≫ Асинхронный двигатель: зачем нужен, принцип работы, конструкция

Асинхронный двигатель – это простое и надежное устройство, способное электрическую энергию преобразовать в механическую. Его изобрел инженер Доливо-Добровольский в конце 19 века. Интерес разработчиков различного оборудования и аппаратуры к этому устройству постоянно возрастает, поэтому в статье мы рассмотрим не только, что такое асинхронный двигатель, но и как он работает, из чего состоит и какими достоинствами обладает.

Асинхронный двигатель: конструкция

Конструкция устройства достаточно проста. Основные части асинхронного двигателя следующие:

• Статор, имеющий форму цилиндра. Он собирается из листов стали. В его сердечнике есть пазы, смещенные друг к дружке на 120°. В них укладывается обмотка.
• Ротор. Бывает короткозамкнутым или фазным. В первом случае ротором служит сердечник, в котором стержни из алюминия закорочены торцевыми уплотнителями. Фазный ротор состоит из 3-х фазной обмотки.   Устройство с фазным ротором всегда трехфазное, а с короткозамкнутым ротором выделяют 3 вида асинхронных двигателей – одно-, двух- и трехфазные.
• Конструктивные элементы. Это детали, которые в конструкции асинхронного двигателя отвечают за выполнение вращательных, охлаждающих и защитных функций.

Схематическое изображение конструкции асинхронного двигателя можно найти в сети Интернет.

Что значит асинхронный двигатель и его принцип действия 

Асинхронный – это тот, у которого в работе отсутствует синхронность, у которого при старте статическая и подвижная части при вращении имеют разную частоту магнитного потока. Этот показатель у подвижного элемента меньше, чем у неподвижного.

Рассмотрим принцип работы асинхронного двигателя на примере: достаточно взять постоянный магнит и начать его вращать вокруг своей оси на небольшом расстоянии от диска из меди. Очень скоро диск начинает вращение, следуя за магнитом. Такое поведение диска объясняется тем, что из-за вращающегося вблизи магнита в нем появляются токи Фуко, которые двигаются по замкнутому контуру. Это токи короткого замыкания, нагревающие металлическую конструкцию. В диске возникает собственный магнитный поток, который начинает взаимодействовать с полем магнита.

В асинхронном электромоторе источником вращающего поля выступают обмотки статора. Под действием образованного обмотками магнитного потока в проводниках вращающегося элемента формируется электродвижущая сила. Когда магнитный поток статора начинает взаимодействовать с индуцируемым током в обмотке вращающейся части, появляется электромагнитная сила. Она и начинает вращать вал электродвигателя.

Чтобы понять, как работает асинхронный двигатель, представим происходящие в нем действия пошагово:

1. Двигатель запускается, и магнитный поток неподвижной части пересекает контур вращающегося элемента, формируя электродвижущую силу.
2. В короткозамкнутом роторе образуется переменный ток.
3. Под действием магнитных потоков неподвижной и вращающейся части образуется крутящий момент.
4. Вращающийся элемент стремится к полю неподвижной части.
5. В определенный момент у неподвижной и вращающейся части двигателя совпадает частота вращения магнитного потока, тогда крутящий момент равен 0, что приводит к затуханию электромагнитных проявлений во вращающемся элементе двигателя.
6. Контур ротора начинает отставать, магнитный поток статора начинает его возбуждать.

Медлительность ротора в сравнении с магнитным полем статора и обеспечивает несинхронную работу электродвигателя.

Формирование тока в роторе происходит бесконтактно, поэтому не нужно устанавливать в устройстве скользящие контакты. Эта особенность электродвигателя делает его более эффективным и надежным. Изменить направление вращения мотора можно, поменяв фазы на клеммах одной из обмоток. Направление электромагнитной силы можно определить по «правилу буравчика».

Достоинства устройства

Главными достоинствами асинхронных двигателей является простота их конструкции и легкость использования. Также устройство характеризует:

• Надежность и долговечность. Из-за бесконтактного взаимодействия между основными деталями устройства оно редко ломается и не изнашивается;
• Доступная цена. Простая конструкция и недорогое сырье для производства электродвигателей обеспечивает низкую стоимость оборудования;
• Простой принцип использования. Для работы с асинхронным двигателем не нужно обладать специальными навыками.
• Универсальность. Электродвигатель асинхронного типа устанавливается практически в любое оборудование.

Эти преимущества объясняют широкое применение асинхронных двигателей во всех отраслях промышленности и сферах человеческой жизни.

История изобретения электродвигателя | Великие открытия человечества

Давайте подвесим между полюсами неподвижного магнита проволочную петлю, через которую пропустим электрический ток. Мы увидим, что петля начнет отклоняться в сторону, чтобы выйти из магнитного поля. Именно это явление положено в основу всех электродвигателей. Главными частями электродвигателя являются: ротор и статор. Статор является неподвижной частью электродвигателя, служит магнитопроводом, в котором образуется магнитное поле. Подвижной вращающейся частью электродвигателя является ротор, на нем помещены витки провода, по которому пропускают электрический ток.

Майкл Фарадей

Двигатели, работающие от сети постоянного тока, являются двигателями постоянного тока. Двигатели, работающие от источника переменного тока, называются двигателями переменного тока. В результате проведенных экспериментов выдающийся английский физик Майкл Фарадей доказал, что при перемещении проводника в магнитном поле, можно создавать электрический ток индукционным методом. Так, в 1831 году было открыто явление электромагнитной индукции. Сразу же ученые и изобретатели нескольких стран взялись за разработку электродвигателя, пригодного для практики.

Первый электродвигатель постоянного тока Б. С. Якоби

Первыми были созданы электродвигатели постоянного тока, так как источники постоянного тока (батарея и гальванические элементы) были изобретены раньше. В 1834 году русским ученым Б. С. Якоби был создан первый электродвигатель, который состоял из двух частей — неподвижной и вращающейся. Благодаря изобретению был открыт принцип непрерывного вращательного движения. Мощность электродвигателя равнялась 15 Вт, источником тока были гальванические батареи. Однако практического применения электродвигатель не имел. В 1838 году Б. С. Якоби создал первый электродвигатель постоянного тока пригодный для практических целей. Мощность была увеличена за счет соединенных на одной плоскости 40 двигателей. Двигатель использовали для привода гребного вала лодки. 13 сентября 1838 года двигатель был установлен на лодке, в которой находилось 12 пассажиров. Испытания прошли весьма успешно. За 7 часов лодка проделала путь в 7 км со скоростью 2 км/ч. В сентябре 1839 года на катер с 14 пассажирами был установлен двигатель усовершенствованной конструкции, большей мощности, скорость которого составляла 4 км/ч. Двигатель Якоби стал самым надежным и мощным из всех конструкций, созданных на тот момент. К 70-м годам XIX столетия электродвигатель был полностью усовершенствован и сохранился в таком виде до наших дней.

Со временем в электродвигателях стали использовать электромагниты вместо постоянных магнитов, что позволило существенно увеличить мощность. Принцип работы электродвигателя постоянного тока заключается в следующем: к обмотке электромагнита подводят электрический ток, в результате между его полюсами возникает магнитное поле. Виток провода размещен на роторе. Когда к витку провода через коллектор подводится электрический ток, он начинает вращаться вместе с ротором. Особенностью таких электродвигателей является возможность регулировать частоту вращения ротора. Микроэлектродвигатели используют в электробритвах, системах автоматического регулирования, кофемолках и других приборах быта. Мощные электродвигатели используют для привода подъемных кранов, прокатных станков, на электрофицированном транспорте.

Трехфазный асинхронный электродвигатель

В 1889 году замечательный русский инженер-электротехник М. О. Доливо-Добровольский создал систему трехфазного тока и создал первый трехфазный двигатель переменного тока. Основными частями двигателя переменного тока также являются ротор и статор. В отличие от двигателей постоянного тока они не имеют коллектора, ток на обмотки ротора поступает через контактные кольца. В некоторых двигателях отсутствуют выводы на обмотках для подключения к току, а замкнуты между собой. Внешне ротор был похож на колесо в беличьей клетке и получил название беличьего колеса. Конструкция такого ротора дала возможность уменьшить магнитное и электрическое сопротивление и повысить эффективность работы, без принципиальных изменений она сохранилась до сегодняшних дней. Двигатели переменного тока существуют синхронные и асинхронные. У синхронного двигателя частота вращения магнитного поля, производимая обмотками статора, синхронна с частотой вращения ротора. В асинхронных двигателях частота вращения ротора отстает от частоты вращения магнитного поля статора. Наиболее просты и надежны асинхронные двигатели. Они получили широкое распространение.

Кто изобрел асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель — одно из самых важных изобретений в современной истории. Она развернула колеса прогресса с новой скоростью и официально положила начало второй промышленной революции, резко повысив эффективность производства энергии и сделав возможным распределение электроэнергии на большие расстояния. Сегодня машины не только включают свет в вашем доме, но и питают многие механические гаджеты, которые люди считают само собой разумеющимися, от пылесосов и электрических зубных щеток до этой стильной Tesla Motors Model S.

Один из оригинальных электродвигателей Теслы 1888 года выпуска. По сей день эта конструкция является основным генератором энергии для промышленности и бытовой техники. Фото: Wikimedia Commons

Первый асинхронный двигатель изобрел знаменитый Никола Тесла в 1887 году в своей мастерской на улице Свободы, 89, Нью-Йорк. Говорят, что этот одаренный изобретатель увидел свой двигатель переменного тока в один солнечный день в Будапеште в 1882 году, когда читал строфы из «Фауста» Гёте.

«В том возрасте я знала целые книги наизусть, слово в слово. Одним из них был «Фауст» Гёте. Солнце только что садилось и напомнило мне о великолепном пассаже «Sie ruckt und weicht, der Tag ist uberlebt, Dort eilt sie hin und fordert neues Leben». О, da kein Flugel mich vom Boden hebt Ihr nach und immer nach zu streben! Ein schöner Traum indessen sie entweicht, Ach, au des Geistes Flügeln wird so leicht Kein körperlicher Flügel sich gesellen!» Когда я произнес эти вдохновляющие слова, мысль пришла как вспышка молнии, и в одно мгновение истина открылась. Я нарисовал палочкой на песке схему, показанную шестью годами позже в моем выступлении перед Американским институтом инженеров-электриков, и мой спутник прекрасно их понял.

Образы, которые я видел, были удивительно четкими и ясными и обладали твердостью металла и камня, настолько, что я сказал ему: «Посмотри на мой мотор; смотри, как я его изменю». Я не могу описать свои эмоции. Пигмалион, увидев, что его статуя оживает, не мог быть более глубоко тронут. Тысячу тайн природы, на которые я мог бы наткнуться случайно, я отдал бы за ту, которую вырвал у нее вопреки всему и с опасностью для своего существования…»

Летом 1883 года, находясь в Париже, Тесла построил свой первый настоящий асинхронный двигатель и увидел, как он работает. Тесла отплыл в Америку в 1884 году и прибыл в Нью-Йорк с четырьмя центами в кармане, несколькими собственными стихами и расчетами для летательного аппарата. После нескольких случайных заработков он устроился к Томасу Эдисону, который поручил ему улучшить динамо-машину для его двигателя постоянного тока. Ни Эдисон, ни инвесторы Эдисона не интересовались планами Теслы по переменному току.

[panel style=»panel-primary» title=»Как работает двигатель постоянного тока» footer=»»]В двигателе постоянного тока магнит, создающий магнитное поле, закреплен на месте и образует внешнюю статическую часть мотор. Это называется статором. Катушка провода подвешена между полюсами магнита и подключена к источнику питания постоянного тока, например к батарее. Ток, протекающий по проводу, создает временное магнитное поле (это электромагнит), которое отталкивает поле от постоянного магнита, заставляя провод переворачиваться.

Обычно провод останавливается после одного поворота и снова переворачивается, однако ключевой компонент, называемый коммутатором, меняет направление тока каждый раз, когда провод переворачивается. Таким образом, провод может продолжать вращаться в одном и том же направлении до тех пор, пока по нему течет ток.

Двигатель постоянного тока был задуман Майклом Фарадеем в 1820-х годах, а десятилетие спустя Уильям Стерджен превратил его в практическое изобретение. [/panel]

После ссоры с американским изобретателем Тесла покинул лабораторию Эдисона и в 1888 году стал партнером Джорджа Вестингауза, которому он продал патент на многофазную технологию переменного тока Теслы. Их партнерство стало очень прибыльным, они выиграли множество контрактов, в том числе на поставку материалов для Всемирной выставки в Чикаго в 1899 году. 3 с электричеством.

Однако первый большой прорыв в области двигателей переменного тока произошел, когда в том же году для использования энергии Ниагарского водопада была выбрана многофазная конструкция переменного тока Теслы.

Сам Тесла с детства мечтал овладеть силой великого чуда природы. В своей автобиографии «Мои изобретения» он сказал:

«В классной комнате было несколько механических моделей, которые меня заинтересовали и обратили мое внимание на водяные турбины».

Услышав описание великого Ниагарского водопада:

«Я представил в своем воображении большое колесо, вращающееся у водопада».

Он объявил своему дяде, что однажды «он поедет в Америку и осуществит этот план».

Патент США 382 279 на электромагнитный двигатель, выданный Николе Тесле в 1888 г. следовал естественному ходу прогресса. Когда постоянный ток проходит по линиям электропередачи, накопленное сопротивление в проводах значительно снижает электрическую мощность, подаваемую потребителю. Переменный ток, с другой стороны, не несет таких потерь и способен преодолевать большие расстояния с гораздо меньшей потерей потенциала. Напряжение переменного тока также может увеличиваться или уменьшаться с помощью трансформаторов, поэтому электроэнергия может производиться с большой мощностью на электростанциях, а затем уменьшаться прямо в точке местного распределения.

[panel style=”panel-success” title=”Как работает двигатель переменного тока” footer=””]Переменный ток меняет направление примерно 50 раз в секунду (~50 Гц), поэтому электродвигатель нуждается в совершенно другой конструкции от двигателя постоянного тока.

В двигателе переменного тока статор состоит из кольца пар электромагнитов, создающих вращающееся магнитное поле. В отличие от двигателя постоянного тока, в котором мощность передается на внутренний ротор, в двигателе переменного тока мощность передается на эти электромагниты для создания поля. Блестящий трюк заключается в том, чтобы подавать питание на электромагниты одновременно, попарно. Когда одна пара полностью активна, другая полностью отключается.

Когда катушки находятся под напряжением, они создают магнитное поле, которое индуцирует электрический ток в роторе, который является электрическим проводником в соответствии с законом Фарадея. Новый ток создает собственное магнитное поле, которое пытается противодействовать полю, создавшему его в первую очередь, в соответствии с законом Ленца. Эта игра в догонялки между двумя магнитными полями и есть то, что в конечном итоге вращает ротор. [/panel]

В 20-м веке во всем мире произошло массовое распространение электроэнергии. В первом десятилетии века, например, большой считался энергоблок мощностью 25 000 киловатт. Но к 1930, самая большая установка в Соединенных Штатах имела мощность 208 000 киловатт, а давление превышало 1 200 фунтов на квадратный дюйм. Из-за эффекта масштаба цена за киловатт-час электроэнергии резко упала, что в конечном итоге помогло электрифицировать всю страну. И когда в нашем распоряжении было так много энергии, мир внезапно оказался готов к технологическому расцвету.

Теги: альтернативный токdпостоянный токНикола Тесла

Асинхронный двигатель переменного тока Теслы — одно из 10 величайших открытий всех времен

 

Никола Тесла держит газонаполненную лампочку с фосфорным покрытием, которая
освещался без проводов электромагнитным полем от
«Катушка Тесла».

Вверху: один из оригинальных асинхронных двигателей переменного тока Теслы, выставленный в Британском музее науки в Лондоне. Этот двигатель упоминается в T.C. Книга Мартина, предоставленная Теслой профессору Айртону в Англии. В 1892 ноября Тесла прочитал свою знаменитую лекцию перед Институтом инженеров-электриков и Королевским институтом Великобритании в Лондоне, где передал свой оригинальный асинхронный двигатель профессору Айртону. Фотография Джима Морфорда. Мемориальное общество Теслы Нью-Йорка благодарно г-ну Морфорду за образовательные фотографии и тексты.

Вверху: Текст от Т.С. Книга Мартина.

Вверху: плакат доктора Любо Вуйовича, президента Мемориального общества Теслы в Нью-Йорке, описывающий, как Тесла открыл вращающееся магнитное поле в Будапеште в 1882 году.

 

Никола Тесла был введен в
Национальный зал славы изобретателей за изобретение электромагнитного
Двигатель — переменный ток в 1975 г.

Выше:
Профиль изобретателя Зала славы

 

Нижеследующее можно найти у Николы Теслы.

Профиль изобретателя Зала славы

Никола Тесла
Родился 10 июля 1856 г. — умер 7 января 1943 г.

Электромагнитный двигатель
Переменный ток
Номер(а) патента 381,968

Inducted 1975

Никола Тесла изобрел асинхронный двигатель с вращающимся магнитным полем
что сделало возможным привод агрегатов для машин и сделало передачу энергии переменного тока
экономическая необходимость.

В 1887 и 1888 годах у Теслы был экспериментальный магазин на улице Свободы, 89, Нью-Йорк.
Йорк, и там он изобрел асинхронный двигатель. Он продал изобретение
Вестингауз в
Июль 1888 г. и провел год в Питтсбурге, инструктируя Вестингауз.
инженеры.

Invention Impact

Inventor Bio

Родился в Смильян Лике, Хорватия, в семье сербского православного священника.
Тесла учился в Joanneum, политехнической школе в Граце и университете.
Праги в течение двух лет. Начал работать в инженерном отделе
австрийской телеграфной системы затем стал инженером-электриком в
электроэнергетической компании в Будапеште, а затем и в Страсбурге.
Во время учебы в технической школе Тесла убедился, что коммутаторы
ненужно на моторах; и в то время как с энергетической компанией он построил грубую
двигатель, который продемонстрировал истинность его теории. В 1884 году Тесла пришел к
США и присоединился к Edison Machine Works в качестве динамо-машины.
дизайнер.

Телса за свою жизнь получил более 100 патентов. Несмотря на свои 700
изобретения Тесла не был богат. Много лет он работал в своей комнате в
отель «Нью-Йоркер», где он и умер.

 

Вверху: один из оригинальных электродвигателей Tesla 1888 года выпуска.
сегодня основная сила для промышленности и бытовой техники.
Электрический двигатель Теслы — одно из десяти величайших изобретений всех времен.
раз.

Вверху: двигатель переменного тока Теслы, найденный в Смитсоновском институте.
Учреждение в Вашингтоне, округ Колумбия  (дополнительную информацию можно получить по телефону: ).
Смитсоновский институт
(Музей) в Вашингтоне, округ Колумбия, отдает дань уважения
Никола Тесла)

Вверху: Почтовые марки США — «Дань уважения американским изобретателям».
— Никола Тесла и его асинхронный двигатель.

Двигатель переменного тока Tesla входит в десятку лучших
открытия всех времен

Tesla Motors — Коллекция фотографий Westinghouse

— Великая победа многофазного переменного тока Теслы/Вестингауза.
системное электричество.

Доктор Любо
Вуйович и Марко Вуйович

Всемирный Колумбийский
Экспозицию представляла Всемирная выставка, посвященная 400-летию со дня рождения Христофора.
Колумб ступил в Новый Свет. Расположен на озере Мичиган в
облегчить доступ морским, автомобильным и железнодорожным транспортом. Это было собрание
идеи, люди и технологии со всех концов земного шара, с каждым
страна вносит свой вклад в свои промышленные, культурные, коммерческие
и образовательных предприятий. Ренессансный стиль экспозиции
здания были непревзойденными по своей архитектурной красоте. Экспозиция
сам был произведением искусства. Выставка представляла собой блестящее зрелище
науки, искусства и промышленности. У всего мира есть паломничество к
Колумбийская выставка в 189 г.3. Westinghouse посвятил себя
продвижение многофазной системы переменного тока и чувствовал, что его лучший
шанс представить его широкой публике был бы на Всемирной выставке 1893 года.
Колумбийская выставка в Чикаго. Экспозиция была самой большой
событие в Америке и в мире в то время. Когда-либо гениальный
промоутер Westinghouse перебил Эдисона за контракт на питание
экспозиции освещения и электрических систем. Более двухсот
тысячи электрических лампочек были освещены многофазным светом Теслы.
система переменного тока. Выставка Westinghouse была историческим событием.
набор машин, все с приводом от Теслы/Вестингауза, поочередно
ток. Это было захватывающее зрелище света и энергии, которое
освещал экспозицию.

Фотографии этого великого события были взяты из следующих замечательных
книги:

Колумбийская выставка в Чикаго, 1893 г.
Празднование 400-летия открытия Америки Христофором Колумбом

Вверху: Статуя Колумба на выставке.

Вверху: административное здание, восточный фасад.

Вверху: Великий двигатель Эллис-Корлисс

Вверху: многофазный генератор переменного тока Tesla мощностью 500 л. с.
в экспозиции Вестингауза.

Вверху: вид на восток с колеса обозрения – Колумбийская выставка,
«Город мечты».

Вверху: Героическая статуя Республики.

Вверху: «Город мечты», Колумбийская выставка 1893 года.

Вверху: колесо обозрения – главным чудом ярмарки 1893 года было
работа Джорджа Вашингтона Гейла Ферриса, человека, родившегося к западу от Чикаго.
Колесо обозрения было одним из чудес света.

Вверху: здание электростанции, где находилась выставка Westinghouse.
расположенный.

Вверху: Edison Electric Tower.

Вверху: здание электростанции, где находилась выставка Westinghouse.