Что означает асинхронный двигатель

Синхронный и асинхронный двигатель: отличия, принцип работы, применение

Классификация двигателей основывается на разных параметрах. По одному из них, различают синхронный и асинхронный двигатель. Отличия приборов, общая характеристика и принцип работы описаны в статье.

Синхронный двигатель

Этот тип двигателя способен работать одновременно и в качестве генератора, и как, собственно, двигатель. Его устройство сродни синхронному генератору. Характерной особенностью двигателя является неизменяемая частота роторного вращения от нагрузки.

Эти виды двигателей широко применяются во многих сферах, например, для электрических проводов, которым необходима постоянная скорость.

Принцип работы синхронного двигателя

В основу его функционирования положено взаимодействие вращающегося магнитного поля якоря и магнитных полей индукторных полюсов. Обычно якорь находится в статоре, а индуктор распологается в роторе. Для мощных моторов используются электрические магниты для полюсов, а для слабых — постоянные.

Принцип работы синхронного двигателя включает в себя (кратковременно) и асинхронный режим, который обычно применяют для разгона до необходимой (то есть номинальной) скорости вращения. В это время индукторные обмотки замыкаются накоротко или посредством реостата. После достижения необходимой скорости индуктор начинают питать постоянным током.

Преимущества и недостатки

Основными минусами этого вида двигателя являются:

необходимость питания обмотки постоянным током;
сложность запуска;
скользящий контакт.

Большинство генераторов, где бы они ни использовались, являются синхронными. Преимуществами таких двигателей в целом являются:

Асинхронный двигатель

Данный вид устройста представляет механизм, направленный на трансформацию электрической энергии переменного тока в механическую. Из самого названия «асинхронный» можно сделать вывод, что речь идет о неодновременном процессе. И действительно, частота вращения магнитного поля статора здесь выше роторной всегда.
Такое устройство состоит из статора цилиндрической формы и ротора, в зависимости от вида которого асинхронные двигатели короткозамкнутые могут быть и с фазным ротором.

Принцип действия

Работа двигателя осуществляется на основе взаимодействия магнитного статорного поля и наводящихся этим же полем токов в роторе. Вращающий момент появляется тогда, когда имеется разность частоты вращения полей.

Резюмируем теперь, чем отличается синхронный двигатель от асинхронного. Чем объясняется широкое применение одного типа и ограниченное — другого?

Синхронный и асинхронный двигатель: отличия

Отличие работы двигателей - в роторе. У синхронного типа он заключается в постоянном или электрическом магните. Благодаря притягиванию разноименных полюсов вращающееся поле статора влечет и магнитный ротор. Их скорость получается одинаковой. Отсюда и название — синхронный.

В нем можно добиться, в отличие от асинхронного, даже опережения напряжения по фазам. Тогда устройство, подобно батареям конденсатора, может применяться для увеличения мощности.

Асинхронные двигатели, в свою очередь, просты и надежны, но их недостатком является трудность регулировки частоты вращения. Для реверсирования трехфазного асинхронного двигателя (то есть изменения направления его вращения в противоположную сторону) меняют расположение двух фаз или двух линейных проводов, приближающихся к обмотке статора.

Если рассматривать частоту вращения, то имеют и здесь синхронный и асинхронный двигатель отличия. В синхронном типе этот показатель является постоянным, в отличие от асинхронного. Поэтому первый используют там, где необходима постоянная скорость и полная управляемость, например, в насосах, вентиляторах и компрессорах.

Выявить на том или ином устройстве наличие рассматриваемых типов приборов очень просто. На асинхронном двигателе будет не круглое число оборотов (например, девятьсот тридцать в минуту), в то время как на синхронном — круглое (например, тысяча оборотов в минуту).

И те, и другие моторы управляются достаточно сложно. Синхронный тип имеет жесткую характеристику механики: при любой меняющейся нагрузке на вал мотора частота вращения будет одной и той же. При этом нагрузка, конечно, должна меняться с учетом того, чтобы двигатель способен ее выдержать, иначе это приведет к поломке механизма.

Так устроен синхронный и асинхронный двигатель. Отличия обоих видов обуславливают сферу их использования, когда один вид справляется с задачей оптимальным образом, для другого это будет проблематичным. В то же время можно встретить и комбинированные механизмы.

Что такое асинхронный двигатель с затененным полюсом? - Определение, конструкция, работа и применение.

Определение: Асинхронный двигатель с заштрихованными полюсами - это просто однофазный асинхронный двигатель с самозапуском, один из полюсов которого заштрихован медным кольцом. Медное кольцо также называют заштрихованным кольцом. Это медное кольцо действует как вторичная обмотка для двигателя. Двигатель с заштрихованными полюсами вращается только в одном конкретном направлении, и обратное движение двигателя невозможно.

Почему асинхронный двигатель с заштрихованными полюсами предназначен для низкой мощности?

Потери мощности в асинхронном двигателе с заштрихованными полюсами очень велики. И коэффициент мощности двигателя низкий. Пусковой момент индукции в асинхронном двигателе также очень низкий. По следующим причинам двигатель имеет низкую эффективность. Таким образом, их конструкции сохраняются небольшими, а мотор имеет низкую номинальную мощность.

Конструкция асинхронного двигателя с затененным полюсом

Двигатель с заштрихованными полюсами может иметь два или четыре полюса.Здесь, в этой статье, мы используем двухполюсный двигатель для простоты. Скорость двигателя обратно пропорциональна числу полюсов, используемых в двигателе.

Статор - Статор двигателя с заштрихованными полюсами имеет выступающий полюс. Выдающийся полюс означает, что полюса магнита проецируются на якорь двигателя. Каждый полюс двигателя возбуждается своей захватывающей катушкой. Медные кольца затеняют петли. Петли известны как катушка затенения.

Полюса двигателя ламинированы.Ламинирование означает, что для изготовления полюсов используются несколько слоев материала. Таким образом, сила полюса увеличивается.

Щель построена на некотором расстоянии от края полюсов. Короткозамкнутая медная катушка находится в этом гнезде. Часть, которая покрыта медным кольцом, называется затененной частью, а те, которые не покрыты кольцами, называются незатененной частью.

Ротор - В двигателе с заштрихованными полюсами используется короткозамкнутый ротор. Стержни ротора перекошены под углом 60º.Наклон может быть сделан для получения лучшего пускового момента.

Конструкция двигателя очень проста, потому что он не содержит каких-либо коммутаторов, щеток, коллекторных колец и т. Д. Или любой другой детали. Асинхронный двигатель с заштрихованными полюсами не имеет центробежного переключателя. Таким образом, шансы отказа мотора меньше.

Центробежный выключатель - это тип электрического выключателя, который начинает работать с использованием центробежной силы, создаваемой вращающимся валом. Он также используется для контроля скорости вала.

Асинхронный двигатель с заштрихованными полюсами, рабочий

Когда источник питания подключен к обмоткам ротора, переменный поток индуцирует в сердечнике ротора. Небольшая часть магнитного потока связана с заштрихованной катушкой двигателя, так как она закорочена. Изменение потока индуцирует напряжение внутри кольца, из-за чего циркулирующий ток индуцирует в нем.

Циркуляционный ток создает поток в кольце, который противодействует основному потоку двигателя.Поток индуцируется в заштрихованной части двигателя, то есть, а не заштрихованная часть двигателя, то есть b, имеет разность фаз. Основной поток двигателя и поток затененных колец также имеют пространственное смещение на угол 90 °.

Схема подключения двигателя с заштрихованными полюсами показана ниже.

Поскольку существует временное и пространственное смещение между двумя потоками, вращающееся магнитное поле индуцирует в катушке. Вращающееся магнитное поле развивает пусковой момент в двигателе.Поле вращается от незатененной части к затененной части двигателя.

Применение асинхронного двигателя с заштрихованными полюсами

Различные применения электродвигателя с затененными полюсами следующие: -

Они подходят для небольших устройств, таких как реле и вентиляторы, из-за своей низкой стоимости и легкого запуска.
Используется в вытяжных вентиляторах, фенах, а также в настольных вентиляторах.
Используется в кондиционерах, холодильном оборудовании и вентиляторах.
проигрыватели, магнитофоны, проекторы, фотокопировальные машины.
Используется для запуска электронных часов и однофазных синхронных двигателей.

Этот тип двигателя используется для привода устройств, которые требуют низкого пускового момента.

Petropedia - Что такое асинхронный двигатель?

Переключить навигацию Меню

темы масло вниз по течению вверх по течению Окружающая среда Разведка и добыча середина реки Натуральный газ

Электромагнитная индукция - Википедия

Эксперимент Фарадея, показывающий индукцию между витками провода: жидкая батарея (справа) выдает ток, который протекает через небольшую катушку (A) , создавая магнитное поле. Когда катушки неподвижны, ток не индуцируется. Но когда маленькая катушка перемещается внутрь или из большой катушки (B) , магнитный поток через большую катушку изменяется, вызывая ток, который обнаруживается гальванометром (G) .^[1]

Электромагнитная или магнитная индукция - это создание электродвижущей силы (то есть напряжения) через электрический проводник в изменяющемся магнитном поле.

Майклу Фарадею обычно приписывают открытие индукции в 1831 году, и Джеймс Клерк Максвелл математически описал его как закон индукции Фарадея. Закон Ленца описывает направление индуцированного поля. Закон Фарадея позднее был обобщен и стал уравнением Максвелла – Фарадея, одним из четырех уравнений Максвелла в его теории электромагнетизма.

Электромагнитная индукция нашла множество применений, включая электрические компоненты, такие как индукторы и трансформаторы, и устройства, такие как электродвигатели и генераторы.

История

Схема железного кольца Фарадея. Изменение магнитного потока левой катушки индуцирует ток в правой катушке. ^[2]

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем, опубликованным в 1831 году. ^[3] ^[4] Она была открыта независимо Джозефом Генри в 1832 году.^[5] ^[6]

В первой экспериментальной демонстрации Фарадея (29 августа 1831 г.) он обернул два провода вокруг противоположных сторон железного кольца или «тора» (устройство, подобное современному тороидальному трансформатору). ^{[ цитата нужна ]} Основываясь на своем понимании электромагнитов, он ожидал, что, когда ток начнет течь по одному проводу, какая-то волна будет проходить через кольцо и вызывать некоторый электрический эффект на противоположной стороне. Он подключил один провод к гальванометру и наблюдал, как другой провод подключен к батарее.Он увидел переходный ток, который он назвал «волной электричества», когда он подключил провод к батарее, и другой, когда он отключил его. ^[7] Эта индукция произошла из-за изменения магнитного потока, которое произошло, когда батарея была подключена и отключена. ^[2] В течение двух месяцев Фарадей обнаружил несколько других проявлений электромагнитной индукции. Например, он видел переходные токи, когда он быстро вставлял стержневой магнит в и из катушки проводов, и он генерировал постоянный ток (постоянный ток), вращая медный диск возле стержневого магнита с помощью скользящего электрического провода («диск Фарадея»). «).^[8]

Фарадей объяснил электромагнитную индукцию, используя концепцию, которую он назвал силовыми линиями. Однако ученые в то время широко отвергали его теоретические идеи, главным образом потому, что они не были сформулированы математически. ^[9] Исключением был Джеймс Клерк Максвелл, который использовал идеи Фарадея в качестве основы своей количественной электромагнитной теории. ^[9] ^[10] ^[11] В модели Максвелла изменяющийся во времени аспект электромагнитной индукции выражается в виде дифференциального уравнения, которое Оливер Хевисайд назвал законом Фарадея, даже если оно немного отличается от оригинала Фарадея формулировка и не описывает двигательной ЭДС.Версия Хевисайда (см. Уравнение Максвелла – Фарадея ниже) является формой, признанной сегодня в группе уравнений, известных как уравнения Максвелла.

В 1834 году Генрих Ленц сформулировал закон, названный в его честь, чтобы описать «поток через цепь». Закон Ленца дает направление индуцированной ЭДС и тока, возникающего в результате электромагнитной индукции.

Теория

закон индукции Фарадея и закон Ленца

Продольное поперечное сечение соленоида с постоянным электрическим током, проходящим через него.Линии магнитного поля обозначены стрелками. Магнитный поток соответствует «плотности силовых линий». Таким образом, магнитный поток является самым плотным в середине соленоида и самым слабым снаружи.

Закон индукции Фарадея использует магнитный поток Φ _B через область пространства, ограниченную проволочной петлей. Магнитный поток определяется поверхностным интегралом: ^[12]

ΦB = ∫ΣB⋅dA, {\ displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {B}} = \ int \ limit_ {\ Sigma} \ mathbf {B} \ cdot d \ mathbf {A} \,}

, где d A - это элемент поверхности, окруженный проволочной петлей, B - магнитное поле.Точечное произведение B · d A соответствует бесконечно малому количеству магнитного потока. В более наглядном выражении магнитный поток через проволочную петлю пропорционален количеству линий магнитного потока, которые проходят через петлю.

Когда поток через поверхность изменяется, закон индукции Фарадея гласит, что проволочная петля приобретает электродвижущую силу (ЭДС). ^{[примечание 1]} Наиболее распространенная версия этого закона гласит, что индуцированная электродвижущая сила в любой замкнутой цепи равна скорости изменения магнитного потока, заключенного в цепи: ^[16] ^[17]

E = −dΦBdt {\ displaystyle {\ mathcal {E}} = - {{d \ Phi _ {\ mathrm {B}}} \ over dt} \},

где E {\ displaystyle {\ mathcal {E}}} - ЭДС, а Φ _B - магнитный поток.Направление электродвижущей силы определяется законом Ленца, который гласит, что индуцированный ток будет течь в направлении, которое будет противостоять изменению, вызвавшему его. ^[18] Это связано с отрицательным знаком в предыдущем уравнении. Чтобы увеличить генерируемую ЭДС, обычным подходом является использование магнитной связи путем создания плотно намотанной катушки из проволоки, состоящей из N одинаковых витков, каждый с одинаковым магнитным потоком, проходящим через них. Результирующая ЭДС тогда в N раза больше, чем у одного отдельного провода.^[19] ^[20]

E = −NdΦBdt {\ displaystyle {\ mathcal {E}} = - N {{d \ Phi _ {\ mathrm {B}}} \ over dt}}

Генерация ЭДС посредством изменения магнитного поля Поток через поверхность проволочной петли может быть достигнут несколькими способами:

, изменяется магнитное поле B (например, переменное магнитное поле или перемещение проволочной петли в направлении стержневого магнита, где поле B сильнее),
проволочная петля деформируется и поверхность Σ изменяется,
ориентация поверхности d A изменяется (е.грамм. вращение проволочной петли в постоянное магнитное поле),
любая комбинация вышеуказанного

Уравнение Максвелла – Фарадея

В общем случае соотношение между ЭДС E {\ displaystyle {\ mathcal {E}}} в проволочной петле, охватывающей поверхность Σ, и электрическим полем E в проволоке определяется выражением

E = ∮∂Σ⁡E⋅dℓ {\ displaystyle {\ mathcal {E}} = \ oint _ {\ part \ Sigma} \ mathbf {E} \ cdot d {\ boldsymbol {\ ell}}}

, где d ℓ - элемент контура поверхности Σ, совмещающий это с определением потока

ΦB = ∫ΣB⋅dA, {\ displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {B}} = \ int \ пределы _ {\ Sigma} \ mathbf {B} \ cdot d \ mathbf {A} \,}

мы можем написать интегральную форму уравнения Максвелла – Фарадея

∮∂Σ⁡E⋅dℓ = −ddt∫ΣB⋅dA {\ displaystyle \ oint _ {\partal \ Sigma} \ mathbf {E} \ cdot d {\ boldsymbol {\ ell}} = - {\ frac { d} {dt}} {\ int _ {\ Sigma} \ mathbf {B} \ cdot d \ mathbf {A}}}

Это одно из четырех уравнений Максвелла и поэтому играет фундаментальную роль в теории классического электромагнетизма.

закон Фарадея и относительность

Закон Фарадея описывает два различных явления: ЭДС движения, создаваемая магнитной силой на движущемся проводе (см. Силу Лоренца), и ЭДС трансформатора , которая генерируется электрической силой из-за изменения магнитного поля (из-за дифференциальная форма уравнения Максвелла – Фарадея). Джеймс Клерк Максвелл обратил внимание на отдельные физические явления в 1861 году. ^[21] ^[22] Это считается уникальным примером в физике, когда такой фундаментальный закон используется для объяснения двух таких разных явлений.^[23]

Альберт Эйнштейн заметил, что обе ситуации соответствовали относительному движению между проводником и магнитом, и результат не зависел от того, какое из них двигалось. Это был один из основных путей, которые привели его к развитию специальной теории относительности. ^[24]

Приложения

Принципы электромагнитной индукции применяются во многих устройствах и системах, в том числе:

Электрический генератор
Прямоугольная проволочная петля вращается с угловой скоростью ω в радиально направленном наружу магнитном поле B фиксированной величины.Контур замыкается щетками, создающими скользящий контакт с верхним и нижним дисками, которые имеют проводящие ободки. Это упрощенная версия барабанного генератора .
ЭДС, генерируемая законом индукции Фарадея из-за относительного движения цепи и магнитного поля, является феноменом, лежащим в основе электрических генераторов. Когда постоянный магнит перемещается относительно проводника или наоборот, создается электродвижущая сила. Если провод подключен через электрическую нагрузку, ток будет течь, и, таким образом, генерируется электрическая энергия, преобразуя механическую энергию движения в электрическую энергию.Например, барабанный генератор основан на рисунке справа внизу. Другая реализация этой идеи - диск Фарадея, показанный в упрощенном виде справа.

В примере диска Фарадея диск вращается в однородном магнитном поле, перпендикулярном к диску, вызывая ток, протекающий в радиальном плече из-за силы Лоренца. Механическая работа необходима, чтобы управлять этим током. Когда генерируемый ток протекает через проводящий ободок, магнитное поле генерируется этим током по закону циркуляции Ампера (на рисунке обозначен «индуцированный В»).Таким образом, обод становится электромагнитом, который сопротивляется вращению диска (пример закона Ленца). На обратной стороне рисунка возвратный ток течет от вращающегося рычага через дальнюю сторону обода к нижней щетке. B-поле, индуцированное этим обратным током, противодействует приложенному B-полю, стремясь к , уменьшая поток через эту сторону цепи, противодействуя , увеличивая в потоке из-за вращения. На ближней стороне рисунка возвратный ток течет от вращающегося рычага через ближнюю сторону обода к нижней щетке.Индуцированное B-поле увеличивает поток на этой стороне цепи, противодействуя уменьшению потока на из-за вращения. Энергия, необходимая для поддержания движения диска, несмотря на эту реактивную силу, в точности равна выработанной электрической энергии (плюс энергия, потраченная впустую из-за трения, джоулева нагрева и других недостатков). Такое поведение характерно для всех генераторов, преобразующих механическую энергию в электрическую.

Электрический трансформатор

Когда электрический ток в петле провода изменяется, изменяющийся ток создает изменяющееся магнитное поле.Второй провод, достигающий этого магнитного поля, будет испытывать это изменение в магнитном поле как изменение в его связанном магнитном потоке, d Φ _B/ d t . Следовательно, электродвижущая сила устанавливается во втором контуре, называемом индуцированной ЭДС или ЭДС трансформатора. Если два конца этого контура соединены через электрическую нагрузку, ток будет течь.

токовый зажим

Токовый зажим - это тип трансформатора с разделенным сердечником, который можно раздвинуть и закрепить на проводе или катушке, чтобы измерить ток в нем или, наоборот, вызвать напряжение.В отличие от обычных инструментов зажим не имеет электрического контакта с проводником и не требует его отсоединения во время крепления зажима.

Магнитный расходомер

Закон Фарадея используется для измерения расхода электропроводящих жидкостей и взвесей. Такие приборы называются магнитными расходомерами. Таким образом, индуцированное напряжение ℇ, генерируемое в магнитном поле B из-за проводящей жидкости, движущейся со скоростью v , определяется как:

E = -Bℓv, {\ displaystyle {\ mathcal {E}} = - B \ ell v,}

где ℓ - расстояние между электродами в магнитном расходомере.

Вихревые токи

Электрические проводники, движущиеся в постоянном магнитном поле, или стационарные проводники в изменяющемся магнитном поле, будут иметь круговые токи, индуцированные внутри них индукцией, называемые вихревыми токами. Вихревые токи протекают в замкнутых контурах в плоскостях, перпендикулярных магнитному полю. Они имеют полезное применение в вихретоковых тормозах и системах индукционного нагрева. Однако вихревые токи, индуцированные в металлических магнитных сердечниках трансформаторов, электродвигателей и генераторов переменного тока, нежелательны, поскольку они рассеивают энергию (называемую потерями в сердечнике) в виде тепла при сопротивлении металла.Сердечники для этих устройств используют ряд методов для уменьшения вихревых токов:

Сердечники электромагнитов и трансформаторов переменного тока низкой частоты, вместо того, чтобы быть твердым металлом, часто состоят из стопок металлических листов, называемых слоистыми материалами , , разделенными непроводящими покрытиями. Эти тонкие пластины уменьшают нежелательные паразитные вихревые токи, как описано ниже.
Индукторы и трансформаторы, используемые на более высоких частотах, часто имеют магнитопроводы, изготовленные из непроводящих магнитных материалов, таких как ферритовый или железный порошок, которые удерживаются вместе со связующим из смолы.

Электромагнитные ламинирования

Вихревые токи возникают, когда сплошная металлическая масса вращается в магнитном поле, потому что внешняя часть металла срезает больше магнитных силовых линий, чем внутренняя часть; следовательно, индуцированная электродвижущая сила не является однородной; это вызывает электрические токи между точками наибольшего и наименьшего потенциала. Вихревые токи потребляют значительное количество энергии и часто вызывают вредное повышение температуры. ^[25]

В этом примере показаны только пять слоев или пластин, чтобы показать подразделение вихревых токов.При практическом использовании число расслоений или перфораций колеблется от 40 до 66 на дюйм (от 16 до 26 на сантиметр) и снижает потери на вихревые токи примерно до одного процента. В то время как пластины могут быть разделены изоляцией, напряжение настолько низкое, что естественного ржавчины / оксидного покрытия пластин достаточно, чтобы предотвратить протекание тока через слои. ^[25]

Это ротор диаметром около 20 мм от двигателя постоянного тока, используемого в проигрывателе компакт-дисков. Обратите внимание на расслоение полюсных наконечников электромагнита, используемых для ограничения паразитных индуктивных потерь.

Паразитная индукция в проводниках

На этом рисунке сплошной медный стержневой проводник на вращающейся арматуре проходит только под наконечник полюсного наконечника N полевого магнита. Обратите внимание на неравномерное распределение силовых линий по медному стержню. Магнитное поле более сконцентрировано и, следовательно, сильнее на левом краю медного стержня (a, b), в то время как поле на правом краю слабее (c, d). Поскольку два края стержня движутся с одинаковой скоростью, эта разница в напряженности поля поперек стержня создает завихрения или текущие вихри внутри медного стержня.^[25]

Сильноточные высокочастотные устройства, такие как электродвигатели, генераторы и трансформаторы, используют несколько небольших проводников параллельно, чтобы разрушить вихревые потоки, которые могут образовываться в больших твердых проводниках. Тот же принцип применяется к трансформаторам, используемым на частоте выше, чем мощность, например, к тем, которые используются в импульсных источниках питания и промежуточных трансформаторах, соединяющих радиоприемники.