0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое беличья клетка асинхронного двигателя

Ротор с короткозамкнутым ротором — Squirrel-cage rotor

А ротор с короткозамкнутым ротором это вращающаяся часть обычной беличьей клетки Индукционный двигатель. Он состоит из цилиндра из стальных пластин с алюминиевыми или медными проводниками, встроенными в его поверхность. В работе невращающийся статор обмотка подключена к переменный ток источник питания; переменный ток в статоре производит вращающееся магнитное поле. Обмотка ротора имеет ток, индуцированный полем статора, как трансформатор за исключением того, что ток в роторе изменяется со скоростью вращения поля статора за вычетом физической скорости вращения. Взаимодействие магнитных полей токов в статоре и роторе создает крутящий момент на роторе.

Регулируя форму стержней в роторе, характеристики скорости-момента двигателя могут быть изменены, например, для минимизации пускового тока или для максимизации крутящего момента на низкой скорости.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором очень распространены в промышленности и имеют размеры от менее 1 киловатта (1,3 л.с.) до десятков мегаватт (десятков тысяч лошадиных сил). Они просты, прочны и самозапускаются, и поддерживают достаточно постоянную скорость от малой до полной нагрузки, задаваемую частотой источника питания и количеством полюсов обмотки статора. Обычно используемые в промышленности двигатели IEC или же NEMA стандартные размеры корпуса, которые взаимозаменяемы между производителями. Это упрощает применение и замену этих двигателей.

Общее описание

У асинхронной машины по сравнению с машиной постоянного тока полюса не явно выражены, т. е. это неявнополюсная магнитная система. Чтобы уменьшить вихревые токи, статорный сердечник набран из изолированных штампованных стальных листов 0,35-0,5 мм в толщину, закрепленных в стальном остове. Пазы статора заполнены обмоткой из медного провода. Обмотки статорных фаз могут соединяться в «звезду» или «треугольник», для этого их входы и выходы располагаются на специальном изолированном от корпуса щитке. Это создает массу удобств, поскольку есть возможность подводить к обмоткам статора напряжение разной величины. Ротор в асинхронной машине, как и охватываемая деталь, состоит из электротехнических стальных листов, а в пазы заложена обмотка. В функции от исполнения ротора асинхронных моторов машины бывают короткозамкнутыми и фазными. Не изолированная обмотка из меди короткозамкнутого ротора в виде стержней укладывается в его пазах. Торцы стержней соединяют медные кольца. Обмотка такого типа названа «беличьей клеткой». Иногда вместо нее пользуются отлитым узлом вращения. Из асинхронных машин с фазным ротором (наличие контактных колец) состоят мощные приводы. Также ими создается большое усилие в момент трогания с нуля. С этой целью в их обмотки включается реостат пуска. В мощных машинах между ротором и статором зазор составляет 1-1,5 мм, в моторах малой мощности он и того меньше. Вал опирается на подшипники, установленные в крышках.

Читать еще:  406 двигатель хлопки на холодную

Разные типы двигателя

В отличие от трёхфазного, однофазный асинхронный двигатель часто применяется в бытовой технике – пылесосах, стиральных машинах, вентиляторах, кухонных комбайнах, блендерах и т.д. Они же применяются в магнитофонах и проигрывателях виниловых дисков. Даже в составе персонального компьютера можно найти не один асинхронный двигатель. Но к устройству этой версии двигателя мы вернёмся чуть позже.

Первым появился на свет именно трёхфазный электродвигатель, принцип работы которого строился на взаимодействии электромагнитных полей. Основные части асинхронного двигателя – это статор и ротор. Соответственно, статором была названа часть, которая остаётся неподвижной. Именно она находится непосредственно под внешней оболочкой устройства и имеет форму цилиндра. В этой части по кругу расположены три обмотки – под углом 120° друг к другу.

В современных двигателях можно насчитать множество обмоток, однако, они соединены друг с другом так, чтобы каждая последующая отличалась от предыдущей по фазе, и фазовый сдвиг между соседними обмотками составлял 120°. Обмотки наматываются медным проводом, и к каждой из групп подключается напряжение со своей фазы. Таким образом, получается, что магнитное поле движется по этим обмоткам, как бы замыкаясь в кольцо.

Статор тоже имеет свои обмотки. Так как на статор электричество не подаётся, он имеет право на замкнутый проводник, который иногда вместо обмоток формируют в виде так называемой беличьей клетки. Если сравнивать точнее, то эта деталь напоминает не саму клетку для проворного грызуна, а беличье колесо, предназначенное для того, чтобы животное выплёскивало свою неуёмную энергию. В роторе устройства «беличья клетка» формируется путём заливки расплавленного алюминия в пазы сердечника, выполненного из набранных стальных листов. Такое устройство называется короткозамкнутым ротором.

Если статор выполнен с реальными обмотками, то он обычно делается многополюсным. Такой ротор называют фазным. Обмотки этого ротора замыкают звездой или треугольником.

Ротор имеет собственный вал, который опирается на задний и передний подшипники. Они, в свою очередь, закреплены на корпусе двигателя так, что ротор внутри статора может свободно вращаться. Принцип действия асинхронных двигателей основан на том, что в обмотках или «беличьем колесе» статором наводится магнитное поле. Под его действием в проводниках ротора появляется ток, а с ним – собственное магнитное поле.

Переменное магнитное поле статора увлекает за собой ротор, и тот начинает вращаться. Но магнитное поле ротора всегда запаздывает относительно поля статора, и вращение обоих полей не может происходить синхронно. Это заставляет ротор преодолевать множество действующих на него сил:

  • силу тяготения;
  • трение качения (если используется шариковый или роликовый подшипник);
  • трение скольжения (если в качестве подшипника применяется бронзовая втулка);
  • силу противодействия приводимого в движение оборудования.

Последняя сила зависит от многих моментов, поэтому её невозможно свести к какому-либо простейшему физическому параметру. Если надо сдвинуть с места трамвай, то двигателю приходится на себя брать нагрузку от редуктора, который надо раскрутить, от самого вагона, который надо сдвинуть, к тому же не надо забывать ещё и о силе трения качения, которое испытывают колёса транспортного средства.

Читать еще:  Что такое мощнсть двигателя

В случае когда идет описание работы профессиональной мясорубки, которую приводит в действие асинхронный двигатель, то здесь преодолевается сопротивление и самого редуктора, и того куска мяса или даже кости, которую надо перемолоть.

Поскольку между статором и ротором есть зазор, то ротор под нагрузкой просто отстаёт от статора по угловой скорости. Следовательно, частота вращения ротора зависит от нагрузки на вал двигателя. Нарушается принцип синхронности, оттуда и название самого устройства: «асинхронный двигатель».

Белковые моторы в нанотехнологиях

Если вирусы используют моторы для своих целей, то не можем ли и мы делать то же самое? Эта идея увлекает многих исследователей, ведь способность белковых моторов распознавать и перевозить определенные грузы потенциально имеет множество приложений. Например, была выдвинута идея использовать их для сортировки и фильтрации веществ, а также доставки строительных материалов для сборки различных структур. Так, был продемонстрирован перенос золотых нанопроводов (в данном случае представляющих собой актиновые микрофиламенты, частично покрытые золотом), что теоретически нашло бы применение для сборки миниатюрных электрических цепей в подходе «снизу-вверх» [8]. Этот подход — альтернатива повсеместно применяемому подходу «сверху-вниз» — призван преодолеть ограничения последнего в плане миниатюризации. Указанные стратегии отличаются тем, что, проводя аналогию, можно сказать, что «снизу-вверх» — это как собирать фигуру из кирпичиков Lego, а «сверху-вниз» — ближе к высечению фигур из глыб мрамора.

Другое предложение — использовать моторы в биосенсорах (названных так из-за наличия биологических распознающих элементов, например, антител — бойцов иммунной системы, вступающих в реакцию только с веществом, на которое делается тест [9]). Предполагается, что белковые моторы могли бы доставлять анализируемые вещества напрямую к распознающему элементу. Это позволило бы, во-первых, обнаруживать чрезвычайно небольшие объемы веществ (вплоть до одной молекулы, что гораздо сложнее, чем найти иголку в стоге сена!). Так сократились бы объемы забираемых анализов и, тем самым, уменьшилось негативное влияние на пациентов. Во-вторых, это помогло бы распознающему элементу и анализируемому веществу встретиться как можно быстрее, что положительно сказалось бы на скорости получения результатов анализов. Вдобавок, этот метод мог бы стать альтернативой нанофлюидике — науке о контроле потоков жидкостей в миниатюрных каналах. Дело в том, что использование нанафлюидики связано с созданием довольно больших давлений, на что расходуется значительная часть энергии аккумулятора. В то же время, белковые моторы работают от АТФ, что позволяет сократить затраты электричества. В итоге получаются компактные, дешевые приборы, доступные для широкой массы людей. Таким образом, использование моторов способно потенциально расширить возможности диагностики, сделав ее более быстрой, дешевой и доступной, причем не только в лабораториях, но и на дому [10].

Читать еще:  Что такое двигатель cas

Альтернативное применение белковых моторов — это адресная доставка [11], [12]. Ее цель — сократить принимаемые дозы препаратов и снизить побочные эффекты от их применения. Представьте, что вы решили покрасить потолок в комнате, но ничем не накрыли мебель и пол. В итоге, потолок вы, скорее всего, сделаете, и он будет как новенький, но вся мебель будет в следах краски и пострадает ни за что. Так происходит и в организме, когда лечение одного органа оказывает негативное влияние на другие. Но возможен и иной метод, когда здоровые органы не взаимодействуют с лекарством, так как оно находится в защитной оболочке, которая рассасывается и высвобождает лечебное вещество только после того, как препарат был доставлен (например, мотором) к месту назначения. Этот революционный подход имеет высокие шансы стать будущим медицины.

Для того чтобы реализовать все перечисленные возможности, необходимо обучиться первоклассному контролю над белковыми моторами: начинать, останавливать и направлять их движение, присоединять и отпускать грузы и т.д. Для того чтобы создать такой «джойстик», ученые пробуют использовать тепло (под воздействием которого специально добавленные на пути следования моторов полимеры сжимаются и перестают блокировать движение), химические вещества, свет, электромагнитное поле [9], [13]. Параллельно рассматриваются идеи создания искусственных моторов, которые могли бы быть более устойчивыми к окружающей среде (денатурация — разрушение белков — очень серьезная проблема) и сразу приспособленными реагировать на сигналы управления.

Применение белковых моторов в нанотехнологиях в настоящий момент далеко от реализации. Пока неизвестно, насколько практичным окажется этот подход и найдет ли он свою нишу (для большинства обсуждаемых приложений существуют гораздо более развитые и повсеместно используемые методы, как, например, создание электрических цепей с помощью литографии в полупроводниковой индустрии). Сейчас ученые выдвигают предложения, доказывают их теоретическую возможность, производят единичные демонстрации. Но даже если эти идеи так и не найдут воплощения, то их изучение само по себе приносит огромное количество информации, полезной для химии, биологии, материаловедения, медицины и электроники.

Природа создавала и оттачивала различные структуры и методы контроля над ними миллионы лет, поэтому достичь такого же совершенства человечеству нелегко. Пока что, это мечты, но многое из того, что кажется невозможным сегодня, имеет шанс стать самой обычной вещью завтра.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector