Ang aparato at prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga asynchronous electric motors

Kotseng dekuryenteAng conversion ng elektrikal na enerhiya mula sa alternating current sa mekanikal na enerhiya ay tinatawag na AC electric motors.

Sa industriya, ang mga asynchronous na three-phase na motor ay ang pinakalaganap. Tingnan natin ang aparato at ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga makinang ito.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng induction motor ay batay sa paggamit ng isang umiikot na magnetic field.

Upang maunawaan ang pagpapatakbo ng naturang makina, isasagawa namin ang sumusunod na eksperimento.

Palalakasin natin pang-akit ng horseshoe sa ehe upang ito ay maiikot ng hawakan. Sa pagitan ng mga pole ng magnet ay naglalagay kami ng isang tansong silindro sa kahabaan ng axis, na maaaring malayang iikot.

Figure 1. Ang pinakasimpleng modelo para sa pagkuha ng umiikot na magnetic field

Simulan natin ang pagpihit ng magnet sa hawakan nang pakanan. Magsisimula ring umikot ang field ng magnet at, habang umiikot ito, tatawid sa tansong silindro kasama ang mga linya ng puwersa nito. Sa isang silindro ayon sa batas ng electromagnetic induction, Magkakaroon maupo na agosna gagawa ng sarili nila magnetic field - ang patlang ng silindro. Ang field na ito ay makikipag-ugnayan sa magnetic field ng permanenteng magnet, na nagiging sanhi ng pag-ikot ng silindro sa parehong direksyon tulad ng magnet.

Napag-alaman na ang bilis ng pag-ikot ng silindro ay bahagyang mas mababa kaysa sa bilis ng pag-ikot ng magnetic field.

Sa katunayan, kung ang silindro ay umiikot sa parehong bilis ng magnetic field, kung gayon ang mga linya ng magnetic field ay hindi tumatawid dito at samakatuwid ay walang mga eddy na alon na lumabas dito, na nagiging sanhi ng pag-ikot ng silindro.

Ang bilis ng pag-ikot ng magnetic field ay karaniwang tinatawag na kasabay, dahil ito ay katumbas ng bilis ng pag-ikot ng magnet, at ang bilis ng pag-ikot ng silindro ay asynchronous (asynchronous). Samakatuwid, ang motor mismo ay tinatawag na induction motor... Ang bilis ng pag-ikot ng silindro (rotor) ay naiiba sa sabaysabay na bilis ng pag-ikot ng magnetic field na may kaunting slippage.

Nagsasaad ng bilis ng pag-ikot ng rotor sa pamamagitan ng n1 at ang bilis ng pag-ikot ng field sa pamamagitan ng n maaari nating kalkulahin ang porsyento ng slip sa pamamagitan ng formula:

s = (n — n1) / n.

Sa eksperimento sa itaas nakakuha kami ng umiikot na magnetic field at ang pag-ikot ng cylinder na dulot nito dahil sa pag-ikot ng isang permanenteng magnet, samakatuwid ang naturang device ay hindi pa isang de-kuryenteng motor... Dapat itong gawin kuryente lumikha ng umiikot na magnetic field at gamitin ito upang iikot ang rotor. Ang problemang ito ay mahusay na nalutas sa kanyang panahon ni M. O. Dolivo-Dobrovolski. Iminungkahi niyang gumamit ng three-phase current para sa layuning ito.

Ang aparato ng isang asynchronous electric motor M. O. Dolivo-Dobrovolski

Figure 2. Diagram ng Dolivo-Dobrovolsky asynchronous electric motor

Sa mga pole ng isang hugis-singsing na bakal na core, na tinatawag na motor stator, ay inilalagay ang tatlong windings, tatlong-phase na kasalukuyang mga network 0 na matatagpuan na may kaugnayan sa bawat isa sa isang anggulo ng 120 °.

Sa loob ng core, isang metal cylinder, ang tinatawag na rotor ng electric motor.

Kung ang mga coils ay magkakaugnay tulad ng ipinapakita sa figure at konektado sa isang three-phase current network, kung gayon ang kabuuang magnetic flux na nilikha ng tatlong pole ay lalabas na umiikot.

Ipinapakita ng Figure 3 ang graph ng mga pagbabago sa mga alon sa mga windings ng motor at ang proseso ng paglitaw ng isang umiikot na magnetic field.

Tingnan natin ang prosesong ito nang mas detalyado.

Figure 3. Pagkuha ng umiikot na magnetic field

Sa posisyon «A» ng graph, ang kasalukuyang sa unang yugto ay zero, sa pangalawang yugto ito ay negatibo, at sa pangatlo ito ay positibo. Ang kasalukuyang daloy sa pamamagitan ng mga pole coils sa direksyon na ipinahiwatig ng mga arrow sa figure.

Nang matukoy, ayon sa panuntunan sa kanang kamay, ang direksyon ng magnetic flux na nilikha ng kasalukuyang, titiyakin namin na ang south pole (S) ay malilikha sa panloob na dulo ng poste (nakaharap sa rotor) ng ikatlong paikot-ikot at ang north pole (C ) ay malilikha sa poste ng pangalawang coil. Ang kabuuang magnetic flux ay ididirekta mula sa poste ng pangalawang coil sa pamamagitan ng rotor hanggang sa poste ng ikatlong coil.

Sa posisyon na «B» ng graph, ang kasalukuyang sa ikalawang yugto ay zero, sa unang yugto ito ay positibo, at sa pangatlo ito ay negatibo. Ang kasalukuyang dumadaloy sa mga paikot-ikot na poste ay lumilikha ng south pole (S) sa dulo ng unang winding at isang north pole (C) sa dulo ng ikatlong winding. Ang kabuuang magnetic flux ay ididirekta na ngayon mula sa ikatlong poste sa pamamagitan ng rotor hanggang sa unang poste, iyon ay, ang mga pole ay lilipat ng 120 °.

Sa posisyon na «B» ng graph, ang kasalukuyang sa ikatlong yugto ay zero, sa pangalawang yugto ito ay positibo, at sa unang yugto ito ay negatibo.Ngayon ang kasalukuyang dumadaloy sa una at pangalawang coil ay lilikha ng north pole (C) sa pole end ng unang coil, at isang south pole (S) sa pole end ng second coil, i.e. , ang polarity ng kabuuang magnetic field ay lilipat ng isa pang 120 °. Sa posisyon na «G» sa graph, ang magnetic field ay lilipat ng isa pang 120 °.

Kaya, ang kabuuang magnetic flux ay magbabago sa direksyon nito na may pagbabago sa direksyon ng kasalukuyang sa stator windings (poles).

Sa kasong ito, para sa isang panahon ng pagbabago ng kasalukuyang sa mga coils, ang magnetic flux ay gagawa ng isang kumpletong rebolusyon. Ang umiikot na magnetic flux ay i-drag ang silindro kasama nito at sa gayon ay makakakuha tayo ng isang asynchronous na de-koryenteng motor.

Alalahanin na sa Figure 3 ang stator windings ay star-connected, ngunit isang umiikot na magnetic field ay nabuo kapag sila ay delta-connected.

Kung ililipat natin ang mga paikot-ikot ng ikalawa at pangatlong yugto, babaligtarin ng magnetic flux ang direksyon ng pag-ikot nito.

Ang parehong resulta ay maaaring makamit nang hindi binabago ang stator windings, ngunit nagdidirekta sa kasalukuyang ng ikalawang yugto ng network sa ikatlong yugto ng stator, at ang ikatlong bahagi ng network sa ikalawang yugto ng stator.

Samakatuwid, maaari mong baguhin ang direksyon ng pag-ikot ng magnetic field sa pamamagitan ng paglipat ng dalawang phase.

Isinasaalang-alang namin ang isang aparato na may induction motor na may tatlong stator windings... Sa kasong ito, ang umiikot na magnetic field ay bipolar, at ang bilang ng mga rebolusyon bawat segundo ay katumbas ng bilang ng mga panahon ng kasalukuyang pagbabago sa isang segundo.

Kung anim na coils ang inilagay sa stator sa paligid ng circumference, pagkatapos ay isang apat na poste na umiikot na magnetic field... Sa siyam na coils, ang field ay magiging anim na poste.

Sa dalas ng three-phase current na katumbas ng 50 period per second o 3000 per minute, ang bilang ng revolutions n ng umiikot na field kada minuto ay:

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

na may apat na poste na stator n = (50 NS 60) / 2 = 1500 revolutions,

na may anim na poste na stator n = (50 NS 60) / 3 = 1000 na pagliko,

na may bilang ng mga pares ng stator pole na katumbas ng p: n = (f NS 60) / p,

Kaya, itinatag namin ang bilis ng pag-ikot ng magnetic field at ang pag-asa nito sa bilang ng mga windings ng stator ng motor.

Tulad ng alam natin, medyo mahuhuli ang rotor ng motor sa pag-ikot nito.

Gayunpaman, ang rotor lag ay napakaliit. Halimbawa, kapag ang makina ay idling, ang pagkakaiba sa bilis ay 3% lamang at sa ilalim ng pagkarga ay 5-7%. Samakatuwid, ang bilis ng induction motor ay nagbabago sa loob ng napakaliit na mga limitasyon kapag nagbabago ang pagkarga, na isa sa mga pakinabang nito.

Isaalang-alang ngayon ang aparato ng asynchronous electric motors

Disassembled asynchronous electric motor: a) stator; b) rotor ng squirrel-cage; c) rotor sa yugto ng pagpapatupad (1 — frame; 2 — core ng stamped steel sheets; 3 — winding; 4 — shaft; 5 — sliding rings)

Ang stator ng isang modernong asynchronous electric motor ay may hindi binibigkas na mga poste, iyon ay, ang panloob na ibabaw ng stator ay ginawang ganap na makinis.

Upang mabawasan ang mga pagkalugi ng eddy current, ang stator core ay nabuo mula sa manipis na naselyohang mga sheet ng bakal. Ang pinagsama-samang stator core ay naayos sa isang bakal na pambalot.

Ang isang coil ng copper wire ay inilalagay sa mga puwang ng stator. Ang phase windings ng stator ng motor na de koryente ay konektado sa pamamagitan ng isang «star» o «delta», kung saan ang lahat ng mga simula at dulo ng windings ay dinadala sa katawan - sa isang espesyal na insulating shield. Ang ganitong aparato ng stator ay napaka-maginhawa, dahil pinapayagan ka nitong i-on ang mga windings nito sa iba't ibang mga karaniwang boltahe.

Ang isang induction motor rotor, tulad ng isang stator, ay binuo mula sa naselyohang mga sheet ng bakal. Ang isang coil ay inilalagay sa mga grooves ng rotor.

Depende sa disenyo ng rotor, ang asynchronous electric motors ay nahahati sa squirrel-cage rotor at phase rotor motors.

Ang squirrel cage rotor winding ay gawa sa mga tansong pamalo na ipinasok sa mga puwang ng rotor. Ang mga dulo ng mga tungkod ay konektado sa isang tansong singsing. Ito ay tinatawag na squirrel cage rolling. Tandaan na ang mga tansong bar sa mga channel ay hindi insulated.

Sa ilang mga makina, ang "squirrel cage" ay pinalitan ng isang cast rotor.

Asynchronous rotor motor (na may mga slip ring) ay karaniwang ginagamit sa mga de-koryenteng motor na may mataas na kapangyarihan at sa mga kasong ito; kapag kinakailangan para sa electric motor na lumikha ng isang malaking puwersa kapag nagsisimula. Ito ay nakamit sa pamamagitan ng ang katunayan na ang windings ng phase motor ay konektado pagsisimula ng rheostat.

Ang squirrel cage induction motors ay kinomisyon sa dalawang paraan:

1) Direktang koneksyon ng three-phase mains boltahe sa stator ng motor. Ang pamamaraang ito ay ang pinakasimpleng at pinakasikat.

2) Pagbabawas ng boltahe na inilapat sa stator windings. Ang boltahe ay nabawasan, halimbawa, sa pamamagitan ng paglipat ng stator windings mula sa star hanggang delta.

Ang motor ay nagsimula kapag ang stator windings ay konektado sa "star", at kapag ang rotor ay umabot sa normal na bilis, ang stator windings ay inililipat sa "delta" na koneksyon.

Ang kasalukuyang sa mga supply wire sa pamamaraang ito ng pagsisimula ng motor ay nabawasan ng 3 beses kumpara sa kasalukuyang mangyayari kapag sinimulan ang motor sa pamamagitan ng direktang koneksyon sa network na may stator windings na konektado ng «delta».Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay angkop lamang kung ang stator ay idinisenyo para sa normal na operasyon kapag ang mga windings nito ay konektado sa delta.

Ang pinakasimpleng, pinakamurang at pinaka-maaasahan ay isang asynchronous na squirrel-cage motor, ngunit ang motor na ito ay may ilang mga disadvantages — mababang panimulang pagsisikap at mataas na panimulang kasalukuyang. Ang mga kawalan na ito ay higit na naaalis sa pamamagitan ng paggamit ng isang phase rotor, ngunit ang paggamit ng naturang rotor ay lubos na nagpapataas ng gastos ng motor at nangangailangan ng pagsisimula ng rheostat.

Mga uri ng asynchronous na motor

Ang pangunahing uri ng asynchronous machine ay isang three-phase asynchronous na motor... Mayroon itong tatlong stator windings na matatagpuan sa 120 ° mula sa bawat isa. Ang mga coils ay star o delta na konektado at pinapagana ng three-phase alternating current.

Ang mga low-power na motor sa karamihan ng mga kaso ay ipinapatupad bilang two-phase... Hindi tulad ng mga three-phase na motor, mayroon silang dalawang stator windings, ang mga alon kung saan dapat i-offset sa isang anggulo upang lumikha ng umiikot na magnetic field π/2.

Kung ang mga alon sa windings ay pantay sa magnitude at inilipat sa phase ng 90 °, kung gayon ang pagpapatakbo ng naturang motor ay hindi magkakaiba sa anumang paraan mula sa pagpapatakbo ng isang three-phase. Gayunpaman, ang mga naturang motor na may dalawang paikot-ikot na stator ay sa karamihan ng mga kaso ay pinapagana ng isang single-phase na network at isang displacement na lumalapit sa 90 ° ay nilikha nang artipisyal, kadalasan dahil sa mga capacitor.

Ang single-phase na motor ay isang paikot-ikot lang ng stator ang halos hindi aktibo. Kapag ang rotor ay nakatigil, isang pulsating magnetic field lamang ang nalilikha sa motor at ang torque ay zero. Totoo na kung ang rotor ng naturang makina ay umiikot sa isang tiyak na bilis, kung gayon maaari itong gawin ang mga pag-andar ng isang makina.

Sa kasong ito, kahit na magkakaroon lamang ng isang pulsating field, ito ay binubuo ng dalawang simetriko - pasulong at paatras, na lumikha ng hindi pantay na mga torque - isang mas malaking motor at mas kaunting pagpepreno, na nagmumula dahil sa mga rotor na alon ng tumaas na dalas (slip laban sa reverse synchronous ang field ay mas malaki sa 1).

Kaugnay ng nasa itaas, ang mga single phase na motor ay binibigyan ng pangalawang paikot-ikot na ginagamit bilang panimulang paikot-ikot. Ang mga capacitor ay kasama sa circuit ng coil na ito upang lumikha ng isang phase shift ng kasalukuyang, ang kapasidad ng kung saan ay maaaring masyadong malaki (sampu-sampung microfarads na may kapangyarihan ng motor na mas mababa sa 1 kW).

Gumagamit ang mga control system ng dalawang-phase na motor, kung minsan ay tinatawag na executive... Mayroon silang dalawang stator windings na na-offset sa espasyo ng 90 °. Ang isa sa mga windings, na tinatawag na field winding, ay direktang konektado sa isang 50 o 400 Hz network. Ang pangalawa ay ginagamit bilang control coil.

Upang lumikha ng isang umiikot na magnetic field at ang kaukulang metalikang kuwintas, ang kasalukuyang nasa control coil ay dapat na ilipat sa pamamagitan ng isang anggulo na malapit sa 90 °. Ang regulasyon ng bilis ng motor, tulad ng ipapakita sa ibaba, ay ginagawa sa pamamagitan ng pagbabago ng halaga o bahagi ng kasalukuyang sa coil na ito. Ang kabaligtaran ay ibinibigay sa pamamagitan ng pagbabago ng yugto ng kasalukuyang sa control coil sa pamamagitan ng 180 ° (paglipat ng coil).

Ang dalawang-phase na motor ay ginawa sa ilang mga bersyon:

• na may squirrel cage rotor,

• na may guwang na non-magnetic rotor,

• na may guwang na magnetic rotor.

Mga linear na motor

Ang pagbabagong-anyo ng rotational movement ng engine sa translational movement ng working machine organs ay palaging nauugnay sa pangangailangang gumamit ng anumang mekanikal na unit: gear racks, screw, atbp.may kondisyon lamang - bilang isang gumagalaw na organ).

Sa kasong ito, ang engine ay sinasabing i-deploy. Ang stator winding ng isang linear motor ay isinasagawa sa parehong paraan tulad ng para sa isang volumetric na motor, ngunit dapat itong ilagay lamang sa mga grooves kasama ang buong haba ng maximum na posibleng paggalaw ng sliding rotor. Ang slider rotor ay karaniwang short-circuited, ang gumaganang katawan ng mekanismo ay sinasalita kasama nito. Sa mga dulo ng stator, siyempre, dapat mayroong mga hinto upang maiwasan ang rotor na umalis sa mga limitasyon sa pagtatrabaho ng landas.