Peranti dan prinsip pengendalian motor elektrik tak segerak

kereta elektrikpenukaran tenaga elektrik daripada arus ulang alik kepada tenaga mekanikal dipanggil motor elektrik AC.

Dalam industri, motor tiga fasa tak segerak adalah yang paling meluas. Mari kita lihat peranti dan prinsip operasi enjin ini.

Prinsip pengendalian motor aruhan adalah berdasarkan penggunaan medan magnet berputar.

Untuk memahami operasi enjin sedemikian, kami akan melakukan eksperimen berikut.

Kami akan menguatkan magnet ladam kuda pada gandar supaya ia boleh diputar oleh pemegang. Di antara kutub magnet kami meletakkan silinder tembaga di sepanjang paksi, yang boleh berputar dengan bebas.

Rajah 1. Model termudah untuk mendapatkan medan magnet berputar

Mari mulakan memusingkan magnet pemegang mengikut arah jam. Medan magnet juga akan mula berputar dan, semasa ia berputar, akan melintasi silinder kuprum dengan garis dayanya. Dalam silinder mengikut undang-undang aruhan elektromagnet, pasti akan arus pusaryang akan mencipta sendiri medan magnet - medan silinder. Medan ini akan berinteraksi dengan medan magnet magnet kekal, menyebabkan silinder berputar pada arah yang sama dengan magnet.

Didapati bahawa kelajuan putaran silinder kurang sedikit daripada kelajuan putaran medan magnet.

Sebenarnya, jika silinder berputar pada kelajuan yang sama dengan medan magnet, maka garisan medan magnet tidak melintasinya dan oleh itu tiada arus pusar timbul di dalamnya, menyebabkan silinder berputar.

Kelajuan putaran medan magnet biasanya dipanggil segerak, kerana ia sama dengan kelajuan putaran magnet, dan kelajuan putaran silinder adalah tak segerak (tak segerak). Oleh itu, motor itu sendiri dipanggil motor aruhan... Kelajuan putaran silinder (rotor) berbeza daripada kelajuan segerak putaran medan magnet dengan sedikit gelinciran.

Menyatakan kelajuan putaran pemutar melalui n1 dan kelajuan putaran medan melalui n kita boleh mengira slip peratusan dengan formula:

s = (n — n1) / n.

Dalam eksperimen di atas, kami memperoleh medan magnet berputar dan putaran silinder yang disebabkan olehnya disebabkan oleh putaran magnet kekal, oleh itu peranti sedemikian belum menjadi motor elektrik… Ia harus dilakukan elektrik cipta medan magnet berputar dan gunakannya untuk memutar pemutar. Masalah ini telah diselesaikan dengan cemerlang pada zamannya oleh M. O. Dolivo-Dobrovolski. Beliau mencadangkan untuk menggunakan arus tiga fasa untuk tujuan ini.

Peranti motor elektrik tak segerak M. O. Dolivo-Dobrovolski

Rajah 2. Gambarajah motor elektrik tak segerak Dolivo-Dobrovolsky

Pada tiang teras besi berbentuk cincin, yang dipanggil stator motor, diletakkan tiga belitan, rangkaian arus tiga fasa 0 terletak relatif kepada satu sama lain pada sudut 120 °.

Di dalam teras, silinder logam, pemutar yang dipanggil motor elektrik.

Jika gegelung disambungkan seperti yang ditunjukkan dalam rajah dan disambungkan kepada rangkaian arus tiga fasa, maka jumlah fluks magnet yang dicipta oleh tiga kutub akan berubah menjadi berputar.

Rajah 3 menunjukkan graf perubahan arus dalam belitan motor dan proses kemunculan medan magnet berputar.

Mari kita lihat proses ini dengan lebih terperinci.

Rajah 3. Mendapatkan medan magnet berputar

Dalam kedudukan «A» graf, arus dalam fasa pertama adalah sifar, dalam fasa kedua ia negatif, dan pada fasa ketiga ia positif. Arus mengalir melalui gegelung kutub mengikut arah yang ditunjukkan oleh anak panah dalam rajah.

Setelah menentukan, mengikut peraturan sebelah kanan, arah fluks magnet yang dicipta oleh arus, kami akan memastikan bahawa kutub selatan (S) akan dicipta di hujung kutub dalam (menghadap pemutar) penggulungan ketiga dan kutub utara (C ) akan tercipta pada kutub gegelung kedua. Jumlah fluks magnet akan diarahkan dari kutub gegelung kedua melalui rotor ke kutub gegelung ketiga.

Dalam kedudukan «B» graf, arus dalam fasa kedua adalah sifar, pada fasa pertama ia positif, dan pada fasa ketiga ia negatif. Arus yang mengalir melalui belitan kutub mewujudkan kutub selatan (S) pada hujung belitan pertama dan kutub utara (C) pada hujung belitan ketiga. Jumlah fluks magnet kini akan diarahkan dari kutub ketiga melalui rotor ke kutub pertama, iaitu, kutub akan bergerak sebanyak 120 °.

Dalam kedudukan «B» graf, arus dalam fasa ketiga adalah sifar, dalam fasa kedua ia positif, dan dalam fasa pertama ia negatif.Sekarang arus yang mengalir melalui gegelung pertama dan kedua akan mencipta kutub utara (C) di hujung kutub gegelung pertama, dan kutub selatan (S) di hujung kutub gegelung kedua, i.e. , kekutuban jumlah medan magnet akan beralih 120 ° lagi. Pada kedudukan «G» pada graf, medan magnet akan bergerak 120 ° lagi.

Oleh itu, jumlah fluks magnet akan berubah arah dengan perubahan arah arus dalam belitan stator (kutub).

Dalam kes ini, untuk satu tempoh perubahan arus dalam gegelung, fluks magnet akan membuat revolusi lengkap. Fluks magnet yang berputar akan menyeret silinder dengannya dan dengan itu kita akan mendapat motor elektrik tak segerak.

Ingat bahawa dalam Rajah 3 belitan stator disambungkan dengan bintang, tetapi medan magnet berputar terbentuk apabila ia disambungkan dengan delta.

Jika kita menukar belitan fasa kedua dan ketiga, fluks magnet akan membalikkan arah putarannya.

Hasil yang sama boleh dicapai tanpa mengubah belitan stator, tetapi mengarahkan arus fasa kedua rangkaian ke fasa ketiga stator, dan fasa ketiga rangkaian ke fasa kedua stator.

Oleh itu, anda boleh menukar arah putaran medan magnet dengan menukar dua fasa.

Kami menganggap peranti dengan motor aruhan dengan tiga belitan stator... Dalam kes ini, medan magnet berputar adalah bipolar, dan bilangan putaran sesaat adalah sama dengan bilangan tempoh perubahan semasa dalam satu saat.

Jika enam gegelung diletakkan pada stator di sekeliling lilitan, maka medan magnet berputar empat kutub... Dengan sembilan gegelung, medan itu akan menjadi enam kutub.

Pada kekerapan arus tiga fasa bersamaan dengan 50 tempoh sesaat atau 3000 seminit, bilangan pusingan n medan berputar seminit ialah:

dengan pemegun bipolar n = (50 NS 60) / 1 = 3000 rpm,

dengan pemegun empat kutub n = (50 NS 60) / 2 = 1500 pusingan,

dengan pemegun enam kutub n = (50 NS 60) / 3 = 1000 pusingan,

dengan bilangan pasangan kutub stator sama dengan p: n = (f NS 60) / p,

Jadi, kami menetapkan kelajuan putaran medan magnet dan pergantungannya pada bilangan belitan stator motor.

Seperti yang kita tahu, pemutar motor akan ketinggalan sedikit dalam putarannya.

Walau bagaimanapun, ketinggalan rotor adalah sangat kecil. Sebagai contoh, apabila enjin melahu, perbezaan kelajuan hanya 3% dan di bawah beban 5-7%. Oleh itu, kelajuan motor aruhan berubah dalam had yang sangat kecil apabila beban berubah, yang merupakan salah satu kelebihannya.

Pertimbangkan sekarang peranti motor elektrik tak segerak

Motor elektrik tak segerak yang dibongkar: a) pemegun; b) rotor sangkar tupai; c) rotor dalam fasa pelaksanaan (1 — bingkai; 2 — teras kepingan keluli yang dicop; 3 — penggulungan; 4 — aci; 5 — gelangsar gelongsor)

Pemegun motor elektrik tak segerak moden mempunyai tiang yang tidak disebut, iaitu, permukaan dalaman pemegun dibuat licin sepenuhnya.

Untuk mengurangkan kehilangan arus pusar, teras pemegun dibentuk daripada kepingan keluli bercop nipis. Teras stator yang dipasang dipasang dalam selongsong keluli.

Satu gegelung dawai kuprum dibentangkan dalam slot stator. Belitan fasa stator motor elektrik disambungkan oleh «bintang» atau «delta», yang mana semua permulaan dan penghujung belitan dibawa ke badan - kepada perisai penebat khas. Peranti stator sedemikian sangat mudah, kerana ia membolehkan anda menghidupkan belitannya ke voltan standard yang berbeza.

Pemutar motor aruhan, seperti stator, dipasang daripada kepingan keluli yang dicop. Sebuah gegelung diletakkan di dalam alur pemutar.

Bergantung pada reka bentuk pemutar, motor elektrik tak segerak dibahagikan kepada pemutar sangkar tupai dan motor pemutar fasa.

Penggulungan rotor sangkar tupai diperbuat daripada batang kuprum yang dimasukkan ke dalam slot pemutar. Hujung rod disambungkan dengan gelang kuprum. Ini dipanggil guling sangkar tupai. Perhatikan bahawa bar kuprum dalam saluran tidak terlindung.

Dalam sesetengah enjin, "sangkar tupai" digantikan dengan pemutar tuang.

Motor pemutar tak segerak (dengan gelang gelincir) biasanya digunakan dalam motor elektrik berkuasa tinggi dan dalam kes ini; apabila perlu untuk motor elektrik mencipta daya yang besar apabila dimulakan. Ini dicapai oleh fakta bahawa belitan motor fasa disambungkan memulakan reostat.

Motor aruhan sangkar tupai ditugaskan dalam dua cara:

1) Sambungan terus voltan sesalur tiga fasa ke pemegun motor. Kaedah ini adalah yang paling mudah dan paling popular.

2) Mengurangkan voltan yang dikenakan pada belitan stator. Voltan dikurangkan, contohnya, dengan menukar belitan stator dari bintang ke delta.

Motor dimulakan apabila belitan pemegun disambungkan dalam "bintang", dan apabila pemutar mencapai kelajuan normal, belitan pemegun ditukar kepada sambungan "delta".

Arus dalam wayar bekalan dalam kaedah memulakan motor ini dikurangkan sebanyak 3 kali berbanding arus yang akan berlaku apabila menghidupkan motor dengan sambungan terus ke rangkaian dengan belitan stator yang disambungkan oleh «delta».Walau bagaimanapun, kaedah ini hanya sesuai jika stator direka untuk operasi biasa apabila belitannya disambungkan delta.

Yang paling mudah, paling murah dan paling boleh dipercayai ialah motor sangkar tupai tak segerak, tetapi motor ini mempunyai beberapa kelemahan — usaha permulaan yang rendah dan arus permulaan yang tinggi. Kelemahan ini sebahagian besarnya dihapuskan dengan penggunaan pemutar fasa, tetapi penggunaan pemutar sedemikian sangat meningkatkan kos motor dan memerlukan rheostat dimulakan.

Jenis motor tak segerak

Jenis utama mesin asynchronous ialah motor asynchronous tiga fasa... Ia mempunyai tiga belitan stator yang terletak pada 120 ° antara satu sama lain. Gegelung disambungkan bintang atau delta dan dikuasakan oleh arus ulang-alik tiga fasa.

Motor kuasa rendah dalam kebanyakan kes dilaksanakan sebagai dua fasa... Tidak seperti motor tiga fasa, ia mempunyai dua belitan stator, yang arusnya mesti diimbangi pada sudut untuk mencipta medan magnet berputar π/2.

Sekiranya arus dalam belitan adalah sama dalam magnitud dan dialihkan dalam fasa sebanyak 90 °, maka operasi motor sedemikian tidak akan berbeza dalam apa-apa cara daripada operasi tiga fasa. Walau bagaimanapun, motor sedemikian dengan dua belitan stator dalam kebanyakan kes dikuasakan oleh rangkaian fasa tunggal dan anjakan menghampiri 90 ° dicipta secara buatan, biasanya disebabkan oleh kapasitor.

Motor fasa tunggal hanya satu belitan stator boleh dikatakan tidak aktif. Apabila pemutar pegun, hanya medan magnet berdenyut dicipta dalam motor dan tork adalah sifar. Memang benar jika pemutar mesin sedemikian berputar pada kelajuan tertentu, maka ia boleh melaksanakan fungsi enjin.

Dalam kes ini, walaupun hanya akan ada medan berdenyut, ia terdiri daripada dua simetri - ke hadapan dan ke belakang, yang menghasilkan tork yang tidak sama rata - motor yang lebih besar dan kurang brek, yang timbul disebabkan oleh arus pemutar frekuensi yang meningkat (gelincir terhadap segerak terbalik medan lebih besar daripada 1).

Berhubung dengan perkara di atas, motor fasa tunggal dibekalkan dengan belitan kedua yang digunakan sebagai belitan permulaan. Kapasitor dimasukkan ke dalam litar gegelung ini untuk mencipta anjakan fasa arus, kapasiti yang boleh agak besar (berpuluh-puluh mikrofarad dengan kuasa motor kurang daripada 1 kW).

Sistem kawalan menggunakan motor dua fasa, kadangkala dipanggil eksekutif... Mereka mempunyai dua belitan stator yang diimbangi dalam ruang sebanyak 90 °. Salah satu belitan, dipanggil belitan medan, disambungkan terus ke rangkaian 50 atau 400 Hz. Yang kedua digunakan sebagai gegelung kawalan.

Untuk mencipta medan magnet berputar dan tork yang sepadan, arus dalam gegelung kawalan mesti disesarkan dengan sudut hampir 90 °. Peraturan kelajuan motor, seperti yang akan ditunjukkan di bawah, dilakukan dengan menukar nilai atau fasa arus dalam gegelung ini. Sebaliknya disediakan dengan menukar fasa arus dalam gegelung kawalan sebanyak 180 ° (penukaran gegelung).

Motor dua fasa dihasilkan dalam beberapa versi:

• dengan rotor sangkar tupai,

• dengan rotor bukan magnet berongga,

• dengan rotor magnet berongga.

Motor linear

Transformasi pergerakan putaran enjin ke dalam pergerakan translasi organ mesin yang berfungsi sentiasa dikaitkan dengan keperluan untuk menggunakan mana-mana unit mekanikal: rak gear, skru, dll.hanya bersyarat — sebagai organ yang bergerak).

Dalam kes ini, enjin dikatakan akan digunakan. Penggulungan stator motor linear dilakukan dengan cara yang sama seperti untuk motor volumetrik, tetapi ia harus diletakkan hanya di alur sepanjang keseluruhan pergerakan maksimum yang mungkin dari pemutar gelongsor. Pemutar gelangsar biasanya litar pintas, badan kerja mekanisme diartikulasikan dengannya. Di hujung stator sudah tentu mesti ada hentian untuk menghalang pemutar daripada meninggalkan had kerja laluan.