Uređaj i princip rada asinkronih elektromotora

Električni automobilipretvaranje električne energije iz izmjenične u mehaničku energiju nazivaju se izmjenični elektromotori.

U industriji su najrasprostranjeniji asinkroni trofazni motori. Pogledajmo uređaj i princip rada ovih motora.

Načelo rada asinkronog motora temelji se na korištenju rotirajućeg magnetskog polja.

Da bismo razumjeli rad takvog motora, izvest ćemo sljedeći eksperiment.

Ojačat ćemo potkovasti magnet na osovini tako da se može okretati pomoću ručke. Između polova magneta postavimo po osi bakreni cilindar koji se može slobodno okretati.

Slika 1. Najjednostavniji model za dobivanje okretnog magnetskog polja

Počnimo okretati magnet ručke u smjeru kazaljke na satu. Polje magneta također će se početi okretati i, dok se okreće, svojim će linijama sile presijecati bakreni cilindar. U cilindru prema zakonu elektromagnetske indukcije, imat će vrtložne strujekoji će stvoriti svoje magnetsko polje — polje cilindra. Ovo polje će djelovati s magnetskim poljem trajnog magneta, uzrokujući rotaciju cilindra u istom smjeru kao i magnet.

Utvrđeno je da je brzina vrtnje cilindra nešto manja od brzine vrtnje magnetskog polja.

Zapravo, ako se cilindar okreće istom brzinom kao i magnetsko polje, tada ga silnice magnetskog polja ne sijeku i stoga u njemu ne nastaju vrtložna strujanja koja uzrokuju rotaciju cilindra.

Brzina vrtnje magnetskog polja obično se naziva sinkrona, jer je jednaka brzini vrtnje magneta, a brzina vrtnje cilindra je asinkrona (asinhrona). Stoga se sam motor naziva asinkronim motorom... Brzina vrtnje cilindra (rotora) razlikuje se od sinkrona brzina rotacije magnetskog polja s malom količinom klizanja.

Označavajući brzinu vrtnje rotora kroz n1 i brzinu vrtnje polja kroz n možemo izračunati postotak klizanja po formuli:

s = (n — n1) / n.

U gornjem eksperimentu smo dobili rotirajuće magnetsko polje i njime uzrokovanu rotaciju cilindra zbog rotacije permanentnog magneta, stoga takav uređaj još nije elektromotor… Trebalo bi učiniti struja stvoriti okretno magnetsko polje i koristiti ga za okretanje rotora. Taj je problem u svoje vrijeme briljantno riješio M. O. Dolivo-Dobrovolski. Predložio je korištenje trofazne struje u tu svrhu.

Uređaj asinkronog elektromotora M. O. Dolivo-Dobrovolski

Slika 2. Dijagram Dolivo-Dobrovolsky asinkronog elektromotora

Na polovima željezne jezgre u obliku prstena, nazvane stator motora, postavljena su tri namota, trofazne strujne mreže 0 smještene jedna u odnosu na drugu pod kutom od 120 °.

Unutar jezgre nalazi se metalni cilindar, takozvani rotor elektromotora.

Ako su zavojnice međusobno povezane kao što je prikazano na slici i spojene na trofaznu strujnu mrežu, tada će ukupni magnetski tok koji stvaraju tri pola ispasti rotirajući.

Na slici 3 prikazan je graf promjena struja u namotima motora i proces nastanka okretnog magnetskog polja.

Pogledajmo ovaj proces detaljnije.

Slika 3. Dobivanje okretnog magnetskog polja

U poziciji «A» grafikona struja u prvoj fazi je nula, u drugoj fazi je negativna, au trećoj je pozitivna. Struja teče kroz zavojnice polova u smjeru označenom strelicama na slici.

Nakon što smo odredili, prema pravilu desne ruke, smjer magnetskog toka koji stvara struja, osigurat ćemo da se južni pol (S) stvori na kraju unutarnjeg pola (okrenut rotoru) trećeg namota i sjeverni pol (C ) će se stvoriti na polu druge zavojnice. Ukupni magnetski tok bit će usmjeren od pola druge zavojnice kroz rotor do pola treće zavojnice.

U poziciji «B» grafikona, struja u drugoj fazi je nula, u prvoj fazi je pozitivna, au trećoj je negativna. Struja koja teče kroz namote polova stvara južni pol (S) na kraju prvog namota i sjeverni pol (C) na kraju trećeg namota. Ukupni magnetski tok sada će biti usmjeren od trećeg pola kroz rotor prema prvom polu, odnosno polovi će se pomaknuti za 120 °.

U poziciji «B» grafikona struja u trećoj fazi je nula, u drugoj fazi je pozitivna, au prvoj fazi je negativna.Sada će struja koja teče kroz prvu i drugu zavojnicu stvoriti sjeverni pol (C) na kraju pola prve zavojnice i južni pol (S) na kraju pola druge zavojnice, tj. , polaritet ukupnog magnetskog polja će se pomaknuti za još 120 °. Na poziciji «G» na grafikonu, magnetsko polje će se pomaknuti za još 120 °.

Dakle, ukupni magnetski tok će promijeniti svoj smjer s promjenom smjera struje u namotima statora (polovima).

U tom slučaju, za jedno razdoblje promjene struje u zavojnicama, magnetski tok će napraviti potpunu revoluciju. Rotirajući magnetski tok povući će sa sobom cilindar i tako ćemo dobiti asinkroni elektromotor.

Podsjetimo se da su na slici 3 namoti statora spojeni u zvijezdu, ali rotirajuće magnetsko polje nastaje kada su spojeni u trokut.

Ako zamijenimo namote druge i treće faze, magnetski tok će obrnuti smjer vrtnje.

Isti rezultat može se postići bez mijenjanja namota statora, već usmjeravanjem struje druge faze mreže u treću fazu statora, a treće faze mreže u drugu fazu statora.

Stoga možete promijeniti smjer rotacije magnetskog polja mijenjanjem dvije faze.

Razmatrali smo uređaj s indukcijskim motorom s tri namota statora... U ovom slučaju, okretno magnetsko polje je bipolarno, a broj okretaja u sekundi jednak je broju perioda promjene struje u jednoj sekundi.

Ako se na stator postavi šest zavojnica po obodu, onda četveropolno okretno magnetsko polje... S devet zavojnica polje će biti šestopolno.

Pri frekvenciji trofazne struje jednakoj 50 perioda u sekundi ili 3000 u minuti, broj okretaja n okretnog polja u minuti bit će:

s bipolarnim statorom n = (50 NS 60) / 1 = 3000 o/min,

s četveropolnim statorom n = (50 NS 60) / 2 = 1500 okretaja,

sa šestopolnim statorom n = (50 NS 60) / 3 = 1000 zavoja,

s brojem pari polova statora jednakim p: n = (f NS 60) / p,

Dakle, utvrdili smo brzinu vrtnje magnetskog polja i njegovu ovisnost o broju namotaja statora motora.

Kao što znamo, rotor motora će malo zaostajati u svojoj rotaciji.

Međutim, kašnjenje rotora je vrlo malo. Na primjer, kada motor radi u leru, razlika u brzini je samo 3%, a pod opterećenjem 5-7%. Stoga se brzina asinkronog motora pri promjeni opterećenja mijenja u vrlo malim granicama, što je jedna od njegovih prednosti.

Razmotrimo sada uređaj asinkronih elektromotora

Rastavljeni asinkroni elektromotor: a) stator; b) kavezni rotor; c) rotor u fazi izvedbe (1 — okvir; 2 — jezgra od utisnutih čeličnih limova; 3 — namot; 4 — osovina; 5 — klizni prstenovi)

Stator modernog asinkronog elektromotora ima neizražene polove, odnosno unutarnja površina statora je potpuno glatka.

Kako bi se smanjili gubici vrtložnih struja, jezgra statora izrađena je od tankih čeličnih limova. Sastavljena jezgra statora pričvršćena je u čelično kućište.

Zavojnica bakrene žice položena je u utore statora. Fazni namoti statora elektromotora povezani su "zvijezdom" ili "trokutom", za koji su svi počeci i krajevi namota dovedeni na tijelo - na poseban izolacijski štit. Takav statorski uređaj je vrlo prikladan, jer vam omogućuje uključivanje namota na različite standardne napone.

Rotor indukcijskog motora, poput statora, sastavljen je od žigosanih čeličnih limova. Zavojnica je položena u utore rotora.

Ovisno o izvedbi rotora, asinkroni elektromotori se dijele na motore s kaveznim rotorom i motore s faznim rotorom.

Namotaj kaveznog rotora izrađen je od bakrenih šipki umetnutih u utore rotora. Krajevi šipki spojeni su bakrenim prstenom. To se zove kotrljanje u kavezu. Imajte na umu da bakrene šipke u kanalima nisu izolirane.

U nekim je motorima "kavez vjeverice" zamijenjen lijevanim rotorom.

Motor s asinkronim rotorom (s kliznim prstenovima) općenito se koristi u elektromotorima velike snage i u ovim slučajevima; kada je potrebno da elektromotor stvara veliku silu pri pokretanju. To se postiže činjenicom da su namotaji faznog motora spojeni startni reostat.

Indukcijski motori s kaveznim kavezom puštaju se u pogon na dva načina:

1) Izravni priključak trofaznog mrežnog napona na stator motora. Ova metoda je najjednostavnija i najpopularnija.

2) Smanjenje napona koji se primjenjuje na namote statora. Napon se smanjuje, na primjer, prebacivanjem namota statora iz zvijezde u trokut.

Motor se pokreće kada su namoti statora spojeni u "zvijezdu", a kada rotor postigne normalnu brzinu, namoti statora se prebacuju u "trokut" spoj.

Struja u napojnim žicama pri ovom načinu pokretanja motora smanjena je 3 puta u odnosu na struju koja bi nastala pri pokretanju motora izravnim spajanjem na mrežu s namotima statora spojenim trokutom.Međutim, ova metoda je prikladna samo ako je stator dizajniran za normalan rad kada su njegovi namoti spojeni u trokut.

Najjednostavniji, najjeftiniji i najpouzdaniji je asinkroni kavezni motor, ali ovaj motor ima neke nedostatke - mali napor pri pokretanju i veliku struju pokretanja. Ovi nedostaci su u velikoj mjeri otklonjeni upotrebom faznog rotora, ali uporaba takvog rotora uvelike poskupljuje motor i zahtijeva reostatsko pokretanje.

Vrste asinkronih motora

Glavni tip asinkronog stroja je trofazni asinkroni motor ... Ima tri namota statora koji se nalaze pod kutom od 120 ° jedan od drugog. Zavojnice su spojene u zvijezdu ili trokut i napajaju se trofaznom izmjeničnom strujom.

Motori male snage se u većini slučajeva izvode kao dvofazni... Za razliku od trofaznih motora, oni imaju dva statorska namota, struje u kojima se struje moraju pomaknuti pod kutom kako bi se stvorilo okretno magnetsko polje π/2.

Ako su struje u namotima jednake veličine i pomaknute u fazi za 90 °, tada se rad takvog motora neće ni na koji način razlikovati od rada trofaznog. Međutim, takvi se motori s dva namota statora u većini slučajeva napajaju jednofaznom mrežom, a pomak koji se približava 90 ° stvara se umjetno, obično zbog kondenzatora.

Monofazni motor samo jedan namot statora je praktički neaktivan.Kad rotor miruje, u motoru se stvara samo pulsirajuće magnetsko polje i moment je jednak nuli. Istina je da ako se rotor takvog stroja okreće određenom brzinom, tada može obavljati funkcije motora.

U ovom slučaju, iako će postojati samo pulsirajuće polje, ono se sastoji od dva simetrična - naprijed i natrag, koji stvaraju nejednake momente - veći motor i manje kočenja, nastaju zbog rotorskih struja povećane frekvencije (klizanje protiv obrnutog sinkronog polje je veće od 1).

U vezi s gore navedenim, jednofazni motori se isporučuju s drugim namotom koji se koristi kao početni namot. Kondenzatori su uključeni u krug ove zavojnice kako bi se stvorio fazni pomak struje, čiji kapacitet može biti prilično velik (desetci mikrofarada sa snagom motora manjom od 1 kW).

Sustavi upravljanja koriste dvofazne motore, koji se ponekad nazivaju i izvršni... Imaju dva namota statora pomaknuta u prostoru za 90 °. Jedan od namota, koji se naziva namot polja, izravno je spojen na mrežu od 50 ili 400 Hz. Drugi se koristi kao upravljačka zavojnica.

Da bi se stvorilo rotirajuće magnetsko polje i odgovarajući moment, struja u upravljačkoj zavojnici mora biti pomaknuta za kut blizu 90 °. Regulacija brzine motora, kao što će biti prikazano u nastavku, vrši se promjenom vrijednosti ili faze struje u ovom svitku. Suprotno se postiže promjenom faze struje u upravljačkoj zavojnici za 180 ° (prebacivanje zavojnice).

Dvofazni motori se proizvode u nekoliko verzija:

• s kaveznim rotorom,

• sa šupljim nemagnetskim rotorom,

• sa šupljim magnetskim rotorom.

Linearni motori

Transformacija rotacijskog gibanja motora u translatorno kretanje organa radnog stroja uvijek je povezana s potrebom korištenja bilo kakvih mehaničkih jedinica: zupčanika, vijka itd.samo uvjetno — kao pokretni organ).

U ovom slučaju se kaže da je motor pokrenut. Statorski namot linearnog motora izvodi se na isti način kao i kod volumetrijskog motora, ali treba ga položiti samo u utore duž cijele duljine maksimalnog mogućeg kretanja kliznog rotora. Rotor klizača obično je kratko spojen, s njim je zglobno spojeno radno tijelo mehanizma. Na krajevima statora naravno moraju postojati graničnici kako bi se spriječilo da rotor napusti radne granice staze.