Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Тесла мотор» перенаправляется сюда. Информацию о компании по производству электромобилей см. В Tesla, Inc.
Трехфазный асинхронный двигатель полностью закрытого типа с вентиляторным охлаждением ( TEFC ) с торцевой крышкой слева и без торцевой крышки, чтобы показан охлаждающий вентилятор справа. В двигателях TEFC внутренние тепловые потери косвенно рассеиваются через ребра корпуса, в основном за счет принудительной конвекции воздуха.
Вид в разрезе статора асинхронного двигателя TEFC , показывающий ротор с лопатками внутренней циркуляции воздуха. Многие такие двигатели имеют симметричный якорь, и рама может быть перевернута, чтобы разместить электрическую соединительную коробку (не показана) на противоположной стороне.

Асинхронный двигатель или асинхронный двигатель представляет собой электродвигатель переменного тока , в котором электрический ток в роторе , необходимый для производства крутящего момента получается путем электромагнитной индукции от магнитного поля от статора обмотки. [1] Таким образом, асинхронный двигатель может быть изготовлен без электрических соединений с ротором. [a] Ротор асинхронного двигателя может быть как с обмоткой, так и с короткозамкнутым ротором.

Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором широко используются в качестве промышленных приводов, поскольку они самозапускаются, надежны и экономичны. Однофазные асинхронные двигатели широко используются для небольших нагрузок, таких как бытовые приборы, такие как вентиляторы. Хотя асинхронные двигатели традиционно используются для работы с фиксированной скоростью, они все чаще используются с частотно-регулируемыми приводами (VFD) в условиях регулируемой скорости. ЧРП предлагают особенно важные возможности экономии энергии для существующих и перспективных асинхронных двигателей в центробежных вентиляторах с регулируемым крутящим моментом , насосах и компрессорах. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором очень широко используются как в приводах с фиксированной скоростью, так и в приводах с регулируемой частотой.

История [ править ]

Модель первого асинхронного двигателя Николы Теслы в музее Тесла в Белграде, Сербия.
Конструкция ротора с короткозамкнутым ротором, демонстрирующая только три центральных слоя

В 1824 году французский физик Франсуа Араго сформулировал существование вращающихся магнитных полей , названных вращениями Араго . Включая и выключая переключатели вручную, Уолтер Бейли продемонстрировал это в 1879 году, фактически создав первый примитивный асинхронный двигатель. [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]

Первый однофазный асинхронный двигатель переменного тока без коммутатора был изобретен венгерским инженером Отто Блати ; он использовал однофазный двигатель для продвижения своего изобретения - счетчика электроэнергии . [9] [10]

Первые трехфазные асинхронные двигатели без коммутатора были независимо изобретены Галилео Феррарисом и Николой Тесла , работающая модель двигателя была продемонстрирована первым в 1885 году, а вторым - в 1887 году. Тесла подал заявку на патенты США в октябре и ноябре 1887 года. и получил некоторые из этих патентов в мае 1888 года. В апреле 1888 года Королевская академия наук Турина опубликовала исследование Феррариса о его многофазном двигателе переменного тока, в котором подробно описаны основы работы двигателя. [5] [11] В мае 1888 Тесла представил технический документ Новая система для двигателей переменного тока и трансформаторов с Американского института инженеров - электриков(AIEE) [12] [13] [14] [15] [16] с описанием трех типов двигателей с четырьмя полюсами статора: один с четырехполюсным ротором, образующим несамозапускаемый реактивный двигатель , другой с фазным ротором. образующий самозапускающийся асинхронный двигатель, а третий - истинный синхронный двигатель с отдельно возбуждаемым постоянным током на обмотку ротора.

Джордж Вестингауз , который в то время разрабатывал систему питания переменного тока , получил лицензию на патенты Tesla в 1888 году и приобрел в США вариант патента на концепцию асинхронного двигателя Ferraris. [17] Тесла также работал в течение одного года в качестве консультанта. Сотрудник Westinghouse К.Ф. Скотт был назначен помогать Tesla, а позже взял на себя разработку асинхронного двигателя в Westinghouse. [12] [18] [19] [20] Стойкий в своем продвижении трехфазной разработки, Михаил Доливо-Добровольский изобрел асинхронный двигатель с ротором в клетке в 1889 году и трехэлементный трансформатор в 1890 году. [21] [22]Кроме того, он утверждал, что двигатель Теслы был непрактичным из-за двухфазных пульсаций, которые побудили его продолжать свою трехфазную работу. [23] Хотя Westinghouse создал свой первый практический асинхронный двигатель в 1892 году и разработал линейку многофазных асинхронных двигателей с частотой 60 Гц в 1893 году, эти ранние двигатели Westinghouse были двухфазными двигателями с намотанными роторами до тех пор, пока Б.Г. Ламме не разработал ротор с вращающейся обмоткой. [12]

Компания General Electric (GE) начала разрабатывать трехфазные асинхронные двигатели в 1891 году. [12] К 1896 году General Electric и Westinghouse подписали соглашение о взаимном лицензировании на конструкцию ротора со стержневой обмоткой, позже названного ротором с короткозамкнутым ротором. [12] Артур Э. Кеннелли был первым, кто выявил всю значимость комплексных чисел (используя j для представления квадратного корня из минус единицы) для обозначения оператора поворота на 90 ° при анализе задач переменного тока. [24] Чарльз Протеус Стейнмец ( Charles Proteus Steinmetz ) из GE значительно развил применение сложных величин переменного тока, включая модель анализа, теперь широко известную как асинхронный двигатель.Эквивалентная схема Штейнмеца . [12] [25] [26] [27]

Усовершенствования асинхронного двигателя, проистекающие из этих изобретений и инноваций, были таковы, что асинхронный двигатель мощностью 100 лошадиных сил в настоящее время имеет те же установочные размеры, что и двигатель мощностью 7,5 лошадиных сил в 1897 году [12].

Принцип работы [ править ]

Трехфазный источник питания обеспечивает вращающееся магнитное поле в асинхронном двигателе.
Собственное скольжение - неравная частота вращения поля статора и ротора.

Как в асинхронных, так и в синхронных двигателях мощность переменного тока, подаваемая на статор двигателя, создает магнитное поле, которое вращается синхронно с колебаниями переменного тока. В то время как ротор синхронного двигателя вращается с той же скоростью, что и поле статора, ротор асинхронного двигателя вращается с несколько меньшей скоростью, чем поле статора. Поэтому магнитное поле статора асинхронного двигателя изменяется или вращается относительно ротора. Это индуцирует встречный ток в роторе асинхронного двигателя, фактически во вторичной обмотке двигателя, когда последняя замкнута накоротко или замкнута из-за внешнего импеданса. [28] Вращающийся магнитный поток индуцирует токи в обмотках ротора, [29] аналогично токам, наводимым во вторичной обмотке (ах) трансформатора .

Индуцированные токи в обмотках ротора, в свою очередь, создают магнитные поля в роторе, которые противодействуют полю статора. Направление создаваемого магнитного поля будет таким, чтобы противодействовать изменению тока через обмотки ротора, в соответствии с законом Ленца.. Причиной индуцированного тока в обмотках ротора является вращающееся магнитное поле статора, поэтому, чтобы противодействовать изменению токов обмотки ротора, ротор начинает вращаться в направлении вращающегося магнитного поля статора. Ротор ускоряется до тех пор, пока величина индуцированного тока ротора и крутящего момента не уравновесит приложенную механическую нагрузку на вращение ротора. Поскольку вращение с синхронной скоростью не приведет к возникновению индуцированного тока ротора, асинхронный двигатель всегда работает немного медленнее, чем синхронная скорость. Разница, или «проскальзывание», между фактической и синхронной скоростью варьируется от 0,5% до 5,0% для стандартных асинхронных двигателей с кривой крутящего момента конструкции B. [30] Существенная особенность асинхронного двигателя заключается в том, что он создается исключительно за счет индукции, а не отдельно возбуждается, как в синхронных машинах или машинах постоянного тока, или самонамагничивается, как в двигателях с постоянными магнитами . [28]

Для индуцирования токов ротора скорость физического ротора должна быть ниже, чем скорость вращающегося магнитного поля статора ( ); в противном случае магнитное поле не двигалось бы относительно проводников ротора и не возникло бы тока. Когда скорость ротора падает ниже синхронной скорости, скорость вращения магнитного поля в роторе увеличивается, вызывая больший ток в обмотках и создавая больший крутящий момент. Соотношение между скоростью вращения магнитного поля, индуцированного в роторе, и скоростью вращения вращающегося поля статора называется «скольжением». Под нагрузкой скорость падает, а скольжение увеличивается настолько, чтобы создать достаточный крутящий момент для поворота нагрузки. По этой причине асинхронные двигатели иногда называют «асинхронными двигателями». [31]

Асинхронный двигатель можно использовать в качестве индукционного генератора или его можно развернуть, чтобы сформировать линейный асинхронный двигатель.которые могут напрямую генерировать линейное движение. Генераторный режим для асинхронных двигателей усложняется необходимостью возбуждать ротор, который начинается только с остаточного намагничивания. В некоторых случаях этой остаточной намагниченности достаточно для самовозбуждения двигателя под нагрузкой. Следовательно, необходимо либо защелкнуть двигатель и на мгновение подключить его к сети, находящейся под напряжением, либо добавить конденсаторы, изначально заряженные остаточным магнетизмом и обеспечивающие требуемую реактивную мощность во время работы. Аналогичным образом работает асинхронный двигатель параллельно с синхронным двигателем, служащим компенсатором коэффициента мощности. Особенностью генераторного режима параллельно сети является то, что частота вращения ротора выше, чем в режиме движения. Затем в сеть передается активная энергия. [2]Еще одним недостатком асинхронного двигателя-генератора является то, что он потребляет значительный ток намагничивания I 0 = (20-35)%.

Синхронная скорость [ править ]

Синхронная скорость двигателя переменного тока , является скоростью вращения магнитного поля статора,

,

где - частота источника питания, - количество магнитных полюсов, - синхронная скорость машины. Для получения в герцах и синхронной скорости в RPM , формула приобретает следующий вид :

. [32] [33]

Например, для четырехполюсного трехфазного двигателя = 4 и = 1500 об / мин (для = 50 Гц) и 1800 об / мин (для = 60 Гц) синхронная скорость.

Число магнитных полюсов, равно числу групп катушек на фазу. Чтобы определить количество групп катушек на фазу в трехфазном двигателе, подсчитайте количество катушек, разделите на количество фаз, которое равно 3. Катушки могут занимать несколько пазов в сердечнике статора, что затрудняет их подсчет. . Для трехфазного двигателя, если вы насчитаете в общей сложности 12 групп катушек, он имеет 4 магнитных полюса. Для 12-полюсной 3-фазной машины будет 36 катушек. Количество магнитных полюсов в роторе равно количеству магнитных полюсов в статоре.

На двух рисунках справа и слева над каждой из них изображена 2-полюсная 3-фазная машина, состоящая из трех пар полюсов, каждая из которых расположена на расстоянии 60 ° друг от друга.

Slip [ править ]

Типичная кривая крутящего момента как функция скольжения, обозначенная здесь буквой «g»

Скольжение определяется как разница между синхронной скоростью и рабочей скоростью на одной и той же частоте, выраженная в об / мин, или в процентах, или соотношении синхронной скорости. Таким образом

где - электрическая скорость статора, - механическая скорость ротора. [34] [35] Скольжение, которое изменяется от нуля при синхронной скорости до 1, когда ротор останавливается, определяет крутящий момент двигателя. Поскольку короткозамкнутые обмотки ротора имеют небольшое сопротивление, даже небольшое скольжение вызывает большой ток в роторе и создает значительный крутящий момент. [36] При полной номинальной нагрузке скольжение изменяется от более 5% для двигателей малого или специального назначения до менее 1% для двигателей большой мощности. [37] Эти колебания скорости могут вызвать проблемы с распределением нагрузки при механическом соединении двигателей разных размеров. [37] Существуют различные методы уменьшения проскальзывания, часто наилучшим решением являются частотно-регулируемые приводы. [37]

Крутящий момент [ править ]

Смотрите также: правило левой руки Флеминга для двигателей

Стандартный крутящий момент [ править ]

Кривые скорость-крутящий момент для четырех типов асинхронных двигателей: A) Однофазный, B) Многофазный сепаратор, C) Полифазный сепаратор, глубокий стержень, D) Многофазный двойной сепаратор
Типовая кривая скорость-крутящий момент для двигателя NEMA Design B
Воспроизвести медиа
Переходное решение для асинхронного двигателя переменного тока от полного останова до его рабочей точки при переменной нагрузке.

Типичное соотношение скорости и момента стандартного многофазного асинхронного двигателя NEMA Design B показано на кривой справа. Двигатели конструкции B, подходящие для большинства низкопроизводительных нагрузок, таких как центробежные насосы и вентиляторы, ограничены следующими типичными диапазонами крутящего момента: [30] [b]

  • Пробойный крутящий момент (максимальный крутящий момент), 175–300% от номинального крутящего момента
  • Крутящий момент заторможенного ротора (крутящий момент при 100% скольжении), 75–275% от номинального крутящего момента
  • Повышающий крутящий момент, 65–190% от номинального крутящего момента.

В диапазоне нормальной нагрузки двигателя крутизна крутящего момента приблизительно линейна или пропорциональна скольжению, потому что значение сопротивления ротора, деленное на скольжение, линейно доминирует над крутящим моментом. [38] По мере того, как нагрузка превышает номинальную, коэффициенты реактивного сопротивления утечки статора и ротора постепенно становятся более значительными по сравнению с тем , что крутящий момент постепенно изменяется в сторону крутящего момента пробоя. Когда крутящий момент нагрузки увеличивается сверх момента пробоя, двигатель глохнет.

Запуск [ править ]

См. Также: Контроллер мотора

Существует три основных типа малых асинхронных двигателей: однофазные с расщепленными полюсами, однофазные с расщепленными полюсами и многофазные.

В двухполюсных однофазных двигателях крутящий момент стремится к нулю при 100% скольжении (нулевая скорость), поэтому для обеспечения пускового момента требуется изменение статора, например, закрашенные полюса . Однофазный асинхронный двигатель требует отдельной пусковой цепи, чтобы обеспечить вращающееся поле двигателю. Нормально работающие обмотки в таком однофазном двигателе могут вызвать вращение ротора в любом направлении, поэтому пусковая схема определяет рабочее направление.

Магнитный поток в двигателе с экранированными полюсами.

В некоторых однофазных двигателях меньшего размера запуск осуществляется путем поворота медного провода вокруг части полюса; такой столб называется заштрихованным. Ток, индуцированный в этом витке, отстает от тока питания, создавая запаздывающее магнитное поле вокруг заштрихованной части лицевой стороны полюса. Это передает энергию вращательного поля, достаточную для запуска двигателя. Эти двигатели обычно используются в таких приложениях, как настольные вентиляторы и проигрыватели, поскольку требуемый пусковой крутящий момент невелик, а низкая эффективность является допустимой по сравнению со сниженной стоимостью двигателя и метода запуска по сравнению с другими конструкциями двигателей переменного тока.

Однофазные двигатели большего размера являются двигателями с расщепленной фазой и имеют вторую обмотку статора, питаемую противофазным током; такие токи могут быть созданы, пропуская обмотку через конденсатор или получая разные значения индуктивности и сопротивления от основной обмотки. В конструкциях с конденсаторным пуском вторая обмотка отключается, когда двигатель набирает скорость, обычно либо центробежным переключателем, воздействующим на груз на валу двигателя, либо термистором, который нагревается и увеличивает его сопротивление, уменьшая ток через вторую обмотку. до незначительного уровня. В конденсаторной перспективе конструкции держать вторые обмотки, когда работает, улучшая крутящий момент. Начало сопротивления В конструкции используется пускатель, включенный последовательно с пусковой обмоткой, создающий реактивное сопротивление.

Самозапускающиеся многофазные асинхронные двигатели создают крутящий момент даже в состоянии покоя. Доступные методы пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором включают прямой пуск, пуск реактора пониженного напряжения или автотрансформатора, пуск звезда-треугольник или, все чаще, новые твердотельные программные сборки и, конечно же, частотно- регулируемые приводы (ЧРП). ). [39]

Многофазные двигатели имеют стержни ротора, форма которых обеспечивает различные характеристики скорости-момента. Распределение тока в стержнях ротора зависит от частоты индуцированного тока. В состоянии покоя ток ротора имеет ту же частоту, что и ток статора, и имеет тенденцию проходить через крайние части стержней ротора сепаратора (за счет скин-эффекта ). Различные формы стержней могут дать полезные различные характеристики скорости-момента, а также некоторый контроль над пусковым током при запуске.

Хотя многофазные двигатели по своей природе самозапускаются, их расчетные пределы пускового момента и пускового момента должны быть достаточно высокими, чтобы преодолевать фактические условия нагрузки.

В двигателях с фазным ротором соединение цепи ротора через контактные кольца с внешними сопротивлениями позволяет изменять характеристики скорости-момента для управления ускорением и регулированием скорости.

Контроль скорости [ править ]

Сопротивление [ править ]
Типовые кривые скорость-крутящий момент для различных входных частот двигателя, например, используемые с частотно-регулируемыми приводами

До развития полупроводниковой силовой электроники было трудно изменять частоту, и асинхронные двигатели с сепаратором в основном использовались в приложениях с фиксированной скоростью. В таких приложениях, как электрические мостовые краны, используются приводы постоянного тока или двигатели с фазным ротором (WRIM) с контактными кольцами для подключения цепи ротора к переменному внешнему сопротивлению, что позволяет регулировать скорость в значительном диапазоне. Однако потери в резисторах, связанные с низкоскоростной работой WRIM, являются основным недостатком стоимости, особенно для постоянных нагрузок. [40] Приводы двигателей с большим контактным кольцом, называемые системами рекуперации энергии скольжения, некоторые из которых все еще используются, рекуперируют энергию из контура ротора, выпрямляют ее и возвращают в энергосистему с помощью частотно-регулируемого привода.

Каскад [ править ]

Скорость пары электродвигателей с контактным кольцом может регулироваться каскадным или конкатенационным соединением. Ротор одного двигателя соединен со статором другого. [41] [42] Если два двигателя также соединены механически, они будут работать с половинной скоростью. Эта система когда-то широко использовалась в железнодорожных локомотивах трехфазного переменного тока, таких как FS Class E.333 .

Частотно-регулируемый привод [ править ]
Частотно-регулируемый привод
Основная статья: частотно-регулируемый привод

Во многих промышленных применениях с регулируемой скоростью приводы постоянного тока и WRIM заменяются асинхронными двигателями с питанием от частотно-регулируемого привода. Наиболее распространенный эффективный способ управления скоростью асинхронного двигателя многих нагрузок - это частотно-регулируемые приводы. Барьеры для внедрения частотно-регулируемых приводов из соображений стоимости и надежности были значительно уменьшены за последние три десятилетия, так что, по оценкам, приводная технология применяется в 30–40% всех вновь устанавливаемых двигателей. [43]

Преобразователи частоты реализуют скалярное или векторное управление асинхронным двигателем.

При скалярном управлении контролируются только величина и частота напряжения питания без контроля фазы (отсутствие обратной связи по положению ротора). Скалярное управление подходит для приложений, где нагрузка постоянна.

Векторное управление позволяет независимо управлять скоростью и крутящим моментом двигателя, что позволяет поддерживать постоянную скорость вращения при изменении момента нагрузки. Но векторное управление дороже из-за стоимости датчика (не всегда) и необходимости более мощного контроллера. [44]

Строительство [ править ]

Типовая схема намотки трехфазного (U, W, V) четырехполюсного двигателя. Обратите внимание на чередование полюсных обмоток и результирующее квадрупольное поле .

Статор асинхронного двигателя состоит из полюсов, по которым проходит ток питания, создающий магнитное поле, пронизывающее ротор. Чтобы оптимизировать распределение магнитного поля, обмотки распределены в пазах вокруг статора, причем магнитное поле имеет одинаковое количество северных и южных полюсов. Асинхронные двигатели чаще всего работают от однофазного или трехфазного питания, но существуют двухфазные двигатели; Теоретически асинхронные двигатели могут иметь любое количество фаз. Многие однофазные двигатели с двумя обмотками можно рассматривать как двухфазные, поскольку конденсатор используется для генерации второй фазы мощности под углом 90 ° от однофазного источника питания и подачи ее на вторую обмотку двигателя. Однофазные двигатели требуют некоторого механизма для создания вращающегося поля при запуске. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором В обмотке ротора стержни ротора могут быть слегка перекошены для выравнивания крутящего момента при каждом обороте.

Стандартизованные размеры корпуса двигателя NEMA и IEC во всей отрасли приводят к взаимозаменяемым размерам для вала, крепления на лапах, общих аспектов, а также некоторых аспектов фланца двигателя. Поскольку открытая конструкция двигателя с защитой от капель (ODP) обеспечивает свободный воздухообмен извне к внутренним обмоткам статора, этот тип двигателя имеет тенденцию быть немного более эффективным, поскольку обмотки более холодные. При заданной номинальной мощности для более низкой скорости требуется рама большего размера. [45]

Реверс вращения [ править ]

Способ изменения направления вращения асинхронного двигателя зависит от того, является ли он трехфазным или однофазным. Трехфазный двигатель можно реверсировать, поменяв местами любые два его фазных соединения. Двигатели, которые должны регулярно менять направление (например, подъемники), будут иметь дополнительные переключающие контакты в контроллере для реверсирования вращения по мере необходимости. Привода переменной частоты почти всегда обеспечивает разворот путем электронного изменения последовательности фаз напряжения , приложенного к электродвигателю.

В однофазном двигателе с расщепленной фазой реверсирование достигается за счет изменения полярности подключения пусковой обмотки. Некоторые двигатели выводят соединения пусковой обмотки, чтобы можно было выбрать направление вращения при установке. Если пусковая обмотка постоянно подключена к двигателю, нецелесообразно менять направление вращения. Однофазные двигатели с расщепленными полюсами имеют фиксированное вращение, если не предусмотрен второй комплект экранирующих обмоток.

Коэффициент мощности [ править ]

Коэффициент мощности асинхронных двигателей изменяется в зависимости от нагрузки, обычно от 0,85 или 0,90 при полной нагрузке до примерно 0,20 без нагрузки [39] из-за утечки статора и ротора и реактивных сопротивлений намагничивания. [46] Коэффициент мощности можно повысить, подключив конденсаторы либо к отдельному двигателю, либо, предпочтительно, к общей шине, охватывающей несколько двигателей. По экономическим и другим соображениям в энергосистемах коэффициент мощности редко корректируется до единичного коэффициента мощности. [47] Применение силовых конденсаторов с гармоническими токами требует анализа энергосистемы, чтобы избежать гармонического резонанса между конденсаторами и реактивными сопротивлениями трансформатора и цепи. [48] Для минимизации резонансного риска и упрощения анализа энергосистемы рекомендуется коррекция коэффициента мощности по общей шине. [48]

Эффективность [ править ]

Сверлильный станок с индукционным электродвигателем
См. Также: частотно-регулируемый привод § Экономия энергии

КПД двигателя при полной нагрузке составляет около 85–97%, соответствующие потери двигателя разбиваются примерно следующим образом: [49]

  • Трение и парусность 5–15%
  • Потери в железе или сердечнике , 15–25%
  • Потери статора, 25–40%
  • Потери в роторе, 15–25%
  • Потери от паразитной нагрузки 10–20%.

Различные регулирующие органы во многих странах приняли и внедрили законы, поощряющие производство и использование электродвигателей с более высоким КПД. Существует действующее и готовящееся к рассмотрению законодательство относительно будущего обязательного использования асинхронных двигателей с повышенным КПД в определенном оборудовании. Для получения дополнительной информации см .: Высокая эффективность .

Эквивалентная схема Штейнмеца [ править ]

Многие полезные взаимосвязи двигателя между временем, током, напряжением, скоростью, коэффициентом мощности и крутящим моментом могут быть получены из анализа эквивалентной схемы Штейнмеца (также называемой Т-эквивалентной схемой или рекомендованной IEEE эквивалентной схемой), математической модели, используемой для описания того, как Входная электрическая мощность асинхронного двигателя преобразуется в полезную выходную механическую энергию. Эквивалентная схема представляет собой однофазное представление многофазного асинхронного двигателя, действующего в установившихся условиях сбалансированной нагрузки.

Эквивалентная схема Штейнмеца выражается просто через следующие компоненты:

  • Сопротивление статора и реактивное сопротивление утечки ( , ).
  • Ротор сопротивление, утечки реактивного сопротивления и скольжение ( , или , и ).
  • Реактивное сопротивление намагничивания ( ).

Перефразируя Алджера в Ноултоне, асинхронный двигатель - это просто электрический трансформатор, магнитная цепь которого разделена воздушным зазором между обмоткой статора и движущейся обмоткой ротора. [28] Эквивалентная схема соответственно может быть показана либо с компонентами эквивалентной схемы соответствующих обмоток, разделенных идеальным трансформатором, либо с компонентами ротора, относящимися к стороне статора, как показано в следующей схеме и соответствующих таблицах уравнений и определений параметров. [39] [47] [50] [51] [52] [53]

Эквивалентная схема Штейнмеца
Определения параметров цепи
Единицы измерения
частота источника статораГц
синхронная частота статораГц
скорость ротора в оборотах в минутуоб / мин
синхронная скорость в оборотах в минутуоб / мин
статора или первичного токаА
ротор или вторичный ток относительно стороны статораА
ток намагничиванияА
мнимое число или поворот на 90 ° , оператор
Фактор реактивного сопротивления Тевенина
количество фаз двигателя
количество полюсов двигателя
электромеханическая мощностьВт или л.с.
мощность воздушного зазораW
потери меди в ротореW
входная мощностьW
потеря в сердечникеW
потери на трение и парусностьW
входная мощность ходового света ваттW
потеря паразитной нагрузкиW
сопротивление статора или первичной обмотки и реактивное сопротивление утечкиΩ
сопротивление ротора или вторичной обмотки и реактивное сопротивление утечки со стороны статораΩ
сопротивление и реактивное сопротивление утечки на входе двигателяΩ
Эквивалентное сопротивление Тевенина и реактивное сопротивление утечки, объединяющее иΩ
соскальзывать
электромагнитный моментНм или фут-фунт
момент пробояНм или фут-фунт
сжатое фазное напряжение статораV
намагничивающее реактивное сопротивлениеΩ
Ω
статора или первичного импедансаΩ
импеданс ротора или вторичной обмотки относительно первичнойΩ
полное сопротивление на статоре двигателя или первичном входеΩ
комбинированный ротор или вторичный и намагничивающий импедансΩ
Сопротивление эквивалентной цепи Тевенина, Ω
скорость роторарад / с
синхронная скоростьрад / с
S или Ʊ
Ω

Следующие практические приближения применяются к схеме: [53] [54] [55]

  • Максимальный ток возникает в условиях тока заторможенного ротора (LRC) и несколько меньше , при этом LRC обычно в 6-7 раз превышает номинальный ток для двигателей стандартной конструкции B. [30]
  • Пробойный момент возникает тогда и так , что и, следовательно, при постоянном входном напряжении максимальный крутящий момент асинхронного двигателя с малым скольжением в процентах составляет примерно половину его LRC, номинального в процентах.
  • Относительное реактивное сопротивление утечки статора к ротору асинхронных двигателей стандартной конструкции с корпусом B составляет [56]
    .
  • Если пренебречь сопротивлением статора, кривая крутящего момента асинхронного двигателя сводится к уравнению Клосса [57]
    , где скользит .
Основные электрические уравнения

Эквивалентный импеданс двигателя на входе

Ток статора

Ток ротора относительно стороны статора в терминах тока статора

Уравнения мощности

Из эквивалентной схемы Штейнмеца имеем

То есть мощность воздушного зазора равна выходной электромеханической мощности плюс потери в меди в роторе.

Выражение электромеханической выходной мощности через скорость ротора

(Вт)
(л.с.)

Выражаясь в фут-фунтах:

(л.с.)
Уравнения крутящего момента
(ньютон-метры)

Чтобы иметь возможность выражать непосредственно через , IEEE рекомендует преобразовать и преобразовать в эквивалентную схему Тевенина

IEEE рекомендовала эквивалентную схему Тевенина

где

Поскольку и , и позволяя

и [55]
(Н · м) [55]

Для низких значений скольжения:

Поскольку и
(Н · м)

Для высоких значений скольжения

С
(Н · м)

Для максимального или пробивного крутящего момента, который не зависит от сопротивления ротора.

(Н · м) [55]

Соответствующее скольжение при максимальном или пробивном крутящем моменте

[55]

В фут-фунтах

(фут-фунт)
(фут-фунт)

Линейный асинхронный двигатель [ править ]

Основная статья: Линейный асинхронный двигатель

Линейные асинхронные двигатели, которые работают по тем же общим принципам, что и роторные асинхронные двигатели (часто трехфазные), предназначены для движения по прямой. Использование включает магнитную левитацию , линейный движитель, линейные приводы и перекачку жидкого металла . [58]

См. Также [ править ]

  • Двигатель переменного тока
  • Круговая диаграмма
  • Индукционный генератор
  • Премиальная эффективность
  • Переменный поток хладагента

Заметки [ править ]

  1. ^ То есть, электрические соединениятребующие механическая коммутация , раздельное возбуждение или самовозбуждения для всех или части энергиипередаваемой от статора к ротору, которые встречаются в универсальных , DC и синхронных двигателях.
  2. ^ NEMA MG-1 определяет а) момент пробоя как максимальный крутящий момент, развиваемый двигателем при номинальном напряжении, приложенном при номинальной частоте без резкого падения скорости, б) крутящий момент заторможенного ротора как минимальный крутящий момент, развиваемый двигателем в состоянии покоя с номинальной напряжение, приложенное при номинальной частоте, и c) крутящий момент, равный минимальному крутящему моменту, развиваемому двигателем в период ускорения от состояния покоя до скорости, при которой возникает момент пробоя.

Ссылки [ править ]

  1. ^ IEC 60050 (Дата публикации: 1990-10). Раздел 411-31: Вращающее оборудование - Общие положения, исх. 411-31-10: « Индукционная машина - асинхронная машина, у которой находится под напряжением только одна обмотка».
  2. ^ a b Бэббидж, C .; Гершель, JFW (январь 1825 г.). "Отчет о повторении экспериментов М. Араго с магнетизмом, проявляемым различными веществами во время акта вращения" . Философские труды Королевского общества . 115 : 467–496. Bibcode : 1825RSPT..115..467B . DOI : 10,1098 / rstl.1825.0023 . Проверено 2 декабря 2012 года .
  3. ^ Томпсон , Сильванус Филлипс (1895). Многофазные электрические токи и двигатели переменного тока (1-е изд.). Лондон: E. & FN Spon. п. 261 . Проверено 2 декабря 2012 года .
  4. ^ Бэйли, Вальтер (28 июня 1879). «Режим производства вращения Араго» . Философский журнал . Тейлор и Фрэнсис. 3 (1): 115–120. Bibcode : 1879PPSL .... 3..115B . DOI : 10.1088 / 1478-7814 / 3/1/318 .
  5. ^ a b Вучкович, Владан (ноябрь 2006 г.). «Толкование открытия» (PDF) . Сербский журнал инженеров-электриков . 3 (2) . Проверено 10 февраля 2013 года .
  6. ↑ Инженер-электрик, Том 5. (февраль 1890 г.)
  7. Перейти ↑ The Electrician, Volume 50.1923
  8. ↑ Официальный вестник Патентного ведомства США: Том 50 (1890).
  9. ^ Eugenii Кац. «Блати» . People.clarkson.edu. Архивировано из оригинального 25 июня 2008 года . Проверено 4 августа 2009 .
  10. ^ Рикс, БДГФ (март 1896 г.). «Счетчики электроэнергии» . Журнал Института инженеров-электриков . 25 (120): 57–77. DOI : 10,1049 / jiee-1.1896.0005 .
  11. ^ Феррарис, Г. (1888). "Атти делла Реале Академия делле науки Турина". Атти делла Р. Академия делле науки в Турине . XXIII : 360–375.
  12. ^ a b c d e f g Алджер, Польша; Арнольд, Р. Э. (1976). «История индукционных двигателей в Америке». Труды IEEE . 64 (9): 1380–1383. DOI : 10,1109 / PROC.1976.10329 . S2CID 42191157 . 
  13. ^ Froehlich, Fritz E. редактор главный; Соредактор Аллена Кента (1992). Энциклопедия телекоммуникаций Фрёлиха / Кента: Том 17 - Телевизионные технологии для подключения антенн (Первое издание). Нью-Йорк: Marcel Dekker, Inc., стр. 36. ISBN 978-0-8247-2902-8.
  14. ↑ Инженер-электрик (21 сентября 1888 г.). . . . о новом применении переменного тока для создания вращательного движения почти одновременно сообщили два экспериментатора, Никола Тесла и Галилео Феррарис, и этот предмет привлек всеобщее внимание тем фактом, что не было коммутатора или какого-либо соединения с якорем. обязательный. . . . Том II. Лондон: Charles & Co., стр. 239. |volume= has extra text (help)
  15. ^ Феррарис, Галилей (1885). «Электромагнитное вращение с переменным током». Электрик . 36 : 360–375.
  16. ^ Тесла, Никола; AIEE Trans. (1888 г.). «Новая система для двигателей и трансформаторов переменного тока» . AIEE . 5 : 308–324 . Проверено 17 декабря 2012 года .
  17. ^ Jill Джоннес, Empires света: Эдисон, Тесла, Westinghouse, и гонки электрифицировать мира, Эдисон объявляет войну
  18. ^ Электрический мир, том 78, № 7. стр. 340
  19. ^ Клустер, John W. (30 июля 2009). Иконы изобретений создателей современного мира от Гутенберга до Гейтса . Санта-Барбара: ABC-CLIO. п. 305. ISBN 978-0-313-34744-3. Проверено 10 сентября 2012 года .
  20. ^ Дэй, Лэнс (1996). Макнил, Ян (ред.). Биографический словарь истории техники . Лондон: Рутледж . п. 1204. ISBN 978-0-203-02829-2. Проверено 2 декабря 2012 года .
  21. ^ Хаббел, MW (2011). Основы атомной энергетики. Вопросы и ответы . Авторский дом. п. 27. ISBN 978-1463424411.
  22. ^ История комитета VDE по электротехнике Немецкое отделение IEEE (январь 2012 г.). "150 лет со дня рождения коллоквиума Михаила фон Доливо-Добровольского" . 13 . Архивировано из оригинального 25 февраля 2013 года . Проверено 10 февраля 2013 года . Cite journal requires |journal= (help)
  23. ↑ Доливо-Добровольский, М. (1891). ETZ . 12 : 149, 161. Отсутствует или пусто |title=( справка )
  24. ^ Kennelly, Артур Е. (январь 1893). «Импеданс» . Труды Американского института инженеров-электриков . X : 172–232. DOI : 10,1109 / Т-AIEE.1893.4768008 .
  25. ^ Steinmetz, Чарльз Porteus (1897). «Асинхронный двигатель переменного тока». AIEE Trans . XIV (1): 183–217. DOI : 10,1109 / Т-AIEE.1897.5570186 . S2CID 51652760 . 
  26. ^ Banihaschemi, Abdolmajid (1973). Определение потерь в индукционных машинах из-за гармоник (PDF) . Фредериктон, NB: Университет Нью-Брансуика. С. 1, 5–8. Архивировано из оригинального (PDF) 04.07.2013.
  27. ^ Steinmetz, Чарльз Протеус; Берг, Эрнст Дж. (1897). Теория и расчет явлений переменного тока . Издательская компания McGraw. ПР 7218906М . 
  28. ^ a b c Алжир, Филип Л .; и другие. (1949). « Подраздел « Индукционные машины »раздела 7 - Генераторы переменного тока и двигатели». В Ноултоне, AE (ред.). Стандартный справочник для инженеров-электриков (8-е изд.). Макгроу-Хилл. п. 705.
  29. ^ "Двигатели переменного тока" . NSW HSC Online - Университет Чарльза Стерта. Архивировано из оригинального 30 октября 2012 года . Проверено 2 декабря 2012 года .
  30. ^ a b c NEMA MG-1 2007 Сжатый (2008). Информационное руководство по стандартам малых и средних асинхронных двигателей переменного тока общего назначения с короткозамкнутым ротором . Росслин, Вирджиния США: NEMA. п. 29 (таблица 11) . Проверено 2 декабря 2012 года .
  31. ^ «Асинхронные двигатели» (PDF) . Университет штата Миссисипи, факультет электротехники и вычислительной техники, курс ECE 3183, «Электротехнические системы для специальностей, не относящихся к ECE». Архивировано из оригинального (PDF) 15 мая 2016 года . Проверено 2 декабря 2012 года .
  32. ^ «Асинхронные двигатели» . electricmotors.machinedesign.com . Penton Media, Inc. Архивировано из оригинала на 2007-11-16 . Проверено 12 апреля 2016 .
  33. ^ "Двигательные формулы" . elec-toolbox.com. Архивировано из оригинала 8 мая 1999 года . Проверено 1 января 2013 года .
  34. ^ Шривастава, Авинаш; Кумар, Рави. «Характеристики скольжения по крутящему моменту асинхронного двигателя». Примечания к курсу . Малнадский инженерный колледж.
  35. ^ Публикация стандартов NEMA (2007). Руководство по применению для систем привода переменного тока с регулируемой скоростью . Росслин, Вирджиния США: NEMA. п. 6. Архивировано из оригинала 28 апреля 2008 года . Проверено 2 декабря 2012 года .
  36. ^ Герман, Стивен Л. (2011). Основы переменного тока (8-е изд.). США: Cengage Learning. С. 529–536. ISBN 978-1-111-03913-4.
  37. ^ a b c Пелтола, Маури. «Скольжение асинхронного двигателя переменного тока» . Plantservices.com . Проверено 18 декабря 2012 года .
  38. ^ Keljik, Джеффри (2009). «Глава 12 - Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором». Электричество 4: двигатели постоянного и переменного тока, средства управления и техническое обслуживание (9-е изд.). Клифтон-Парк, штат Нью-Йорк: Делмар, Cengage Learning. С. 112–115. ISBN 978-1-4354-0031-3.
  39. ^ a b c Лян, Сяодун; Илочонву, Обинна (январь 2011 г.). «Запуск асинхронных двигателей в практических промышленных применениях». IEEE Transactions по отраслевым приложениям . 47 (1): 271–280. DOI : 10.1109 / TIA.2010.2090848 . S2CID 18982431 . 
  40. ^ Джамиль Асгар, MS (2003). «Регулирование скорости асинхронных двигателей с фазным ротором с помощью регулятора переменного тока на основе оптимального регулирования напряжения». Силовая электроника и приводные системы, 2003. Пятая международная конференция по . 2 : 1037–1040. DOI : 10,1109 / PEDS.2003.1283113 . ISBN 978-0-7803-7885-8. S2CID  113603428 .
  41. ^ "Каскадное управление" . Ваш электрический дом . Проверено 22 февраля 2018 .
  42. ^ "Каскадное управление" . BrainKart . Проверено 22 февраля 2018 .
  43. ^ Ленденманн, Хайнц; и другие. "Двигаясь вперед" (PDF) . Проверено 18 апреля 2012 года . [ постоянная мертвая ссылка ]
  44. ^ "Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя" .
  45. ^ ABB Group (Baldor Electric Company) (2016). «СПЕЦИФИКАЦИОННОЕ РУКОВОДСТВО» (PDF) . п. 6 . Проверено 4 октября 2016 года .
  46. ^ Финк, Д.Г. Бити, HW (1978). Стандартный справочник для инженеров-электриков (11-е изд.). Макгроу-Хилл. С. 20–28–20–29.
  47. ^ a b Джордан, Ховард Э. (1994). Энергоэффективные электродвигатели и их применение (2-е изд.). Нью-Йорк: Пленум Пресс. ISBN 978-0-306-44698-6.
  48. ^ а б NEMA MG-1, стр. 19
  49. ^ США DOE (2008). «Повышение эффективности двигателей и приводных систем: Справочник для промышленности» (PDF) . п. 27 . Проверено 31 декабря 2012 года .
  50. Перейти ↑ Hubert, Charles I. (2002). Электрические машины: теория, работа, приложения, регулировка и управление (2-е изд.). Река Аппер Сэдл, штат Нью-Джерси: Prentice Hall. С. Глава 4. ISBN 978-0130612106.
  51. ^ Бити, H. Wayne (ред.) (2006). «Раздел 5 - Трехфазные асинхронные двигатели фирмы Hashem Oraee» (PDF) . Справочник по расчетам электроэнергии (3-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN  0-07-136298-3. Архивировано из оригинального (PDF) 13 августа 2012 года.CS1 maint: extra text: authors list (link)
  52. ^ Рыцарь, Энди. «Трехфазные индукционные машины» . Организатор Университета Альберты. Архивировано из оригинального 15 января 2013 года . Проверено 21 декабря 2012 года .
  53. ^ а б IEEE 112 (2004). Стандартная процедура испытаний IEEE для многофазных асинхронных двигателей и генераторов . Нью-Йорк, Нью-Йорк: IEEE. ISBN 978-0-7381-3978-4.
  54. ^ Алджер (1949), стр. 711
  55. ^ a b c d e Озюрт, Ç.H. (2005). Оценка параметров и скорости асинхронных двигателей на основе данных и измерений производителей (PDF) . Ближневосточный технический университет. С. 33–34.
  56. ^ Рыцарь, Энди. «Определение параметров индукционной машины» . Организатор Университета Альберты. Архивировано из оригинального 29 ноября 2012 года . Проверено 31 декабря 2012 года .
  57. ^ Hameyer, Кей (2001). «Электрическая машина I: основы, конструкция, функции, работа» (PDF) . RWTH Институт электрических машин Ахенского университета. Архивировано из оригинального (PDF) 10 февраля 2013 года . Проверено 11 января 2013 года . page = 133
  58. ^ Бюллетень ученых-атомщиков . Образовательный фонд атомной науки. 6 июня 1973 . Проверено 8 августа 2012 года .

Классические источники [ править ]

  • Бейли, Бенджамин Франклин (1911). Асинхронный двигатель . Макгроу-Хилл. Индукционный двигатель.
  • Беренд, Бернхард Артур (1901). Асинхронный двигатель: краткий трактат о его теории и конструкции, с многочисленными экспериментальными данными и диаграммами . Издательская компания McGraw / Электрический мир и инженер.
  • Мальчик де ла Тур, Анри (1906). Асинхронный двигатель: его теория и конструкция, изложенные практическим методом расчета . Перевод Сиприена Одилона Майю. McGraw Pub. Co.

Внешние ссылки [ править ]

  • Кто изобрел многофазный электродвигатель?
  • Сильванус Филлипс Томпсон: Многофазные электрические токи и двигатели переменного тока
  • Темы об индукционных двигателях с веб-сайта Hyperphysics, размещенного CR Nave, Отделение физики и астрономии GSU.