Что такое асинхронный двигатель?

Что такое асинхронный двигатель?

Асинхронные двигатели — это двигатели, работающие на переменном токе и питаемые силой, создаваемой электромагнитной индукцией.

Поэтому их также называют двигателями переменного тока, где «AC» означает переменный ток. Асинхронный двигатель — один из старейших двигателей с простой конструкцией, не требующей специального преобразования мощности, и работающий просто при подключении к источнику переменного тока.

В результате они сочетают в себе высокую надежность и длительный срок службы и широко используются по сей день. Еще одним преимуществом является то, что они не используют магниты, содержащие редкие металлы, поэтому они обеспечивают высокоэффективное вращение при низкой стоимости.

Применение асинхронных двигателей

Асинхронные двигатели используются в широком спектре приложений, от бытовой техники, такой как стиральные машины и вентиляторы, до крупномасштабного производственного оборудования для заводских предприятий, из-за их характеристики более высокой эффективности при большей мощности.

Изменяя характеристики двигателей, их также используют в качестве источника питания для предметов, требующих высокого пускового крутящего момента, таких как автоматические двери, и для предметов, требующих высокого тормозного крутящего момента, таких как измельчители.

Принцип работы асинхронных двигателей

Рисунок 1. Принцип работы асинхронных двигателей

Асинхронные двигатели в целом подразделяются на два типа: трехфазные двигатели и однофазные двигатели, в зависимости от разницы в переменном токе.

1. Трехфазные двигатели

Асинхронные двигатели состоят из «статора» и «ротора». Статор имеет катушечные обмотки, которые проводят трехфазный переменный ток, а ротор имеет проводку в форме клетки, которая проводит ток из-за электромагнитной индукции от вращающегося магнитного поля.

Когда это магнитное поле проходит через клеточную проводку, встроенную в ротор, который является проводником, напряжение генерируется электромагнитной индукцией. Это индуцирует ток, протекающий через клеточную проводку, которая, в свою очередь, взаимодействует с вращающимся магнитным полем статора, создавая крутящий момент. Вращение ротора асимптотически приближается, но никогда не равно скорости вращающегося магнитного поля, генерируемого статором.

Соотношение скоростей вращения магнитного поля ротора и статора в это время называется «скольжением» и является одним из основных факторов, определяющих характеристики крутящего момента асинхронных двигателей.

2. Однофазные двигатели

Чтобы вращать двигатель с однофазным переменным током, необходимо создать вращающееся магнитное поле. Поэтому во вспомогательную обмотку двигателя включен конденсатор для создания вращающегося магнитного поля путем подключения основной обмотки непосредственно к источнику питания, а вспомогательной обмотки к источнику питания через конденсатор.

Когда однофазный переменный ток подключен к основной обмотке и вспомогательной обмотке через конденсатор, ток во вспомогательной обмотке течет на 90° впереди тока в основной обмотке. Эти два тока смещения на 90° создают вращающееся магнитное поле, и двигатель получает вращательную мощность.

Другая информация об асинхронных двигателях

1. Скорость асинхронных двигателей

Номинальная скорость вращения асинхронных двигателей выводится из следующего уравнения.

N(об/мин) = 120/p(количество полюсов) × f(Гц)

P — это количество полюсов двигателя, а f — это частота электропитания. Чем меньше количество полюсов, тем быстрее вращается двигатель, а чем выше частота электропитания, тем выше скорость вращения. Поскольку коммерческое электроснабжение в Японии установлено на 60 Гц в Западной Японии и 50 Гц в Восточной Японии, номинальная скорость вращения двигателя зависит от количества полюсов, когда двигатель работает от коммерческого электроснабжения.

Кроме того, асинхронные двигатели имеют проскальзывание, что означает, что скорость вращения постепенно уменьшается под действием крутящего момента нагрузки, а фактическая скорость вращения определяется выражением 

N(1-s) (об/мин).

2. Управление скоростью асинхронных двигателей

Рисунок 2. Управление скоростью асинхронных двигателей

Как упоминалось ранее, номинальная скорость асинхронных двигателей определяется частотой питания и числом полюсов. Однако в зависимости от типа двигателя и источника питания скорость вращения может быть изменена. Регулирование скорости асинхронных двигателей осуществляется следующим образом

Использование двигателей с переключением полюсов С переключением полюсов — это двигатель, в котором число полюсов можно определить методом проводки. Недостатком является то, что сам двигатель становится больше и менее универсальным. Кроме того, скорость вращения можно изменять только ступенчато в соответствии с числом полюсов.

Управление сопротивлением проволочных двигателей Управление скоростью возможно с проволочными асинхронными двигателями. Принцип заключается в двигателе с катушечными обмотками вместо клеточной проводки для ротора, и пропуская ток через резистор через обмотки (вторичные обмотки), скольжение увеличивается, и скорость может быть замедлена дальше от номинального значения. Однако есть недостаток в том, что требуется резистор.

Кроме того, для пропускания тока через вращающуюся обмотку ротора требуется отдельное контактное кольцо, что увеличивает количество деталей и расходы на техническое обслуживание. Потери энергии также значительны из-за тепла, выделяемого сопротивлением.

Управление скоростью вращения с помощью гидромуфты Плавное ускорение при запуске может быть достигнуто с помощью гидромуфты, которая соединяет ведущий и ведомый валы посредством гидравлического давления.

Поскольку ведущий и ведомый валы соединены через жидкость, гидромуфта поглощает большие колебания нагрузки. Однако, поскольку ведущий и ведомый валы не соединены жестко, масло перемешивается, что приводит к его нагреву и возникновению потерь, что является недостатком.

Инверторное управление скоростью асинхронных двигателей

Рисунок 3. Управление скоростью вращения инвертором

В настоящее время асинхронные двигатели обычно используют инверторы для управления скоростью. Трехфазное питание переменного тока с фиксированным напряжением и частотой управляется путем переключения трехфазного моста с использованием силовых устройств, таких как IGBT, для изменения скорости вращения двигателя. Изменяя напряжение вместе с частотой, можно управлять двигателем с постоянным крутящим моментом.

Потери энергии также чрезвычайно низки и составляют всего несколько процентов от энергии привода благодаря усовершенствованиям в полупроводниковых и управляющих технологиях. Они наиболее широко используются для управления скоростью вращения асинхронных двигателей в то время, когда SDG активно востребованы.