Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Асинхронный двигатель — это электрическая машина переменного тока, в которой частота вращения ротора всегда меньше частоты вращающегося магнитного поля статора. Именно это несоответствие скоростей дало машине название. Сегодня асинхронные (индукционные) двигатели составляют более 80% всего электромеханического парка промышленных предприятий: они приводят в действие насосы, компрессоры, вентиляторы, конвейеры и станки. Простота конструкции, надёжность и низкие эксплуатационные расходы делают их основным выбором инженеров-электриков по всему миру.
Конструктивно асинхронный электродвигатель состоит из двух главных частей — неподвижного статора и вращающегося ротора, разделённых воздушным зазором. Его величина составляет, как правило, 0,3–2,0 мм в зависимости от мощности и числа полюсов: для маломощных двигателей — 0,3–0,5 мм, для крупных — до 2,0 мм. Чем меньше зазор, тем выше коэффициент мощности, однако при слишком малом значении возрастают добавочные потери и уровень шума.
Статор представляет собой цилиндрический корпус, внутри которого запрессован сердечник из листов электротехнической стали толщиной 0,35–0,5 мм. Листы изолированы друг от друга слоем лака, что снижает потери на вихревые токи. В пазах сердечника уложена трёхфазная обмотка, смещённая в пространстве на 120 электрических градусов.
Обмотка выполняется из медного провода в изоляции, как правило, класса нагревостойкости F (155 °C), в высокоэффективных машинах — класса H (180 °C) согласно ГОСТ 27471-87 и IEC 60034-1. Три начала и три конца фаз выведены в клеммную коробку, что обеспечивает возможность подключения по схеме «звезда» (Y) или «треугольник» (Δ).
Сердечник ротора также набирается из листов электротехнической стали и насажен на вал. Конструкция обмотки ротора определяет тип двигателя — это одно из ключевых конструктивных различий.
В короткозамкнутом роторе стержни отливаются из алюминиевого сплава непосредственно в пазы сердечника под давлением. Для двигателей мощностью выше 100 кВт применяются медные стержни — они обеспечивают меньшее активное сопротивление и более высокий КПД. Вместе с замыкающими кольцами и вентиляционными лопатками стержни образуют единую литую конструкцию. Доля двигателей с короткозамкнутым ротором в общем объёме выпуска превышает 90%.
Работа асинхронного двигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами, индуцированными в обмотке ротора. При подаче трёхфазного напряжения в воздушном зазоре возникает поле, вращающееся с синхронной частотой:
n1 = 60 · f / p
где f — частота питающей сети (50 Гц), p — число пар полюсов.
При p = 1: n1 = 3000 об/мин; при p = 2: n1 = 1500 об/мин; при p = 3: n1 = 1000 об/мин; при p = 4: n1 = 750 об/мин.
Вращающееся поле пересекает проводники ротора и индуцирует в них ЭДС. Поскольку стержни ротора замкнуты накоротко, по ним протекает ток. Взаимодействие этого тока с полем статора создаёт электромагнитный момент, раскручивающий ротор в направлении вращения поля.
Ротор никогда не достигает синхронной скорости n1 — иначе исчезнет относительное движение между полем и ротором, прекратится индукция тока и момент упадёт до нуля. Разница скоростей характеризуется скольжением s:
s = (n1 − n) / n1
где n — фактическая частота вращения ротора, об/мин.
Пример: при n1 = 1500 об/мин и n = 1455 об/мин скольжение s = 45 / 1500 = 0,03 (3,0%).
В номинальном режиме скольжение для большинства промышленных двигателей составляет 1–8%: у малых машин (до 4 кВт) — 5–8%, у крупных (свыше 30 кВт) — 1–3%. При увеличении нагрузки скольжение возрастает, что усиливает токи в роторе и восстанавливает момент. Критическое скольжение sкр, при котором момент достигает максимума, составляет для стандартных двигателей 10–30%. При его превышении наступает «опрокидывание» ротора.
Основное разделение — короткозамкнутый и фазный (с контактными кольцами) ротор. В промышленности доля двигателей с короткозамкнутым ротором превышает 90% от общего числа установленных асинхронных машин.
Стандарт IEC 60034-30-1:2014 (гармонизированный с ГОСТ 31606-2012) устанавливает четыре класса КПД для одиночноскоростных двигателей мощностью от 0,12 до 1000 кВт. В таблице ниже приведены минимальные значения КПД для четырёхполюсных двигателей (2p = 4) при 50 Гц согласно официальной таблице стандарта:
Регламент ЕС 2019/1781 установил обязательные требования в два этапа: с 1 июля 2021 года — класс IE3 для трёхфазных двигателей мощностью 0,75–1000 кВт; с 1 июля 2023 года — класс IE4 для двигателей мощностью 75–200 кВт (ЕС стал первым регионом мира, введшим обязательный IE4). Разница в КПД между IE1 и IE3 для двигателя 15 кВт при непрерывной работе 8 000 ч/год составляет около 5 000 кВт·ч экономии в год (расчёт: ΔP = 15/0,887 − 15/0,921 ≈ 0,62 кВт; 0,62 × 8 000 = 4 960 кВт·ч).
В клеммной коробке двигателя шесть зажимов (U1, V1, W1 — начала; U2, V2, W2 — концы) позволяют реализовать оба варианта соединения обмоток. Выбор схемы определяет напряжение на каждой обмотке и характеристики пуска.
При соединении «звездой» концы трёх обмоток объединяются в нейтральную точку, а к началам подводится линейное напряжение сети. Фазное напряжение составляет Uфаз = Uлин / √3. При питании от сети 380 В фазное напряжение равно 220 В. Поскольку момент пропорционален квадрату напряжения на обмотке, пусковой момент при «звезде» ровно в 3 раза меньше, чем при «треугольнике» при той же питающей сети.
При соединении «треугольником» обмотки включаются последовательно, и к каждой прикладывается полное линейное напряжение — 380 В. Пусковой момент в 3 раза выше, чем при «звезде», однако пусковой ток возрастает до 5–8 Iном.
Схема пуска Y–Δ: двигатель запускается в соединении Y (сниженный ток и момент), набирает скорость до 70–80% от номинальной, после чего автоматически переключается на Δ. Метод снижает пусковой ток в 3 раза по сравнению с прямым пуском на Δ и эффективен для механизмов с лёгким запуском — насосов и вентиляторов без нагрузки на валу при пуске. Реализуется двумя силовыми контакторами и реле времени согласно IEC 60947-4-1.
При прямом пуске пусковой ток короткозамкнутого двигателя превышает номинальный в 5–8 раз согласно ГОСТ IEC 60034-12 и каталожным данным производителей. Допустимость того или иного метода пуска определяется мощностью питающей сети, требованиями к качеству напряжения и характером нагрузки.
Асинхронный индукционный двигатель является универсальным приводным элементом во всех отраслях промышленного производства. По данным МЭК, электродвигатели в совокупности потребляют более 40% мирового промышленного электропотребления, причём большую часть из них составляют именно асинхронные машины.
Асинхронный двигатель — конструктивно простая, но физически богатая машина. Вращающееся магнитное поле статора, скольжение ротора и индуцированные токи образуют замкнутую самонастраивающуюся систему, в которой электрическая энергия преобразуется в механическую с КПД до 96,7% у современных машин класса IE4 (данные IEC 60034-30-1:2014). Понимание устройства — статора с трёхфазной обмоткой, типов ротора, формулы скольжения и схем подключения — является базой для грамотного выбора, монтажа и технического обслуживания электропривода в любой промышленной системе.
Правильный подбор класса энергоэффективности, схемы пуска и исполнения по степени защиты позволяет обеспечить надёжную работу оборудования на протяжении длительного срока при минимальных затратах на техническое обслуживание.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.