особливість забезпечує надійність і довговічність асинхронних установок.

Щоб змінити напрямок обертання, потрібно перепідключити фази на клемах. Що до частоти обертання, то вона безпосередньо залежить від частоти мережі і кількості полюсів. Вплинути на частоту вхідного імпульсу можна за допомогою перетворювача частоти. Статті про ці прилади ви також знайдете в нашому блозі.

Які переваги пропонують несинхронні мотори?

Всі достоїнства безпосередньо пов'язані з простим пристроєм електродвигуна.

1. Довговічність, експлуатаційна надійність. Відсутність рухомих деталей, практично виключає знос вузлів.
2. Прийнятна вартість. Близько 90% електромоторів у світі мають несинхронний устрій.
3. Доступне оперування. Для застосування мотора не потрібно (хоча і рекомендовано) володіти великим багажем технічних знань.
4. Універсальний характер використання. Сумісні практично з будь-яким обладнанням.

Тепер, коли ми зібрали базові знання про електромоторах, саме час перейти до докладного розбору градації цих агрегатів.

Типи асинхронних установок

Виділяють три основні різновиди. Однофазні з короткозамкненим контуром, аналогічні трифазні і трифазні з фазним ротором.

По суті, в «битві» за лідерство на ринку беруть участь електродвигуни асинхронні трифазні з контуром і з фазним включенням.

Для наочного порівняння схемотехнік, пройдемося по плюсах і мінусах кожної.

Плюси короткозамкненого рішення:

• відносно стабільна швидкість незалежно від навантаження;
• готовність до автоматизації управління;
• терпимість до короткочасних перевантажень механічного спрямування.

До недоліків відносяться: потреба у великому пусковому струмі, складності з регулюванням швидкості, малий коефіцієнт потужності при недовантаженні.

Плюси фазної схемотехніки:

• високе стартове значення обертів;
• потреба в меншому пусковому струмі;
• терпимість до короткочасних перевантажень;
• готовність до автоматизації управління.

Недоліків всього два: великі розміри, коефіцієнт корисної дії і потужність нижче, ніж у суперника.

Якщо ви чекаєте однозначний підсумок битви, то його не буде. Кожен агрегат підходить під конкретну задачу. Якщо місце дозволяє, і ви хочете вичавити максимум з наявних характеристик, варто взяти фазний мотор. У ситуації обмеженого простору краще розглянути короткозамкнену модель.

Як нівелювати недоліки і посилити переваги несинхронних агрегатів?

Крім розглянутих електродвигунів, на ринку зустрічаються колекторні установки, але вони програють асинхронним через те, що для їх роботи в обов'язковому порядку потрібне додаткове джерело живлення і перетворювач.

Асинхронні електродвигуни готові до роботи без додаткових вузлів, але якщо потрібно розширити функціональні можливості, наприклад, додати режими управління швидкістю, без перетворювача частоти (ПЧ) не обійтися. Наявність ПЧ дозволяє: впоратися з проблемою малого пускового струму, обмеженості обертання частотою мережі. Частотник також дає можливість частково компенсувати низьке значення потужності. Ну і найголовніше, ПЧ подовжує термін служби агрегату за рахунок пом'якшення ударного навантаження при різких стартах і зупинках.

ККД – ахіллесова п'ята розглянутих установок. Залежить цей коефіцієнт від моделі, особливостей конструкції, ступеня зносу деталей.

Які заходи необхідно вжити для запобігання падіння ККД? Насамперед необхідно забезпечити підтримку робочого режиму на рівні 75% від граничного навантаження двигуна. Далі за допомогою ПЧ потрібно налаштувати частоту і напругу вхідного імпульсу.

Для підвищення якісних показників задіють не тільки частотники, а й пристрої плавного пуску. Пристрій обмежує швидкість, з якою наростає пусковий струм, а також його максимальне значення.

Найважливішим фактором довголіття асинхронних моторів залишається своєчасне професійне ТО. Зовнішній огляд, очищення від пилу, сміття, сторонніх предметів проводяться перед кожним запуском. Вимірювання опору ізоляції, випробування, здійснюються щомісяця або в міру виникнення відхилень в роботі. Вирішальне значення також мають умови експлуатації, як то: вологість, рівень забруднення повітря, температура навколишнього середовища.