Asynkronisten sähkömoottorien laite ja toimintaperiaate

SähköautotSähköenergian muuntamista vaihtovirrasta mekaaniseksi energiaksi kutsutaan AC-sähkömoottoreiksi.

Teollisuudessa asynkroniset kolmivaihemoottorit ovat yleisimpiä. Katsotaanpa näiden moottoreiden laitetta ja toimintaperiaatetta.

Induktiomoottorin toimintaperiaate perustuu pyörivän magneettikentän käyttöön.

Sellaisen moottorin toiminnan ymmärtämiseksi suoritamme seuraavan kokeen.

Me vahvistamme hevosenkengän magneetti akselille niin, että sitä voidaan pyörittää kahvasta. Magneetin napojen väliin asetetaan akselia pitkin kuparisylinteri, joka voi pyöriä vapaasti.

Kuva 1. Yksinkertaisin malli pyörivän magneettikentän saamiseksi

Aloitetaan kääntämällä kahvan magneettia myötäpäivään. Magneetin kenttä alkaa myös pyöriä ja pyöriessään ylittää kuparisylinterin voimalinjoillaan. Sylinteriin sähkömagneettisen induktion lain mukaan, tulee olemaan pyörrevirratjotka luovat oman magneettikenttä — sylinterin kenttä. Tämä kenttä on vuorovaikutuksessa kestomagneetin magneettikentän kanssa, jolloin sylinteri pyörii samaan suuntaan kuin magneetti.

Todettiin, että sylinterin pyörimisnopeus on hieman pienempi kuin magneettikentän pyörimisnopeus.

Itse asiassa, jos sylinteri pyörii samalla nopeudella kuin magneettikenttä, magneettikenttäviivat eivät ylitä sitä ja siksi siihen ei synny pyörrevirtoja, jotka saavat sylinterin pyörimään.

Magneettikentän pyörimisnopeutta kutsutaan yleensä synkroniseksi, koska se on yhtä suuri kuin magneetin pyörimisnopeus ja sylinterin pyörimisnopeus on asynkroninen (asynkroninen). Siksi itse moottoria kutsutaan oikosulkumoottoriksi... Sylinterin (roottorin) pyörimisnopeus eroaa magneettikentän synkroninen pyörimisnopeus pienellä liukumalla.

Tarkoittaa roottorin pyörimisnopeutta n1:n kautta ja kentän pyörimisnopeutta n:n kautta, voimme laskea prosentuaalisen luiston kaavalla:

s = (n - n1) / n.

Yllä olevassa kokeessa saimme pyörivän magneettikentän ja sen aiheuttaman sylinterin pyörimisen kestomagneetin pyörimisestä, joten tällainen laite ei ole vielä sähkömoottori… sähköä Luo pyörivä magneettikenttä ja käytä sitä roottorin kääntämiseen. M. O. Dolivo-Dobrovolski ratkaisi tämän ongelman loistavasti aikanaan. Hän ehdotti kolmivaihevirran käyttöä tähän tarkoitukseen.

Asynkronisen sähkömoottorin laite M. O. Dolivo-Dobrovolski

Kuva 2. Dolivo-Dobrovolsky asynkronisen sähkömoottorin kaavio

Renkaanmuotoisen rautasydämen napoihin, joita kutsutaan moottorin staattoriksi, on sijoitettu kolme käämiä, kolmivaiheisia virtaverkkoja 0, jotka sijaitsevat suhteessa toisiinsa 120 ° kulmassa.

Ytimen sisällä metallisylinteri, ns. sähkömoottorin roottori.

Jos kelat on kytketty toisiinsa kuvan osoittamalla tavalla ja kytketty kolmivaiheiseen virtaverkkoon, kolmen navan muodostama kokonaismagneettivuo osoittautuu pyöriväksi.

Kuvassa 3 on kaavio moottorin käämien virtojen muutoksista ja pyörivän magneettikentän ilmaantumisesta.

Katsotaanpa tätä prosessia yksityiskohtaisemmin.

Kuva 3. Pyörivän magneettikentän saaminen

Kaavion kohdassa «A» virta ensimmäisessä vaiheessa on nolla, toisessa vaiheessa negatiivinen ja kolmannessa positiivinen. Virta kulkee napakäämien läpi kuvan nuolten osoittamaan suuntaan.

Kun oikean käden säännön mukaan on määritetty virran synnyttämän magneettivuon suunta, varmistamme, että etelänapa (S) syntyy kolmannen käämin sisänapapäähän (roottoria päin). pohjoisnapa (C ) luodaan toisen kelan napaan. Kokonaismagneettivuo suunnataan toisen käämin navalta roottorin läpi kolmannen kelan napaan.

Kaavion kohdassa «B» virta toisessa vaiheessa on nolla, ensimmäisessä vaiheessa se on positiivinen ja kolmannessa negatiivinen. Napakäämien läpi kulkeva virta muodostaa etelänavan (S) ensimmäisen käämin päähän ja pohjoisnapan (C) kolmannen käämin loppuun. Kokonaismagneettivuo ohjataan nyt kolmannesta navasta roottorin läpi ensimmäiseen napaan, eli navat liikkuvat 120 °.

Kaavion kohdassa «B» virta kolmannessa vaiheessa on nolla, toisessa vaiheessa positiivinen ja ensimmäisessä vaiheessa negatiivinen.Nyt ensimmäisen ja toisen käämin läpi kulkeva virta muodostaa pohjoisnavan (C) ensimmäisen käämin napapäähän ja etelänavan (S) toisen käämin napapäähän, ts. , kokonaismagneettikentän napaisuus siirtyy vielä 120°. Kuvaajan kohdassa «G» magneettikenttä liikkuu vielä 120°.

Siten kokonaismagneettivuo muuttaa suuntaaan staattorin käämien (napojen) virran suunnan muutoksen myötä.

Tässä tapauksessa yhden virran muutosjakson aikana keloissa magneettivuo tekee täydellisen kierroksen. Pyörivä magneettivuo vetää sylinterin mukanaan ja siten saamme asynkronisen sähkömoottorin.

Muista, että kuvassa 3 staattorin käämit on kytketty tähtikytkennällä, mutta pyörivä magneettikenttä muodostuu, kun ne on kytketty kolmioon.

Jos vaihdamme toisen ja kolmannen vaiheen käämiä, magneettivuo muuttaa pyörimissuuntaansa.

Sama tulos voidaan saavuttaa muuttamatta staattorin käämiä, vaan ohjaamalla verkon toisen vaiheen virta staattorin kolmanteen vaiheeseen ja verkon kolmannen vaiheen staattorin toiseen vaiheeseen.

Siksi voit muuttaa magneettikentän pyörimissuuntaa vaihtamalla kahta vaihetta.

Tarkastelimme laitetta, jossa on oikosulkumoottori, jossa on kolme staattorikäämitystä... Tässä tapauksessa pyörivä magneettikenttä on bipolaarinen ja kierrosten määrä sekunnissa on yhtä suuri kuin virran muutosjaksot sekunnissa.

Jos staattoriin laitetaan kuusi käämiä kehän ympärille, nelinapainen pyörivä magneettikenttä... Yhdeksällä käämilla kenttä on kuusinapainen.

Kolmivaihevirran taajuudella, joka on 50 jaksoa sekunnissa tai 3000 minuutissa, pyörivän kentän kierrosten määrä n minuutissa on:

bipolaarisella staattorilla n = (50 NS 60) / 1 = 3000 rpm,

nelinapaisella staattorilla n = (50 NS 60) / 2 = 1500 kierrosta,

kuusinapaisella staattorilla n = (50 NS 60) / 3 = 1000 kierrosta,

jossa staattorin napaparien lukumäärä on yhtä suuri kuin p: n = (f NS 60) / p,

Joten määritimme magneettikentän pyörimisnopeuden ja sen riippuvuuden moottorin staattorin käämien lukumäärästä.

Kuten tiedämme, moottorin roottori viivästyy hieman pyörimisestään.

Roottorin viive on kuitenkin hyvin pieni. Esimerkiksi moottorin käydessä joutokäynnillä nopeusero on vain 3 % ja kuormitettuna 5-7 %. Siksi oikosulkumoottorin nopeus muuttuu hyvin pienissä rajoissa kuorman muuttuessa, mikä on yksi sen eduista.

Harkitse nyt asynkronisten sähkömoottorien laitetta

Purettu asynkroninen sähkömoottori: a) staattori; b) oravahäkkiroottori; c) roottori suoritusvaiheessa (1 — runko; 2 — meistetty teräslevy; 3 — käämitys; 4 — akseli; 5 — liukurenkaat)

Nykyaikaisen asynkronisen sähkömoottorin staattorissa on äänettömät navat, eli staattorin sisäpinta on tehty täysin sileäksi.

Pyörrevirtahäviöiden vähentämiseksi staattorin sydän muodostetaan ohuista puristetuista teräslevyistä. Koottu staattorisydän on kiinnitetty teräskoteloon.

Staattorin uriin laitetaan kuparilankakäämi.Sähkömoottorin staattorin vaihekäämit on yhdistetty «tähdellä» tai «kolmiolla», jota varten kaikki käämien alku- ja päät on tuotu runko - erityiseen eristävään kilpeen. Tällainen staattorilaite on erittäin kätevä, koska sen avulla voit kytkeä sen käämit päälle erilaisiin vakiojännitteisiin.

Induktiomoottorin roottori, kuten staattori, kootaan meistetyistä teräslevyistä. Roottorin uriin asetetaan kela.

Roottorin rakenteesta riippuen asynkroniset sähkömoottorit jaetaan oravahäkkiroottori- ja vaiheroottorimoottoreihin.

Oravahäkin roottorin käämitys on valmistettu kuparitankoista, jotka on työnnetty roottorin rakoihin. Tankojen päät on yhdistetty kuparirenkaalla. Tätä kutsutaan oravahäkin pyörittämiseksi. Huomaa, että kanavien kuparitankoja ei ole eristetty.

Joissakin moottoreissa "oravan häkki" korvataan valetulla roottorilla.

Asynkroninen roottorimoottori (liukurenkailla) käytetään yleensä suuritehoisissa sähkömoottoreissa ja näissä tapauksissa; kun sähkömoottorin on luotava suuri voima käynnistettäessä. Tämä saavutetaan sillä tosiasialla, että vaihemoottorin käämit on kytketty käynnistysreostaatti.

Oravahäkkiinduktiomoottorit otetaan käyttöön kahdella tavalla:

1) Kolmivaiheisen verkkojännitteen suora kytkentä moottorin staattoriin. Tämä menetelmä on yksinkertaisin ja suosituin.

2) Staattorin käämiin syötetyn jännitteen vähentäminen. Jännitettä pienennetään esimerkiksi kytkemällä staattorin käämit tähdestä kolmioon.

Moottori käynnistetään, kun staattorin käämit on kytketty "tähtiin", ja kun roottori saavuttaa normaalin nopeuden, staattorin käämit kytketään "kolmio"-kytkennälle.

Syöttöjohtojen virta tässä moottorin käynnistystavassa pienenee 3 kertaa verrattuna virtaan, joka esiintyisi käynnistettäessä moottoria suoralla liitännällä verkkoon staattorin käämeillä, jotka on kytketty «deltalla».Tämä menetelmä soveltuu kuitenkin vain, jos staattori on suunniteltu normaaliin toimintaan, kun sen käämit on kytketty kolmioon.

Yksinkertaisin, halvin ja luotettavin on asynkroninen oravahäkkimoottori, mutta tällä moottorilla on joitain haittoja - alhainen käynnistysvoima ja korkea käynnistysvirta. Nämä haitat poistetaan suurelta osin käyttämällä vaiheroottoria, mutta tällaisen roottorin käyttö nostaa suuresti moottorin kustannuksia ja vaatii reostaatin käynnistyksen.

Asynkronisten moottoreiden tyypit

Asynkronisen koneen päätyyppi on kolmivaiheinen asynkroninen moottori... Siinä on kolme staattorikäämitystä, jotka sijaitsevat 120°:n kulmassa toisistaan. Kelat ovat tähti- tai kolmiokytkettyjä ja saavat virran kolmivaiheisesta vaihtovirrasta.

Pienitehoiset moottorit toteutetaan useimmiten kaksivaiheisina... Toisin kuin kolmivaihemoottoreissa, niissä on kaksi staattorikäämitystä, joiden virrat on siirrettävä kulmassa pyörivän magneettikentän π/2 luomiseksi.

Jos käämien virrat ovat suuruudeltaan yhtä suuret ja siirtyneet vaiheeseen 90 °, tällaisen moottorin toiminta ei poikkea millään tavalla kolmivaiheisen toiminnasta. Tällaisia ​​​​moottoreita, joissa on kaksi staattorikäämitystä, saa kuitenkin useimmissa tapauksissa yksivaiheinen verkko, ja 90 °:n siirtymä luodaan keinotekoisesti, yleensä kondensaattoreiden takia.

Yksivaiheinen moottori vain yksi staattorin käämi on käytännössä passiivinen, kun roottori on paikallaan, moottoriin syntyy vain sykkivä magneettikenttä ja vääntömomentti on nolla. On totta, että jos tällaisen koneen roottori pyörii tietylle nopeudelle, se voi suorittaa moottorin toimintoja.

Tässä tapauksessa, vaikka siellä on vain sykkivä kenttä, se koostuu kahdesta symmetrisestä - eteenpäin ja taaksepäin, jotka luovat epätasaisia ​​vääntömomentteja - suuremmasta moottorista ja vähemmän jarrutuksista, jotka johtuvat lisääntyneen taajuuden roottorivirroista (liukuminen taaksepäin synkronista kenttä on suurempi kuin 1).

Yllä olevaan liittyen yksivaihemoottorit toimitetaan toisella käämityksellä, jota käytetään käynnistyskääminä. Tämän käämin piiriin on sisällytetty kondensaattoreita virran vaihesiirron luomiseksi, jonka kapasiteetti voi olla melko suuri (kymmeniä mikrofaradeja, joiden moottorin teho on alle 1 kW).

Ohjausjärjestelmissä käytetään kaksivaiheisia moottoreita, joita joskus kutsutaan executive-moottoreiksi... Niissä on kaksi staattorin käämiä, jotka on siirretty tilassa 90°. Yksi käämeistä, nimeltään kenttäkäämi, on kytketty suoraan 50 tai 400 Hz verkkoon. Toista käytetään ohjauskelana.

Pyörivän magneettikentän ja vastaavan vääntömomentin luomiseksi ohjauskäämin virtaa on siirrettävä kulmassa, joka on lähellä 90 °. Moottorin nopeuden säätö, kuten alla näytetään, tehdään muuttamalla tämän kelan virran arvoa tai vaihetta. Päinvastainen saadaan aikaan muuttamalla ohjauskelan virran vaihetta 180 ° (käämin kytkentä).

Kaksivaiheisia moottoreita valmistetaan useissa versioissa:

• oravan häkkiroottorilla,

• ontto ei-magneettinen roottori,

• ontolla magneettiroottorilla.

Lineaarimoottorit

Moottorin pyörimisliikkeen muuttaminen työkoneen elinten translaatioliikkeeksi liittyy aina tarpeeseen käyttää mitä tahansa mekaanisia yksiköitä: hammastelineitä, ruuvia jne.vain ehdollisesti — liikkuvana elimenä).

Tässä tapauksessa moottorin sanotaan olevan käytössä. Lineaarimoottorin staattorikäämitys suoritetaan samalla tavalla kuin tilavuusmoottorissa, mutta se tulisi asettaa vain uriin liukuvan roottorin suurimman mahdollisen liikkeen koko pituudella. Liukuroottori on yleensä oikosuljettu, mekanismin työkappale on nivelletty sen kanssa. Staattorin päissä tulee tietysti olla rajoittimet estämään roottori poistumasta reitin toimintarajoista.