Что такое трехфазный двигатель?

Что такое трехфазный двигатель?

Трехфазный двигатель — это электродвигатель, приводимый в действие трехфазным источником переменного тока.

Они широко используются в качестве источников питания для промышленного оборудования и машин. Также называемые трехфазными индукционными двигателями (индукционными двигателями), они обычно питаются от трехфазного источника питания переменного тока напряжением 200 В переменного тока.

Трехфазные двигатели состоят из статора, ротора, выходного вала, фланцевого кронштейна и шарикоподшипников.

Использование трехфазного двигателя

Источники питания переменного тока классифицируются как однофазные и трехфазные. Однофазный — это источник питания переменного тока, который в основном используется в обычных домашних хозяйствах. С другой стороны, трехфазные двигатели в основном используются в промышленной сфере.

Конкретные области применения трехфазных двигателей следующие

• Компрессоры
• Насосы
• Вентиляторы
• Ленточные конвейеры
• Краны
• Двигатели для электромобилей

Трехфазные двигатели имеют широкий спектр применения и используются во многих промышленных машинах, помимо перечисленных выше.

Среди трехфазных двигателей есть также шаговые двигатели и серводвигатели, которые используются для точного управления вращением. Они используются при использовании автоматизированных машин, таких как промышленные шарнирные роботы.

Принцип трехфазного двигателя

В трехфазных двигателях трехфазное переменное напряжение со сдвигом фаз в 120 градусов подается на катушки статора, а катушка на электромагнитной стальной пластине становится электромагнитом, образуя магнитное поле внутри двигателя. Полярность электромагнита определяется направлением тока, протекающего через катушку, и законом правой нити.

Поскольку источник переменного тока не совпадает по фазе со временем, направление магнитного поля вращается со временем.

На рисунке 1 показан принцип создания вращающегося магнитного поля. При изменении фаз U, V и W трехфазного источника переменного тока изменяется направление магнитного поля статора (на рисунке 1 вращающееся магнитное поле вращается против часовой стрелки).

Рисунок 1. Принцип создания вращающегося магнитного поля

Вращение магнитного поля создает вихревые токи в роторе, а вихревые токи и магнитное поле создают силу на роторе. В результате на вращающемся валу двигателя генерируется мощность. Направление вращательной силы двигателя определяется правилом левой руки Флеминга.

Скорость вращающегося магнитного поля при вращении ротора называется синхронной скоростью вращения. Синхронную скорость вращения можно рассчитать из частоты источника питания и числа полюсов статора.

Фактическая скорость вращения ротора немного медленнее синхронной скорости вращения. Это происходит потому, что магнитный поток, пересекающий проводники ротора, создает индуцированный ток, который заставляет ротор вращаться.

Разница между синхронной скоростью вращения и фактической скоростью вращения называется «скольжением». Чем больше крутящий момент нагрузки, тем больше скольжение. Выходную мощность (Вт) двигателя можно рассчитать из его номинальной скорости вращения и номинального крутящего момента.

Другая информация о трехфазных двигателях

1. Проводка для трехфазных двигателей

Трехфазные двигатели подключаются по-разному в зависимости от способа запуска. Здесь представлены четыре типа способов запуска.

Прямой запуск
Трехфазные двигатели запускаются путем подачи трехфазного переменного тока непосредственно на их клеммы через электромагнитный контактор. Проводка проста, но ток, протекающий через двигатель во время запуска (пусковой ток), велик, в несколько раз больше номинального тока.

Этот метод часто используется с двигателями малой мощности, которым требуется низкий пусковой ток.

Запуск по схеме «звезда-треугольник»
Это метод запуска, который начинается со звездообразной разводки, а затем переключается на разводку по схеме «треугольник».

Существует два типа разводки двигателя: звездообразная и треугольная (рисунок 2). Для звездообразной разводки требуется только 1/3 пускового тока по сравнению с разводкой по схеме «треугольник», поэтому этот метод запуска используется для трехфазных двигателей с высоким номинальным током.

Рисунок 2. Соединения звезда и треугольник

Коробка выводов пускового двигателя со звездой-треугольником имеет шесть клемм (U, V, W, X, Y и Z). Снаружи обмоток статора находится схема, которая объединяет электромагнитный контактор и таймер для автоматического переключения между звездой и треугольником.

Запуск реактора
Реактор подключается между трехфазным двигателем и источником питания при запуске, а цепь реактора отключается электромагнитным контактором и таймером через короткое время после запуска.

Запуск инвертора
Инвертор — это электрическое устройство, которое управляет скоростью трехфазного двигателя (рисунок 3). Он может свободно изменять выходную мощность и частоту трехфазного источника питания переменного тока.

Установив инвертор, можно запустить двигатель с низкой частоты в несколько Гц, а пусковой ток можно уменьшить.

Рисунок 3. Трехфазный двигатель и инвертор

2. Скорость вращения трехфазного двигателя

Формула для числа оборотов: 120 x частота источника питания переменного тока/количество полюсов.

Например, для 4-полюсного двигателя с источником питания 50 Гц число оборотов составляет 120 x 50 ÷ 4 = 1500 об/мин.

Однако трехфазные двигатели вращаются с небольшим отставанием от частоты источника питания. Эта задержка выражается как коэффициент скольжения. Если коэффициент скольжения составляет 5%, скорость составит 1500 x (1-0,05) = 1425 об/мин.

Чтобы контролировать скорость трехфазного двигателя, необходимо контролировать либо частоту, либо количество полюсов, но количество полюсов не может быть изменено из-за структуры двигателя. Поэтому для управления скоростью необходимо изменить частоту. В настоящее время инверторы являются наиболее распространенным способом управления скоростью трехфазных двигателей.