Где применяются асинхронные электродвигатели

Преимущества и недостатки асинхронного двигателя

Подавляющее большинство электродвигателей, используемых в промышленности – асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. В новом оборудовании их доля составляет более 95%, остальное – серводвигатели, шаговые двигатели, щеточные двигатели постоянного тока и некоторые другие специфические виды приводов.

Преимущества асинхронного двигателя

Конструкция. По сравнению с другими типами электродвигателей асинхронный двигатель имеет наиболее простую конструкцию. С одной стороны это объясняется использованием стандартной трехфазной системы электроснабжения, с другой – принципом действия агрегата. Данная особенность обуславливает еще одно важное преимущество — невысокую цену асинхронных приводов. Среди двигателей разных типов одинаковой мощности асинхронный будет самым дешевым.

Подключение. Благодаря тому, что в стандартной трехфазной системе питания фазы сдвинуты на 120°, для формирования вращающегося поля не нужны дополнительные элементы и преобразования. Вращение поля внутри статора и, как следствие, вращение ротора обусловлены самой конструкцией асинхронного двигателя. Достаточно обеспечить подачу напряжения через коммутационный аппарат (контактор или пускатель), и двигатель будет работать.

Эксплуатация. Затраты на эксплуатацию асинхронного электродвигателя крайне малы, а обслуживание не представляет никаких сложностей. Нужно лишь время от время проводить чистку от пыли и по необходимости протягивать контакты подключения. При правильной установке и эксплуатации двигателя замена подшипников производится раз в 15-20 лет.

Недостатки асинхронных двигателей

Скорость вращения ротора. Скорость вращения вала двигателя зависит от частоты питающей сети (стандартные значения в промышленности – 50 и 60 Гц) и от количества полюсов обмоток статора.

Это можно считать недостатком в том случае, когда необходимо в процессе работы менять скорость вращения. Для решения данной проблемы были разработаны многоскоростные асинхронные двигатели, у которых имеется возможность переключения обмоток.

Кроме того, в современном оборудовании управление скоростью реализуется за счет преобразователей частоты.

Скольжение. Эффект скольжения проявляется в том, что частота вращения ротора всегда будет меньше частоты вращения поля внутри статора. Это заложено в принцип работы асинхронного двигателя и отражено в его названии. Скольжение также зависит от механической нагрузки на валу.

При необходимости скольжение можно скомпенсировать, а скорость вращения сделать независимой от нагрузки при помощи преобразователя частоты.

Величина напряжения питания. В сырых и влажных помещениях, где действуют повышенные требования к электробезопасности, применение асинхронного электродвигателя может быть невозможным. Дело в том, что из-за конструктивных особенностей такие двигатели практически не производятся на напряжение питания менее 220 В. В таких случаях применяют приводы постоянного тока, рассчитанные на напряжение 48 В и менее, либо используют гидравлические или пневматические приводы.

Чувствительность к напряжению питания. При отклонении напряжения питания более чем на 5% параметры двигателя могут отличаться от номинальных, а сам агрегат может перегреваться. Кроме того, при понижении напряжения падает момент электродвигателя, который квадратически зависит от напряжения.

При использовании преобразователя частоты скорость вращения меняется путем изменения величины и частоты питающего напряжения. Принципиально, что отношение напряжения к частоте должно быть константой.

Пусковой ток. Большой пусковой ток – проблема асинхронных двигателей мощностью более 10 кВт. При пуске ток может превышать номинальный в 5-8 раз и длиться несколько секунд. Из-за этого негативного эффекта мощные двигатели нежелательно подключать напрямую.

Чаще всего для понижения пускового тока применяют схему «Звезда-Треугольник», устройства плавного пуска и преобразователи частоты. Также можно использовать асинхронные двигатели с фазным ротором.

Пусковой момент. В силу электрических и механических переходных процессов в момент пуска двигатель обладает крайне низким КПД и большой реактивностью. Из-за низкого пускового момента привод может не справиться с началом вращения тяжелых механизмов. Этот же недостаток приводит к нагреву двигателя при пуске. Отсюда возникает другая проблема – ограничение количества пусков в единицу времени.

При использовании частотного преобразователя момент при пуске и на низких частотах может быть увеличен за счет повышения напряжения.

Вывод

Плюсы асинхронных двигателей значительно перевешивают минусы. В большинстве случаев недостатки компенсируются путем применения преобразователей частоты и других устройств пуска.

Что такое асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель (определение) – это вид машин, используемый для превращения электроэнергии в механическую силу. А слово “асинхрон” указывает на то, что действия происходят не одновременно. При этом предполагается, что у подобных моторов скорость хода электромагнитного поля статора изначально выше, чем у ротора. Работает машина от сети с переменным током.

Асинхронный двигатель – используется для превращения электроэнергии в механическую силу.

Как устроен асинхронный двигатель

Первая главная деталь в электромоторе называется статором, вторая – ротором. Статор сделан в форме цилиндра из крепкого листа нержавеющей стали. Внутри сердечника статора установлены обмотки из специальных проводов. Оси проводов укладываются под углом в 120°. Для работы на разных электросетях концы кабелей скрепляются в виде треугольника или звезды.

Роторы в асинхронном двигателе подразделяются на 2 типа:

1. Короткозамкнутый. Он является сердечником, в который заливается раскаленный металл. После этого в нем появляются железные стержни, замыкающиеся маленькими торцевыми колечками. Подобная схема конструкции именуется “беличьей клеткой”. В устройствах с высокой мощностью алюминий заменяется на медь.
2. С фазами. Мотор имеет толстую трехфазную обмотку, которая почти не отличается от обмотки статора. В основном концы проводов скрепляются в форме звезды, а затем дополнительно закрепляются колечками. Используя щетку, которая подсоединена к обручам, к цепи можно подключить дополнительный резистор. Последний необходим для того, чтобы человек мог контролировать переменное сопротивление в фазе ротора.

Принцип работы устройства

Частями асинхронного двигателя являются статор и ротор.

Если начать подавать электрический ток на кабели статора, то двигатель начнет работать. Внутри машины начинается индукция, то есть в двигателе индуцируется мощное электромагнитное поле. Например, в технике с постоянным электрическим током необходимо создавать электромагнитное поле в якоре с помощью щеток.

По закону Фарадея, в устройстве, которое обладает короткозамкнутой обмоткой, проходит наведенный электроток, потому что цепочка замыкается по методу короткого замыкания. Данный ток, как и напряжение в статоре, приводит к появлению магнитного поля. Ротор устройства становится магнитом в статоре, обладающим вращающимся электромагнитным полем.

Статор не двигается, и поле перемещается внутри машины с нормальной скоростью, а в роторе индуцируется электроток, что делает из него мощный магнит. Благодаря этому подвижный ротор начинает двигаться благодаря полю статора. Почему происходит асинхронное вращение, можно понять, зная, что в момент объединения магнитные поля пытаются компенсировать недостатки друг друга.

Процесс скольжения может проходить не только с небольшим опозданием, но и с опережением. В первом случае мотор превращает электроэнергию в механическую (например, станок начинает двигаться). А во втором происходит генераторная работа, то есть движение деталей устройства вырабатывает электричество.

Созданный момент кручения полностью зависит от мощности постоянного напряжения для подпитки статора. Постоянно меняя частоту электрического тока и силу напряжения, человек может контролировать момент вращения, что и позволяет влиять на режим работы двигателя. Данная идея работает как на простых однофазных моторах, так и на трехфазных двигателях.

Виды асинхронных двигателей

С короткозамкнутым ротором

Есть 2 типа АДКР (двигателей с коротким замкнутым ротором):

• с ротором в виде клеток для белок;
• со специальными ободками.

С фазным ротором

Однофазный асинхронный двигатель подразделяется на следующие виды:

• с нескрепленными проводами;
• с запускающей деталью;
• с запускающим и функционирующим конденсаторами;
• с измененным расположением полюса.

Назначение и сфера применения АД

Без асинхронного двигателя не обходится большинство предприятий.

Электродвигатели, которые называются асинхронными, применяются почти во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства. Они тратят около 70% электричества, которое предназначено для превращения мощности тока в поступательное движение. Работа асинхронного двигателя считается наиболее эффективной в качестве электрической тяги. Без подобных машин не обходится большинство предприятий.

У данных устройств есть несколько положительных сторон:

1. Простая и недорогая конструкция, поэтому производство машин не отнимает много времени и средств.
2. Низкие расходы по эксплуатации обеспечены отказом от скользящего узелка токосъема, что и повышает надежность мотора.
3. Доступность. Они продаются почти во всех магазинах по невысокой цене.

Данный вид машин бывает трехфазным или однофазным в зависимости от числа питающих частей. Если соблюдать правила техники безопасности и настроить электросеть, то трехфазный мотор может работать на однофазной сети.

Асинхронные устройства используются не только на производстве, но и в быту. Однофазные двигатели устанавливаются в вентиляторы, стиральные машины, насосы для воды и небольшие электрические инструменты.

Схемы подключения

Провода трехфазного двигателя подключаются либо по схеме треугольника, либо по звезде. При этом для последнего напряжение должно быть выше. Также перед установкой обмотки нужно определить момент на валу в моторе. Стоит обратить внимание на тот момент, что АДКР, подсоединенный различными методами к одной и той же цепи, требует разной мощности. Поэтому нельзя подключать двигатель, в котором предполагается использование только схемы треугольника, с принципом треугольника.

Иногда с целью снижения пускового тока люди коммутируют на этапе пуска контакты звезды в треугольник, но в таком случае падает и пусковой момент.

А для подсоединения трехфазного мотора к однофазной электросети профессионалы применяют разные фазосдвигающие детали, например конденсатор и резистор.

Самые эффективные асинхронные двигатели

Приветствую Вас, друзья!
Расскажу Вам сегодня об одной из самых интересных и перспективных отечественных разработок (проектов или как нонче модно говорить – стартапов). Моё знакомство с данной разработкой началось полгода назад, и я долго не решался поделиться с Вами информацией, т.к. прежде надо было самому во всём разобраться, проконсультироваться со специалистами, поездить на встречи с авторами и партнерами проекта … Думаю, теперь точно настало время.
Эти разработки касаются далеко не только будущего авто-мото-вело-фото, но и любой техники, работа которой связана с применением электродвигателей. Стоит только посмотреть вокруг и приглядеться даже к привычным нам бытовым приборам: стиральным машинкам, холодильникам, микроволновкам, кондиционерам, электроинструменту, электробритвам … даже мобильным телефонам, список устройств, использующих в своем составе электродвигатели, бесконечен.

Что же сотворили наши соотечественники в этой сфере, что позволит вывести отрасль на новый уровень?
Инженерно-конструкторское предприятие «АС и ПП» во главе с идейным вдохновителем Дмитрием Александровичем Дуюновым существует достаточно давно. И начиналась история предприятия с работы над многофункциональным плазменным аппаратом «Горынычъ», расширяясь и наполняясь новыми изобретениями.

Но основная речь сегодня о технологии совмещенных обмоток асинхронных электродвигателей, разработка которой началась в 1995 году.
Кратко смысл технологии в следующем.
До сих пор в мире используются 2 схемы (формы) соединения фазных обмоток статора асинхронного двигателя – так называемые «треугольник» и «звезда».
При подключении обмоток по схеме «звезда» их концы соединяются в одной точке в нулевом узле. Поэтому получается еще один дополнительный нулевой вывод. Другие концы обмоток соединяются с фазами сети 380 В.

Соединение «треугольником» заключается в последовательном соединении обмоток. Конец первой обмотки соединяется с началом второй обмотки и так далее. В конечном итоге, конец третьей обмотки, соединится с началом первой обмотки. Подача трехфазного напряжения осуществляется в каждый узел соединения. Подключение по схеме «треугольник» отличается отсутствием нулевого провода.

Подключение обмоток статора «звездой» гарантирует плавный, безопасный пуск агрегата, но на начальном этапе наблюдается значительная потеря мощности (крутящего момента).
Подключение «треугольником» дает в 3 раза большую выходную мощность (до 70% от номинальной), но в этом случае существенно возрастают пусковые токи, что может спровоцировать поломку электродвигателя и резкое снижение напряжения питающей сети.
Поэтому часто используют комбинированное соединение «звезда/треугольник», когда в момент пуска обмотки подключены «звездой», а затем в автоматическом режиме с помощью реле времени происходит переключение на схему «треугольник». Однако при этом существенно снижается стартовый момент вращения, а в момент переключения с одной схемы на другую возникают сильные скачки тока, которые приводят к тому, что скорость вращения ротора резко снижается и только со временем постепенно входит в норму. Кроме того, в числе проблем большинства стандартных асинхронных электродвигателей — сильная вибрация, высокое потребление электроэнергии, сильный нагрев, высокий уровень шума.
Применительно же к мотор-колесам и новым промышленным энергоэффективным моторам, в том числе и в связи с программами по энергоэффективности (EEffG), требуется применение в них постоянных магнитов (двигатели BLDC). Для изготовления эффективных постоянных магнитов используются редкоземельные металлы. Спрос на них постоянно растет и к 2020 г. ожидается его удвоение. При этом 95 % редкоземельных металлов добывается в Китае, к тому же темпы добычи снижаются в связи с сильным загрязнением окружающей среды от такой добычи (закрываются целые месторождения). Образовалась огромная экономическая зависимость производителей электромоторов всего Мира от Китая и сильное ценовое давление.
Разработка российских специалистов — обмотка “Славянка” — помогает справиться со всеми перечисленными проблемами.
Суть технологии совмещенных обмоток (Славянка) — использование дополнительных обмоток статора. Реализован простой и гениальный принцип комбинированного или совместного воздействия. Используются два набора взаимозависимых совмещенных обмоток, один из которых собран в «звезду», второй в «треугольник».

Т.е. в отличие от стандартного трёхфазного электродвигателя помимо трёх основных обмоток используются ещё три дополнительных — совмещенных — расположенных определенным геометрическим образом и также специальным образом соединенных между собой. Теоретически это 6-фазный электродвигатель, подключенный к трёхфазной сети. Данная технология запатентована и имеет множество вариаций исполнения конечного продукта.
Преимущества технологии
Благодаря совмещённым обмоткам параметры двигателей значительно улучшаются, в частности повышается энергоэффективность. При этом уменьшается применение дорогостоящих электротехнических материалов. Уменьшение потерь в стали позволяет уменьшить размер двигателя с повышением его эффективности.

Дуюнов, благодаря применению «Славянки» и отсутствию в её структуре магнитов, решил проблему износа обычных асинхронных двигателей, происходящую из-за трения проводов при вибрациях, возникающих за счет увеличения электро-магнитной силы. Кроме того, в качестве эксперимента была успешно протестирована технология покрытия провода обмотки — серебром, что позволило снизить показатели электропотребления и нагрева двигателя. Основным источником обмотки, по-прежнему, служит обычный медный провод, используемый повсеместно в производстве электромоторов.
Запатентовав свои изобретения, Дмитрий Александрович ставит цель — наладить промышленное производство как мотор-колес, так и передовых асинхронных двигателей, область реализации которых практически не имеет границ, а конечные товары будут доступны каждому потребителю.
Сейчас разработано более 200 различных схем для разных габаритов электродвигателей. Применение модифицированных асинхронных двигателей позволяет уже сейчас выходить на рынки сбыта в различных сферах их применения.
Проследим кратко этапы развития технологии.

К Вашему вниманию несколько интересных коротких роликов:
Ролик на телеканале Россия 24

Ролик на телеканале Автовести

Ролик о том, насколько «Славянка» отличается от классической обмотки

Ролик на телеканале НТВ

Модернизированный по технологии Дуюнова скутер тянет Ниву

Известный актер, музыкант, журналист, мастер спорта России международного класса по автоспорту, а также президент компании Marussia Motors, которая, в свое время, занималась разработкой гоночных болидов отечественного производства, неспроста стал гостем Дуюнова.
Николай рассказал, что в планах у Marussia Motors создать на базе спорткара компании электромобиль с мотор-колесом. А компанию Дуюнова Фоменко считает наиболее перспективной на сегодняшний день из всех представленных в мире для сотрудничества в этой области.

Ролик про Citroën «Утка»

Ролик об электромобиле Zetta — El Panda на мотор колесах Дуюнова

Zetta — El Panda представили Путину

Инженеры команды Дуюнова применили технологию к двигателю ручного электроинструмента. Выбор пал на углошлифовальную машинку, которая, после перемотки её двигателя по технологии Дуюнова, получила улучшенные характеристики. Повысилась выносливость инструмента, сам двигатель стал меньше, а его себестоимость существенно снизилась.

Обобщающий ролик об особенностях и преимуществах технологии

В работу над проектом вовлечены сотни людей, проведены тысячи испытаний. Появилось множество энтузиастов – от желающих развивать проект, до желающих приобрести конечный продукт.
Основной движущей силой для развития технологии и вывода её на мировой рынок, безусловно, являются финансы, достаточные для закупки необходимого оборудования и оснастки, создания необходимого объема производства и вовлечения специалистов. Именно для привлечения инвестиций в развитие технологии Дуюнова был организован проект народного инвестирования (т.н. краудинвестинг).
Проект организован на базе следующих компаний:
1) ООО «АС и ПП» — инженерно-конструкторское предприятие с многолетним практическим опытом, откуда вышли разработки плазмореза, мотор-колеса, обмотки «Славянки» и других. В числе учредителей компании — Дуюнов Д.А.
2) группа компаний «СоларГрупп» — краудинвестинговая площадка, союз инициативных людей, работающих на объедение частных инвесторов из разных стран.
3) ООО «СовЭлМаш» — «завод по производству заводов» или компания, готовящая решения для производства инновационных электродвигателей. В числе учредителей — Дуюнов Д.А.
Схема взаимодействия этих трех составляющих такова: «АС и ПП» реализует технологию, «СоларГрупп» организует сбор инвестиций, СовЭлМаш внедряет инновацию в производство.
Цель проекта — взаимовыгодное сотрудничество компании и инвесторов для вывода технологии на мировой рынок и запуска серийного производства востребованного продукта. Технология получит массовое применение, а инвесторы — доход от совладения эффективным бизнесом.
На сегодняшний день:
— получено более 40 патентов на разработанную технологию (принцип построения обмоток и базовые схемы),
получен также патент на промышленный образец мотор-колеса для инвалидной коляски;
— арендованы новые помещения под лабораторию, механический и опытный участок;
— близятся к завершению ремонтные работы в новых помещениях;
— установлено самое современное стендовое оборудование, с помощью которого будут проводиться испытания в интересах сертификации будущих моторов и сравнения двигателей Дуюнова с моделями, присутствующими на мировом рынке.
Благодаря обустройству опытного производства, уже в этом году планируется сделать первую установочную партию «Мотор-колес Дуюнова».
Уже сейчас сделаны первые шаги к началу мелкосерийного производства. А главная цель проекта – строительство завода и конструкторского бюро. По текущему плану будущее предприятие будет размещаться в Подмосковье, в особой экономической зоне Алабушево. С администрацией ОЭЗ согласован участок № 16 для размещения «СовЭлМаш» (на картинке — план зоны).

На данный момент проектирование производства завершено, и вся документация передана потенциальному исполнителю, который будет заниматься строительными работами. Уже в апреле-мае планируется начало строительства завода. Проект успешно движется к своей цели большими и уверенными шагами, и если Вы еще не шагаете вместе с нами, сейчас самое подходящее время присоединиться!
Безусловным преимуществом для инвесторов является возможность принять участие в проекте на начальном этапе, что позволит получить бОльшую прибыль.
На сегодняшний день акции продаются буквально за копейки, однако по реализации проекта их стоимость вырастет в сотни-тысячи раз.
1-го апреля завершается 3-й этап народного финансирования. С каждым последующим этапом развития проекта цена акций увеличивается.
Так что есть над чем подумать и к чему стремиться. Проект отечественный, основанный на реальной технологии и реальных инновационных продуктах, а не на мыльно-пузырных пирамидах. Можно всю жизнь только мечтать, а можно сделать своё будущее и будущее своих детей обеспеченным.
Этим постом я донес до вас только часть информации о данном проекте.
Для получения полной картины и возможности быть постоянно в курсе всех событий развития проекта, доступа к регулярно проводимым вебинарам, живым встречам и конференциям, возможности посещения предприятий проекта, знакомства с авторами технологии и другими участниками, а также рядом продуктов компании необходимо зарегистрироваться в проекте, где будет предоставлен личный кабинет. Регистрация в проекте не накладывает обязательств по инвестированию.
Ссылка на форму регистрации.
Ссылка на официальный сайт проекта.

Умышленно закрываю доступ к комментированию, дабы не навлекать возможный негатив со стороны скептиков, пессимистов и прочих злобных троллей. Желающие задать конкретные вопросы обращайтесь в личку.