Enheten og prinsippet for drift av asynkrone elektriske motorer

Elektriske bilerkonvertering av elektrisk energi fra vekselstrøm til mekanisk energi kalles AC-elektriske motorer.

I industrien er asynkrone trefasemotorer de mest utbredte. La oss se på enheten og prinsippet for drift av disse motorene.

Prinsippet for drift av induksjonsmotoren er basert på bruken av et roterende magnetfelt.

For å forstå hvordan en slik motor fungerer, skal vi utføre følgende eksperiment.

Vi skal styrke hesteskomagnet på akselen slik at den kan roteres med håndtaket. Mellom magnetens poler plasserer vi en kobbersylinder langs aksen, som kan rotere fritt.

Figur 1. Den enkleste modellen for å oppnå et roterende magnetfelt

La oss begynne å dreie håndtaksmagneten med klokken. Magnetens felt vil også begynne å rotere, og når den roterer, vil den krysse kobbersylinderen med kraftlinjene. I en sylinder i henhold til loven om elektromagnetisk induksjon, vil ha virvelstrømmersom skal lage sine egne magnetfelt — sylinderens felt. Dette feltet vil samhandle med magnetfeltet til den permanente magneten, noe som får sylinderen til å rotere i samme retning som magneten.

Det ble funnet at rotasjonshastigheten til sylinderen er litt mindre enn rotasjonshastigheten til magnetfeltet.

Faktisk, hvis sylinderen roterer med samme hastighet som magnetfeltet, krysser ikke magnetfeltlinjene den, og det oppstår derfor ingen virvelstrømmer i den, noe som får sylinderen til å rotere.

Rotasjonshastigheten til magnetfeltet kalles vanligvis synkron, fordi den er lik magnetens rotasjonshastighet, og sylinderens rotasjonshastighet er asynkron (asynkron). Derfor kalles selve motoren en induksjonsmotor... Rotasjonshastigheten til sylinderen (rotoren) er forskjellig fra synkron rotasjonshastighet for magnetfeltet med en liten mengde glidning.

Angir rotasjonshastigheten til rotoren gjennom n1 og rotasjonshastigheten til feltet gjennom n, vi kan beregne prosentvis slip ved formelen:

s = (n — n1) / n.

I eksperimentet ovenfor oppnådde vi et roterende magnetfelt og rotasjonen av sylinderen forårsaket av det på grunn av rotasjonen av en permanent magnet, derfor er en slik enhet ennå ikke en elektrisk motor ... Det bør gjøres elektrisitet lage et roterende magnetfelt og bruke det til å snu rotoren. Dette problemet ble briljant løst i sin tid av M. O. Dolivo-Dobrovolski. Han foreslo å bruke trefasestrøm til dette formålet.

Enheten til en asynkron elektrisk motor M. O. Dolivo-Dobrovolski

Figur 2. Diagram av Dolivo-Dobrovolsky asynkron elektrisk motor

På polene til en ringformet jernkjerne, kalt en motorstator, er det plassert tre viklinger, trefasestrømnettverk 0 plassert i forhold til hverandre i en vinkel på 120 °.

Inne i kjernen, en metallsylinder, den såkalte rotoren til den elektriske motoren.

Hvis spolene er sammenkoblet som vist på figuren og koblet til et trefaset strømnettverk, vil den totale magnetiske fluksen skapt av de tre polene vise seg å rotere.

Figur 3 viser grafen over endringene i strømmene i motorviklingene og prosessen med utseendet til et roterende magnetfelt.

La oss se på denne prosessen mer detaljert.

Figur 3. Oppnå et roterende magnetfelt

I posisjon «A» i grafen er strømmen i den første fasen null, i den andre fasen er den negativ, og i den tredje er den positiv. Strøm flyter gjennom polspolene i retningen angitt av pilene på figuren.

Etter å ha bestemt, i henhold til høyreregelen, retningen til den magnetiske fluksen skapt av strømmen, vil vi sikre at sørpolen (S) vil bli opprettet ved den indre polenden (vendt mot rotoren) av den tredje viklingen og nordpolen (C ) vil bli opprettet ved polen til den andre spolen. Den totale magnetiske fluksen vil bli rettet fra polen til den andre spolen gjennom rotoren til polen til den tredje spolen.

I posisjon «B» i grafen er strømmen i den andre fasen null, i den første fasen er den positiv, og i den tredje er den negativ. Strømmen som går gjennom polviklingene skaper en sørpol (S) ved enden av den første viklingen og en nordpol (C) ved enden av den tredje viklingen. Den totale magnetiske fluksen vil nå bli rettet fra den tredje polen gjennom rotoren til den første polen, det vil si at polene vil bevege seg med 120 °.

I posisjon «B» i grafen er strømmen i tredje fase null, i andre fase er den positiv, og i første fase er den negativ.Nå vil strømmen som går gjennom den første og andre spolen skape en nordpol (C) ved polenden av den første spolen, og en sørpol (S) ved polenden av den andre spolen, dvs. , vil polariteten til det totale magnetfeltet skifte ytterligere 120 °. Ved posisjon «G» på grafen vil magnetfeltet bevege seg ytterligere 120°.

Dermed vil den totale magnetiske fluksen endre retning med en endring i strømmens retning i statorviklingene (polene).

I dette tilfellet, for en periode med strømendring i spolene, vil den magnetiske fluksen gjøre en fullstendig revolusjon. Den roterende magnetiske fluksen vil dra med seg sylinderen og dermed vil vi få en asynkron elektrisk motor.

Husk at i figur 3 er statorviklingene stjernekoblet, men et roterende magnetfelt dannes når de er deltakoblet.

Hvis vi bytter viklingene til andre og tredje fase, vil den magnetiske fluksen reversere rotasjonsretningen.

Det samme resultatet kan oppnås uten å endre statorviklingene, men å lede strømmen til den andre fasen av nettverket inn i den tredje fasen av statoren, og den tredje fasen av nettverket inn i den andre fasen av statoren.

Derfor kan du endre rotasjonsretningen til magnetfeltet ved å bytte to faser.

Vi vurderte en enhet med en induksjonsmotor med tre statorviklinger... I dette tilfellet er det roterende magnetfeltet bipolar, og antall omdreininger per sekund er lik antall perioder med strømendring i ett sekund.

Hvis seks spoler plasseres på statoren rundt omkretsen, så vil et firepolet roterende magnetfelt... Med ni spoler vil feltet være sekspolet.

Ved en frekvens på trefasestrøm lik 50 perioder per sekund eller 3000 per minutt, vil antall omdreininger n av rotasjonsfeltet per minutt være:

med bipolar stator n = (50 NS 60) / 1 = 3000 rpm,

med en firepolet stator n = (50 NS 60) / 2 = 1500 omdreininger,

med en seks-polet stator n = (50 NS 60) / 3 = 1000 omdreininger,

med antall par statorpoler lik p: n = (f NS 60) / p,

Så vi etablerte rotasjonshastigheten til magnetfeltet og dets avhengighet av antall viklinger til motorens statoren.

Som vi vet vil motorrotoren henge litt i rotasjonen.

Rotoretterslepet er imidlertid veldig lite. For eksempel, når motoren går på tomgang, er forskjellen i turtall bare 3 % og under belastning 5-7 %. Derfor endres hastigheten til induksjonsmotoren innenfor svært små grenser når belastningen endres, noe som er en av fordelene.

Vurder nå enheten til asynkrone elektriske motorer

Demontert asynkron elektrisk motor: a) stator; b) ekorn-burrotor; c) rotor i utførelsesfasen (1 — ramme; 2 — kjerne av stemplede stålplater; 3 — vikling; 4 — aksel; 5 — glideringer)

Statoren til en moderne asynkron elektrisk motor har uuttale poler, det vil si at den indre overflaten av statoren er helt glatt.

For å redusere virvelstrømstap er statorkjernen formet av tynne stemplede stålplater. Den sammensatte statorkjernen er festet i et stålhus.

En spole av kobbertråd legges i sporene til statoren. Faseviklingene til statoren til den elektriske motoren er forbundet med en «stjerne» eller «delta», for hvilken alle begynnelsen og endene av viklingene bringes til kropp - til et spesielt isolerende skjold. En slik statorenhet er veldig praktisk, siden den lar deg slå på viklingene til forskjellige standardspenninger.

En induksjonsmotorrotor, som en stator, er satt sammen av stemplede stålplater. En spole er lagt i sporene på rotoren.

Avhengig av utformingen av rotoren, er asynkrone elektriske motorer delt inn i ekorn-burrotor og faserotormotorer.

Ekornburets rotorvikling er laget av kobberstenger satt inn i sporene på rotoren. Endene av stengene er forbundet med en kobberring. Dette kalles rullering av ekornbur. Merk at kobberstengene i kanalene ikke er isolert.

I noen motorer er "ekornburet" erstattet av en støpt rotor.

Asynkron rotormotor (med sleperinger) brukes vanligvis i elektriske motorer med høy effekt og i disse tilfellene; når det er nødvendig for elmotoren å skape en stor kraft ved start. Dette oppnås ved at viklingene til fasemotoren er koblet til start reostat.

Squirrel cage induksjonsmotorer settes i drift på to måter:

1) Direkte tilkobling av trefaset nettspenning til motorstatoren. Denne metoden er den enkleste og mest populære.

2) Redusere spenningen på statorviklingene. Spenningen reduseres for eksempel ved å bytte statorviklingene fra stjerne til delta.

Motoren startes når statorviklingene er koblet i "stjerne", og når rotoren når normal hastighet, kobles statorviklingene til "trekant" kobling.

Strømmen i tilførselsledningene i denne metoden for å starte motoren reduseres med 3 ganger sammenlignet med strømmen som ville oppstå ved start av motoren ved direkte tilkobling til nettverket med statorviklinger koblet med «delta».Imidlertid er denne metoden bare egnet hvis statoren er designet for normal drift når viklingene er deltakoblet.

Den enkleste, billigste og mest pålitelige er en asynkron ekorn-burmotor, men denne motoren har noen ulemper - lav startinnsats og høy startstrøm. Disse ulempene elimineres i stor grad ved bruk av en faserotor, men bruken av en slik rotor øker kostnadene for motoren kraftig og krever reostatstart.

Typer asynkrone motorer

Hovedtypen av asynkron maskin er en trefaset asynkronmotor... Den har tre statorviklinger plassert på 120 ° fra hverandre. Spolene er stjerne- eller deltakoblet og drevet av trefaset vekselstrøm.

Laveffektmotorer er i de fleste tilfeller implementert som tofasede... I motsetning til trefasemotorer har de to statorviklinger, strømmene i disse må forskyves i en vinkel for å skape et roterende magnetfelt π/2.

Hvis strømmene i viklingene er like store og forskjøvet i fase med 90 °, vil driften av en slik motor ikke på noen måte skille seg fra driften av en trefase. Imidlertid er slike motorer med to statorviklinger i de fleste tilfeller drevet av et enfaset nettverk, og en forskyvning som nærmer seg 90 ° skapes kunstig, vanligvis på grunn av kondensatorer.

Enfasemotor kun en vikling av statoren er praktisk talt inaktiv.Når rotoren står stille, dannes kun et pulserende magnetfelt i motoren og dreiemomentet er null. Det er sant at hvis rotoren til en slik maskin roterer til en viss hastighet, kan den utføre funksjonene til en motor.

I dette tilfellet, selv om det bare vil være et pulserende felt, består det av to symmetriske - forover og bakover, som skaper ulikt dreiemoment - en større motor og mindre bremsing, som oppstår på grunn av rotorstrømmene med økt frekvens (gli mot omvendt synkron feltet er større enn 1).

I forhold til ovennevnte leveres enfasemotorer med en andre vikling som brukes som startvikling. Kondensatorer er inkludert i kretsen til denne spolen for å skape en faseforskyvning av strømmen, hvis kapasitet kan være ganske stor (tivis av mikrofarader med en motoreffekt på mindre enn 1 kW).

Kontrollsystemer bruker tofasemotorer, noen ganger kalt executive... De har to statorviklinger forskjøvet i rommet med 90 °. En av viklingene, kalt feltviklingen, er direkte koblet til et 50 eller 400 Hz nettverk. Den andre brukes som en kontrollspole.

For å skape et roterende magnetfelt og det tilsvarende dreiemomentet, må strømmen i styrespolen forskyves med en vinkel nær 90°. Regulering av motorhastigheten, som vist nedenfor, gjøres ved å endre verdien eller fasen til strømmen i denne spolen. Det motsatte er gitt ved å endre fasen til strømmen i kontrollspolen med 180 ° (bytte av spolen).

Tofasemotorer produseres i flere versjoner:

• med ekornburrotor,

• med en hul ikke-magnetisk rotor,

• med en hul magnetisk rotor.

Lineære motorer

Transformasjonen av motorens rotasjonsbevegelse til translasjonsbevegelsen til arbeidsmaskinorganene er alltid forbundet med behovet for å bruke noen mekaniske enheter: tannstang, skrue, etc.bare betinget - som et bevegelig organ).

I dette tilfellet sies motoren å være utløst. Statorviklingen til en lineær motor utføres på samme måte som for en volumetrisk motor, men den skal bare legges i sporene langs hele lengden av maksimal mulig bevegelse av gliderotoren. Skyverrotoren er vanligvis kortsluttet, mekanismens arbeidslegeme er leddet med den. I endene av statoren må det selvfølgelig være stoppere for å hindre rotoren i å forlate banens arbeidsgrenser.