Mesin elektrik arus ulang-alik

Mesin elektrik digunakan untuk menukar tenaga mekanikal kepada tenaga elektrik (penjana AC dan DC) dan sebaliknya (motor elektrik).

Dalam semua kes ini, pada asasnya tiga penemuan utama dalam bidang elektromagnetisme digunakan: fenomena interaksi mekanikal arus yang ditemui oleh Ampere pada tahun 1821, fenomena aruhan elektromagnet ditemui oleh Faraday pada tahun 1831, dan ringkasan teori fenomena ini dibuat oleh Lenz (1834) dalam undang-undangnya yang terkenal tentang arah arus teraruh (sebenarnya, undang-undang Lenz meramalkan undang-undang pemuliharaan tenaga untuk proses elektromagnet).

Untuk menukar tenaga mekanikal kepada tenaga elektrik atau sebaliknya, adalah perlu untuk mencipta pergerakan relatif litar konduktif dengan arus dan medan magnet (magnet atau arus).

Dalam mesin elektrik yang direka untuk operasi berterusan, gerakan berputar bahagian mesin yang bergerak (pemutar mesin arus ulang-alik) yang terletak di dalam bahagian pegun (pemegun) digunakan.Gegelung mesin yang berfungsi untuk mencipta medan magnet dipanggil induktor, dan gegelung yang mengalir di sekeliling dengan arus operasi dipanggil angker. Kedua-dua istilah terakhir ini juga digunakan untuk mesin DC.

Untuk meningkatkan aruhan magnet, belitan mesin diletakkan pada badan feromagnetik (keluli, besi tuang).

Semua mesin elektrik mempunyai sifat keterbalikan, iaitu, ia boleh digunakan sebagai penjana tenaga elektrik dan sebagai motor elektrik.

Motor tak segerak

Motor tak segerak digunakan salah satu manifestasi aruhan elektromagnet… Dalam kursus fizik ia ditunjukkan seperti berikut:

Di bawah cakera kuprum, yang boleh berputar pada paksi menegak yang melalui pusatnya, diletakkan magnet ladam kuda menegak yang digerakkan untuk berputar pada paksi yang sama (interaksi mekanikal antara cakera dan magnet dikecualikan). Dalam kes ini, cakera mula berputar ke arah yang sama seperti magnet, tetapi pada kelajuan yang lebih rendah. Jika anda meningkatkan beban mekanikal pada cakera (contohnya, dengan meningkatkan geseran gandar terhadap galas tujah), maka kelajuan putarannya berkurangan.

Makna fizikal fenomena ini mudah dijelaskan oleh teori aruhan elektromagnet: apabila magnet berputar, medan magnet berputar dicipta, yang mendorong arus pusar dalam cakera, magnitud yang terakhir bergantung, perkara lain adalah sama, pada kelajuan relatif medan dan cakera.

Mengikut undang-undang Lenz, cakera mesti berputar ke arah medan. Sekiranya tiada geseran, cakera mesti memperoleh halaju sudut yang sama dengan halaju magnet, selepas itu emf teraruh akan hilang. Dalam kehidupan sebenar, geseran tidak dapat dielakkan dan cakera menjadi lebih perlahan.Magnitudnya bergantung pada momen brek mekanikal yang dialami oleh cakera.

Percanggahan antara kelajuan putaran cakera (rotor) dan kelajuan putaran medan magnet dicerminkan dalam nama motor.

Prinsip operasi motor tak segerak:

Dalam motor tak segerak teknikal (paling kerap tiga fasa) medan magnet berputar dicipta arus polifasamengalir di sekeliling belitan stator pegun. Pada kekerapan arus tiga fasa adalah dan bilangan gegelung pemegun 3p medan berputar menjadikan n = f / p pusingan / saat.

Rotor boleh putar terletak dalam rongga stator. Mekanisme berputar boleh disambungkan ke acinya. Dalam motor "sel tupai" yang paling mudah, pemutar terdiri daripada sistem rod logam membujur yang diletakkan di dalam alur badan silinder keluli. Wayar-wayar itu dilitar pintas oleh dua gelang. Untuk meningkatkan tork, jejari rotor dibuat cukup besar.

Dalam reka bentuk motor lain (biasanya motor berkuasa tinggi), wayar rotor membentuk belitan tiga fasa terbuka. Hujung gegelung dilitar pintas dalam pemutar itu sendiri, dan petunjuk dibawa keluar ke tiga gelang gelincir yang dipasang pada aci pemutar dan diasingkan daripadanya.

Rheostat tiga fasa disambungkan kepada gelang ini menggunakan sesentuh gelongsor (berus), yang berfungsi untuk menghidupkan motor dalam gerakan. Selepas motor diputar, reostat dikeluarkan sepenuhnya dan rotor menjadi sangkar tupai (lihat — Motor tak segerak dengan pemutar luka).

Terdapat papan terminal pada perumahan stator. Belitan stator dibawa keluar kepada mereka. Mereka boleh dimasukkan bintang atau segi tiga, bergantung pada voltan utama: dalam kes pertama voltan sesalur boleh 1.73 kali lebih tinggi daripada yang kedua.

Nilai yang mencirikan nyahpecutan relatif rotor berbanding medan pemegun motor aruhan dipanggil tergelincir… Ia berubah daripada 100% (pada saat memulakan motor) kepada sifar (kes ideal bagi pergerakan rotor tanpa kerugian).

Pembalikan arah putaran motor aruhan dicapai dengan pensuisan bersama setiap dua konduktor linear rangkaian elektrik yang membekalkan motor.

Motor sangkar tupai digunakan secara meluas dalam industri. Kelebihan motor tak segerak ialah kesederhanaan reka bentuk dan ketiadaan sesentuh gelongsor.

Sehingga baru-baru ini, kelemahan utama motor tersebut adalah kesukaran dalam peraturan kelajuan, kerana jika voltan litar stator diubah untuk ini, maka tork berubah secara mendadak, tetapi secara teknikal sukar untuk menukar frekuensi arus bekalan. Peranti mikropemproses moden kini digunakan secara meluas untuk mengawal kekerapan arus bekalan untuk mengubah kelajuan motor — penukar frekuensi.

Alternator

Alternator dibina untuk kuasa yang ketara dan voltan tinggi. Seperti mesin tak segerak, mereka mempunyai dua belitan. Biasanya, belitan angker terletak di dalam perumahan stator. Induktor yang mencipta fluks magnet utama dipasang pada pemutar dan dikuasakan oleh penguja—penjana DC kecil yang dipasang pada aci pemutar. Dalam mesin berkuasa tinggi, pengujaan kadang-kadang dicipta oleh voltan ulang-alik yang diperbetulkan.

Disebabkan oleh ketidakbolehgerakan belitan angker, kesukaran teknikal yang berkaitan dengan penggunaan sesentuh gelongsor pada kuasa tinggi hilang.

Rajah di bawah menunjukkan skema penjana satu fasa. Rotornya mempunyai lapan kutub. Pada bahagian ini terdapat gegelung luka (tidak ditunjukkan dalam rajah) yang disuap dari sumber luaran oleh arus terus yang dikenakan pada gelang gelincir yang dipasang pada aci pemutar. Gegelung kutub dililit sedemikian rupa sehingga tanda-tanda kutub yang menghadap stator silih berganti. Bilangan tiang mestilah genap.

Penggulungan angker terletak di dalam perumahan stator. Wayar «aktif» panjangnya yang berfungsi, berserenjang dengan satah lukisan, ditunjukkan dalam rajah dengan bulatan, ia dilintasi oleh garis aruhan magnet apabila pemutar berputar.

Bulatan menunjukkan taburan serta-merta arah medan elektrik teraruh. Wayar penyambung yang berjalan di sepanjang bahagian hadapan stator ditunjukkan dengan garis pepejal, dan di bahagian belakang dengan garis putus-putus. Pengapit K digunakan untuk menyambungkan litar luar kepada belitan stator. Arah putaran rotor ditunjukkan oleh anak panah.

Jika anda memotong mesin secara mental di sepanjang jejari yang melepasi antara pengapit K dan mengubahnya menjadi satah, maka kedudukan relatif belitan stator dan kutub rotor (sisi dan pelan) akan digambarkan dengan lukisan skematik:

Memandangkan angka itu, kami memastikan bahawa semua wayar aktif (melewati kutub induktor) disambungkan antara satu sama lain secara bersiri dan EMF yang teraruh di dalamnya dijumlahkan. Fasa semua EMF jelas sama.Semasa satu putaran lengkap rotor, empat tempoh lengkap perubahan arus akan diperolehi dalam setiap wayar (dan oleh itu dalam litar luar).

Jika mesin elektrik mempunyai p pasang kutub dan pemutar berputar membuat n pusingan sesaat, maka frekuensi arus ulang alik yang diterima oleh mesin ialah f = pn hz.

Oleh kerana kekerapan EMF dalam rangkaian mestilah malar, kelajuan putaran rotor mestilah malar. Untuk mendapatkan EMF frekuensi teknikal (50 Hz), putaran yang agak perlahan boleh digunakan jika bilangan kutub rotor cukup besar.

Untuk mendapatkan arus tiga fasa, tiga belitan berasingan diletakkan di dalam badan pemegun. Setiap daripadanya diimbangi relatif kepada dua yang lain dengan satu pertiga daripada jarak arka antara kutub (bertentangan) yang bersebelahan dengan induktor.

Adalah mudah untuk mengesahkan bahawa apabila induktor berputar, EMF teraruh dalam gegelung yang dialihkan dalam fasa (dalam masa) sebanyak 120 °. Hujung gegelung dikeluarkan dari mesin dan boleh disambungkan dalam bintang atau delta.

Dalam penjana, kelajuan relatif medan dan konduktor ditentukan oleh diameter pemutar, bilangan pusingan pemutar sesaat, dan bilangan pasangan kutub.

Jika penjana digerakkan oleh arus air (hydrogenerator), ia biasanya dibuat dengan putaran perlahan. Untuk mendapatkan frekuensi arus yang dikehendaki, perlu menambah bilangan kutub, yang seterusnya memerlukan peningkatan diameter pemutar.

Atas beberapa sebab teknikal penjana hidrogen yang berkuasa mereka biasanya mempunyai aci menegak dan terletak di atas turbin hidraulik, yang menyebabkan mereka berputar.

Penjana Didorong Turbin Stim — Penjana turbin biasanya berkelajuan tinggi. Untuk mengurangkan daya mekanikal, mereka mempunyai diameter kecil dan bilangan kutub yang sama kecil. Beberapa pertimbangan teknikal memerlukan pengeluaran penjana turbin dengan aci mendatar.

Jika penjana digerakkan oleh enjin pembakaran dalaman, ia dipanggil penjana diesel, kerana enjin diesel biasanya digunakan sebagai enjin yang menggunakan bahan api yang lebih murah.

Kebolehbalikan penjana, motor segerak

Sekiranya voltan berselang-seli digunakan pada belitan stator penjana dari sumber luaran, maka akan berlaku interaksi kutub induktor dengan medan magnet arus yang dihasilkan dalam stator, dan tork dari arah yang sama akan bertindak. pada semua tiang.

Jika pemutar berputar pada kelajuan sedemikian sehingga tidak lama selepas separuh tempoh arus ulang-alik, kutub induktor seterusnya (tanda bertentangan dengan kutub pertama) akan muat di bawah wayar yang dipertimbangkan belitan stator, maka tanda daya interaksi antara ia dan arus , yang telah berubah arahnya, akan kekal sama.

Di bawah keadaan ini, pemutar, berada di bawah pengaruh tork yang berterusan, akan terus bergerak dan akan dapat memacu sebarang mekanisme. Mengatasi rintangan terhadap pergerakan rotor akan berlaku disebabkan oleh tenaga yang digunakan oleh rangkaian, dan penjana akan menjadi motor elektrik.

Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa pergerakan berterusan hanya boleh dilakukan pada kelajuan putaran yang ditakrifkan dengan ketat, kerana sekiranya berlaku penyelewengan daripadanya, momen pecutan akan bertindak sebahagiannya pada setiap kutub pemutar, bergerak di antara dua konduktor pemutar. stator, sebahagian daripada masa - berhenti .

Oleh itu, kelajuan putaran motor mesti ditentukan dengan ketat, - masa di mana tiang digantikan oleh yang seterusnya mesti bertepatan dengan separuh tempoh arus, itulah sebabnya motor sedemikian dipanggil secara serentak.

Jika voltan ulang-alik dikenakan pada belitan pemegun dengan pemutar pegun, maka, walaupun semua kutub pemutar semasa separuh kitaran pertama arus mengalami tindakan tork dengan tanda yang sama, namun, disebabkan oleh inersia, pemutar tidak akan mempunyai masa untuk bergerak. Dalam separuh kitaran seterusnya, tanda tork untuk semua kutub rotor akan berubah kepada sebaliknya.

Akibatnya, rotor akan bergetar tetapi tidak akan dapat berputar. Oleh itu, motor segerak mesti digulung terlebih dahulu, iaitu, dibawa ke bilangan putaran biasa, dan hanya kemudian arus dalam belitan stator harus dihidupkan.

Pembangunan motor segerak dijalankan dengan kaedah mekanikal (pada kuasa rendah) dan peranti elektrik khas (pada kuasa tinggi).

Untuk perubahan beban kecil, kelajuan motor akan berubah secara automatik untuk menyesuaikan diri dengan beban baru. Jadi, apabila beban pada aci motor bertambah, pemutar serta-merta menjadi perlahan. Oleh itu, peralihan fasa antara voltan talian dan EMF teraruh bertentangan yang disebabkan oleh induktor dalam belitan stator berubah.

Di samping itu, tindak balas angker mencipta penyahmagnetan induktor, jadi arus pemegun meningkat, induktor mengalami peningkatan tork, dan motor mula berputar serentak sekali lagi, mengatasi beban yang meningkat. Proses yang serupa berlaku dengan pengurangan beban.

Dengan turun naik tajam dalam beban, kebolehsuaian motor ini mungkin tidak mencukupi, kelajuannya akan berubah dengan ketara, ia akan "keluar dari penyegerakan" dan akhirnya berhenti, manakala EMF aruhan yang teraruh dalam stator hilang, dan arus di dalamnya meningkat. secara mendadak. Oleh itu, turun naik mendadak dalam beban mesti dielakkan. Untuk menghentikan motor, jelas sekali anda mesti memutuskan sambungan litar stator dan kemudian memutuskan sambungan tercekik; semasa menghidupkan enjin, anda mesti mematuhi urutan operasi terbalik.

Motor segerak paling kerap digunakan untuk memacu mekanisme yang beroperasi pada kelajuan tetap. Berikut ialah kelebihan dan kekurangan motor segerak dan kaedah memulakannya: Motor segerak dan aplikasinya

Jalur filem pendidikan - "Motor segerak", dicipta oleh kilang alat bantu visual pendidikan pada tahun 1966. Anda boleh menontonnya di sini: Jalur Filem «Synchronous Motor»