Повышение промышленной эффективности с помощью асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

В многочисленных отраслях промышленности, включая водоподготовку, химическое производство и машиностроение, важную роль играют электрические приводы клапанов. Движущей силой этих приводов часто являются надежные, долговечные и экономичные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Что делает эти двигатели столь широко используемыми? Как именно они работают? Эта статья предоставляет углубленный анализ конструкции, принципов работы, применения и вопросов технического обслуживания асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором - это электродвигатель переменного тока, который работает по принципу электромагнитной индукции: вращающееся магнитное поле статора индуцирует ток в роторе, вызывая вращение и генерируя механическую мощность. Как следует из названия, его ротор напоминает беличью клетку, состоящую из пластинчатых листов кремнистой стали, образующих цилиндр со встроенными проводящими стержнями, закороченными концевыми кольцами с обеих сторон.

Для понимания работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором необходимо знание его основных компонентов:

• Статор
• Ротор
• Подшипники
• Защитные кожухи
• Вал

Чем асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором отличаются от других стандартных типов асинхронных двигателей?

В отличие от двигателей с обмоткой ротора, конструкция с короткозамкнутым ротором исключает щетки и контактные кольца, уменьшая количество компонентов, подверженных износу. Это приводит к снижению требований к техническому обслуживанию, что особенно выгодно для применений с электрическими приводами клапанов.

Упрощенная конструкция обычно обеспечивает более высокую эффективность с улучшенным тепловым режимом и снижением внутренних потерь, что делает эти двигатели идеальными для непрерывной работы в:

• Конвейерных системах
• Насосах и вентиляторах
• Системах отопления, вентиляции и кондиционирования

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором обладают исключительной универсальностью, доступны в различных размерах и номинальных мощностях для удовлетворения конкретных потребностей применения. В сочетании с приводами с регулируемой частотой (VFD) они обеспечивают точное регулирование скорости для применений с переменной скоростью.

Стандартные асинхронные двигатели обычно используются в приложениях, требующих высокого пускового момента или плавной регулировки скорости, таких как краны, прокатные станы и тяжелое промышленное оборудование.

Как именно электромагнитная индукция функционирует в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором? Давайте рассмотрим основные компоненты и механику работы:

Статор представляет собой неподвижную внешнюю часть двигателя, образованную из пластинчатых листов кремнистой стали, расположенных в цилиндрической структуре. Здесь начинается процесс электромагнитной индукции.

Когда переменный ток подается на обмотки статора, он создает вращающееся магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью, определяемой частотой переменного тока и количеством полюсов обмотки статора. Трехфазные асинхронные двигатели получают переменный ток в трех фазах, обеспечивая более плавную работу и более высокую эффективность по сравнению с однофазными моделями.

Ротор с короткозамкнутым ротором вращается внутри статора, состоящего из проводящих стержней (обычно алюминиевых или медных), встроенных в сердечники из пластинчатой кремнистой стали и закороченных концевыми кольцами.

Эти параллельные проводящие стержни образуют замкнутые контуры между концевыми кольцами. Они получают индуцированный ток от вращающегося поля статора, создавая собственное магнитное поле, которое взаимодействует с полем статора для создания вращения.

Концепция скольжения оказывается существенной для создания крутящего момента. Если скорость ротора точно соответствует синхронной скорости магнитного поля, относительное движение между статором и ротором не произойдет, что предотвратит индукцию тока. Таким образом, асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором работают асинхронно, при этом ротор всегда немного отстает от поля статора. Эта разница в скорости (обычно 1-6%) называется скольжением - большее скольжение индуцирует более сильные токи ротора и создает более высокий крутящий момент.

Подшипники поддерживают ротор для свободного вращения внутри статора, минимизируя трение между движущимися и неподвижными компонентами. Вал выходит из сердечника ротора через корпус двигателя, передавая механическую мощность во внешние системы, такие как электрические приводы.

Рама вмещает и защищает все внутренние компоненты, выдерживая механические нагрузки и перепады температуры. Обычно изготавливается из чугуна или стали, обеспечивая прочную структурную целостность.

Для применений с электрическими приводами клапанов производительность двигателя и характеристики крутящего момента определяют надежную работу клапана в различных условиях (давление, динамика жидкости и т. д.). Основные параметры производительности включают:

• Скорость двигателя: Определяет совместимость с требованиями системы привода
• Пусковые характеристики: Описывает поведение во время запуска, включая пусковой ток
• Рабочие характеристики: Включает рейтинг эффективности и коэффициент мощности (указывающий на эффективность использования электроэнергии)

Критическими характеристиками крутящего момента являются:

• Пусковой (заблокированный ротор) крутящий момент: Крутящий момент при нулевой скорости для преодоления начального сопротивления (например, клапаны застряли из-за отложений или повышения давления)
• Подъемный крутящий момент: Минимальный крутящий момент во время ускорения от остановки до рабочей скорости, предотвращающий остановку при переменном сопротивлении
• Крутящий момент срыва: Максимальный крутящий момент перед остановкой под нагрузкой, важный для периодических условий перегрузки
• Рабочий крутящий момент: Крутящий момент, необходимый для поддержания движения клапана на рабочей скорости

В заключение, асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором обладают присущими им преимуществами конструкции и надежными эксплуатационными характеристиками, что делает их идеальными для многочисленных применений, включая электрические приводы клапанов. При наличии различных типов (модели с высоким пусковым моментом или с низким пусковым моментом) правильный выбор зависит от соответствия технических характеристик требованиям системы.