Naprava in princip delovanja asinhronih elektromotorjev

Električni avtomobilipretvorbo električne energije iz izmeničnega toka v mehansko energijo imenujemo AC elektromotorji.

V industriji so najbolj razširjeni asinhroni trifazni motorji. Oglejmo si napravo in načelo delovanja teh motorjev.

Načelo delovanja indukcijskega motorja temelji na uporabi vrtljivega magnetnega polja.

Da bi razumeli delovanje takšnega motorja, bomo izvedli naslednji poskus.

Okrepili se bomo magnet v obliki podkve na osi, tako da ga je mogoče vrteti z ročajem. Med pola magneta postavimo vzdolž osi bakren valj, ki se lahko prosto vrti.

Slika 1. Najenostavnejši model za pridobitev rotacijskega magnetnega polja

Začnimo vrteti magnet ročaja v smeri urinega kazalca. Tudi polje magneta se bo začelo vrteti in bo med vrtenjem s svojimi silnicami prečkalo bakreni valj. V valju po zakonu elektromagnetne indukcije, bo imel vrtinčni tokoviki si bodo ustvarili svoje magnetno polje — polje valja. To polje bo delovalo z magnetnim poljem trajnega magneta, zaradi česar se bo valj vrtel v isto smer kot magnet.

Ugotovljeno je bilo, da je hitrost vrtenja valja nekoliko manjša od hitrosti vrtenja magnetnega polja.

Dejansko, če se valj vrti z enako hitrostjo kot magnetno polje, ga magnetne silnice ne sekajo in zato v njem ne nastanejo vrtinčni tokovi, zaradi katerih bi se valj vrtel.

Hitrost vrtenja magnetnega polja običajno imenujemo sinhrona, ker je enaka hitrosti vrtenja magneta, hitrost vrtenja valja pa je asinhrona (asinhrona). Zato se sam motor imenuje indukcijski motor ... Hitrost vrtenja valja (rotorja) se razlikuje od sinhrona hitrost vrtenja magnetnega polja z majhnim zdrsom.

Označuje hitrost vrtenja rotorja skozi n1 in hitrost vrtenja polja skozi n lahko izračunamo odstotek zdrsa po formuli:

s = (n — n1) / n.

V zgornjem poskusu smo dobili rotacijsko magnetno polje in vrtenje cilindra, ki ga povzroča zaradi vrtenja trajnega magneta, zato taka naprava še ni elektromotor… Treba je narediti elektrika ustvarite rotirajoče magnetno polje in ga uporabite za obračanje rotorja. Ta problem je v svojem času briljantno rešil M. O. Dolivo-Dobrovolski. V ta namen je predlagal uporabo trifaznega toka.

Naprava asinhronega elektromotorja M. O. Dolivo-Dobrovolski

Slika 2. Diagram asinhronega elektromotorja Dolivo-Dobrovolsky

Na polih obročastega železnega jedra, imenovanega stator motorja, so nameščeni trije navitji, trifazna tokovna omrežja 0, ki se nahajajo drug glede na drugega pod kotom 120 °.

Znotraj jedra je kovinski valj, tako imenovani rotor elektromotorja.

Če so tuljave medsebojno povezane, kot je prikazano na sliki, in priključene na trifazno električno omrežje, se bo skupni magnetni tok, ki ga ustvarijo trije poli, izkazal za vrtljivega.

Slika 3 prikazuje graf sprememb tokov v navitjih motorja in proces pojava vrtljivega magnetnega polja.

Oglejmo si ta postopek podrobneje.

Slika 3. Pridobivanje rotacijskega magnetnega polja

V položaju «A» grafa je tok v prvi fazi enak nič, v drugi fazi je negativen, v tretji pa pozitiven. Tok teče skozi polne tuljave v smeri, ki jo kažejo puščice na sliki.

Ko smo v skladu s pravilom desne roke določili smer magnetnega pretoka, ki ga ustvarja tok, bomo zagotovili, da bo južni pol (S) ustvarjen na koncu notranjega pola (obrnjenem proti rotorju) tretjega navitja in severni pol (C ) bo ustvarjen na polu druge tuljave. Celotni magnetni pretok bo usmerjen od pola druge tuljave skozi rotor do pola tretje tuljave.

V položaju «B» grafa je tok v drugi fazi enak nič, v prvi fazi je pozitiven, v tretji pa negativen. Tok, ki teče skozi navitja polov, ustvari južni pol (S) na koncu prvega navitja in severni pol (C) na koncu tretjega navitja. Celotni magnetni tok bo zdaj usmerjen od tretjega pola skozi rotor do prvega pola, to pomeni, da se bosta poli premaknili za 120 °.

V položaju «B» grafa je tok v tretji fazi enak nič, v drugi fazi je pozitiven, v prvi fazi pa negativen.Zdaj bo tok, ki teče skozi prvo in drugo tuljavo, ustvaril severni pol (C) na koncu pola prve tuljave in južni pol (S) na koncu pola druge tuljave, tj. , se bo polarnost celotnega magnetnega polja premaknila še za 120 °. V položaju «G» na grafu se bo magnetno polje premaknilo še za 120 °.

Tako bo skupni magnetni tok spremenil svojo smer s spremembo smeri toka v statorskih navitjih (polovih).

V tem primeru bo za eno obdobje spremembe toka v tuljavah magnetni tok naredil popolno revolucijo. Rotacijski magnetni tok bo s seboj potegnil valj in tako bomo dobili asinhroni elektromotor.

Spomnimo se, da so na sliki 3 navitja statorja vezana v zvezdo, vendar pa nastane rotirajoče magnetno polje, ko so vezana v trikot.

Če zamenjamo navitja druge in tretje faze, bo magnetni tok obrnil svojo smer vrtenja.

Enak rezultat lahko dosežemo brez spreminjanja statorskih navitij, ampak z usmerjanjem toka druge faze omrežja v tretjo fazo statorja in tretje faze omrežja v drugo fazo statorja.

Zato lahko spremenite smer vrtenja magnetnega polja s preklopom dveh faz.

Upoštevali smo napravo z indukcijskim motorjem s tremi statorskimi navitji ... V tem primeru je vrtljivo magnetno polje bipolarno, število vrtljajev na sekundo pa je enako številu obdobij spremembe toka v eni sekundi.

Če na obodu namestimo šest tuljav na stator, potem štiripolno vrtljivo magnetno polje ... Z devetimi tuljavami bo polje šestpolno.

Pri frekvenci trifaznega toka, ki je enaka 50 obdobjem na sekundo ali 3000 na minuto, bo število vrtljajev n vrtilnega polja na minuto:

z bipolarnim statorjem n = (50 NS 60) / 1 = 3000 rpm,

s štiripolnim statorjem n = (50 NS 60) / 2 = 1500 vrtljajev,

s šestpolnim statorjem n = (50 NS 60) / 3 = 1000 ovojev,

s številom parov statorskih polov, ki je enako p: n = (f NS 60) / p,

Tako smo ugotovili hitrost vrtenja magnetnega polja in njegovo odvisnost od števila navitij statorja motorja.

Kot vemo, bo rotor motorja nekoliko zaostajal pri svojem vrtenju.

Vendar je zamik rotorja zelo majhen. Na primer, ko motor deluje v prostem teku, je razlika v vrtljajih le 3%, pod obremenitvijo pa 5-7%. Zato se hitrost indukcijskega motorja ob spremembi obremenitve spreminja v zelo majhnih mejah, kar je ena od njegovih prednosti.

Razmislite zdaj o napravi asinhronih elektromotorjev

Razstavljen asinhronski elektromotor: a) stator; b) kletkasti rotor; c) rotor v fazi izvedbe (1 — okvir; 2 — jedro iz vtisnjene jeklene pločevine; 3 — navitje; 4 — gred; 5 — drsni obroči)

Stator sodobnega asinhronega elektromotorja ima neizrazite pole, to pomeni, da je notranja površina statorja popolnoma gladka.

Za zmanjšanje izgub zaradi vrtinčnih tokov je jedro statorja oblikovano iz tankih žigosanih jeklenih pločevin. Sestavljeno jedro statorja je pritrjeno v jeklenem ohišju.

V reže statorja je položena tuljava bakrene žice.Fazna navitja statorja elektromotorja so povezana z "zvezdo" ali "trikotnikom", za katere so vsi začetki in konci navitij pripeljani do telo - na poseben izolacijski ščit. Takšna statorska naprava je zelo priročna, saj vam omogoča vklop navitij na različne standardne napetosti.

Rotor indukcijskega motorja, tako kot stator, je sestavljen iz žigosanih jeklenih pločevin. V utore rotorja je položena tuljava.

Glede na zasnovo rotorja delimo asinhrone elektromotorje na motorje s kletko in faznim rotorjem.

Navitje rotorja s kletko je izdelano iz bakrenih palic, vstavljenih v reže rotorja. Konci palic so povezani z bakrenim obročem. To se imenuje valjanje v veveričji kletki. Upoštevajte, da bakrene palice v kanalih niso izolirane.

Pri nekaterih motorjih je "veveričja kletka" nadomeščena z litim rotorjem.

Asinhronski rotorski motor (z drsnimi obroči) se običajno uporablja v elektromotorjih velike moči in v teh primerih; ko je potrebno, da elektromotor pri zagonu ustvari veliko silo. To se doseže z dejstvom, da so navitja faznega motorja povezana zagonski reostat.

Indukcijski motorji z veverico se zaženejo na dva načina:

1) Neposredna priključitev trifazne omrežne napetosti na stator motorja. Ta metoda je najpreprostejša in najbolj priljubljena.

2) Zmanjšanje napetosti, ki se uporablja za navitja statorja. Napetost se zmanjša na primer s preklopom statorskih navitij iz zvezde v trikot.

Motor se zažene, ko sta statorska navitja povezana v "zvezdo", in ko rotor doseže normalno hitrost, se statorska navitja preklopi v "trikotnik".

Tok v napajalnih žicah se pri tem načinu zagona motorja zmanjša za 3-krat v primerjavi s tokom, ki bi nastal pri zagonu motorja z direktno povezavo v omrežje s statorskimi navitji, povezanimi na trikotniku.Vendar pa je ta metoda primerna le, če je stator zasnovan za normalno delovanje, ko so njegovi navitji povezani v trikotniku.

Najenostavnejši, najcenejši in najbolj zanesljiv je asinhronski motor s kletko, vendar ima ta motor nekaj pomanjkljivosti - majhen zagonski napor in visok zagonski tok. Te pomanjkljivosti so v veliki meri odpravljene z uporabo faznega rotorja, vendar uporaba takega rotorja močno podraži motor in zahteva reostatski zagon.

Vrste asinhronih motorjev

Glavna vrsta asinhronskega stroja je trifazni asinhronski motor ... Ima tri navitja statorja, ki se nahajajo na 120 ° drug od drugega. Tuljave so povezane v zvezdo ali trikot in jih napaja trifazni izmenični tok.

Motorji nizke moči so v večini primerov izvedeni kot dvofazni... Za razliko od trifaznih motorjev imajo dve statorski navitji, tokovi v katerih morajo biti zamaknjeni pod kotom, da se ustvari rotacijsko magnetno polje π/2.

Če so tokovi v navitjih enaki po velikosti in fazno premaknjeni za 90 °, potem se delovanje takšnega motorja ne bo razlikovalo od delovanja trifaznega. Vendar pa se takšni motorji z dvema navitjema statorja v večini primerov napajajo iz enofaznega omrežja in premik, ki se približuje 90 °, se ustvari umetno, običajno zaradi kondenzatorjev.

Enofazni motor je le eno navitje statorja praktično neaktivno.Ko rotor miruje, se v motorju ustvari le pulzirajoče magnetno polje in navor je enak nič. Res je, da če se rotor takšnega stroja vrti do določene hitrosti, potem lahko opravlja funkcije motorja.

V tem primeru, čeprav bo le pulzirajoče polje, je sestavljeno iz dveh simetričnih - naprej in nazaj, ki ustvarjata neenake navore - večji motor in manjše zaviranje, ki nastane zaradi rotorskih tokov povečane frekvence (zdrs proti obratni sinhroni polje je večje od 1).

V zvezi z zgoraj navedenim se enofazni motorji dobavljajo z drugim navitjem, ki se uporablja kot začetno navitje. Kondenzatorji so vključeni v tokokrog te tuljave, da ustvarijo fazni zamik toka, katerega zmogljivost je lahko precej velika (desetine mikrofaradov z močjo motorja manj kot 1 kW).

Krmilni sistemi uporabljajo dvofazne motorje, včasih imenovane izvršni ... Imajo dve navitji statorja, zamaknjena v prostoru za 90 °. Eno od navitij, imenovano navitje polja, je neposredno povezano z omrežjem 50 ali 400 Hz. Drugi se uporablja kot krmilna tuljava.

Za ustvarjanje vrtljivega magnetnega polja in ustreznega navora je treba tok v krmilni tuljavi premakniti za kot blizu 90 °. Regulacija hitrosti motorja, kot bo prikazano spodaj, poteka s spreminjanjem vrednosti ali faze toka v tej tuljavi. Nasprotno je zagotovljeno s spremembo faze toka v krmilni tuljavi za 180 ° (preklop tuljave).

Dvofazni motorji se proizvajajo v več različicah:

• z veveričjim rotorjem,

• z votlim nemagnetnim rotorjem,

• z votlim magnetnim rotorjem.

Linearni motorji

Preoblikovanje rotacijskega gibanja motorja v translacijsko gibanje organov delovnega stroja je vedno povezano s potrebo po uporabi kakršnih koli mehanskih enot: zobnikov, vijakov itd.le pogojno — kot gibljivi organ).

V tem primeru naj bi bil motor razporejen. Navitje statorja linearnega motorja se izvede na enak način kot pri volumetričnem motorju, vendar ga je treba položiti le v utore po celotni dolžini največjega možnega gibanja drsnega rotorja. Drsni rotor je običajno kratkostični, delovno telo mehanizma je z njim zglobno povezano. Na koncih statorja morajo biti seveda omejevalniki, ki preprečujejo, da bi rotor zapustil delovne meje poti.