Asinhrono elektromotoru ierīce un darbības princips

Elektriskās automašīnaselektroenerģijas pārveidošanu no maiņstrāvas mehāniskajā enerģijā sauc par maiņstrāvas elektromotoriem.

Rūpniecībā visizplatītākie ir asinhronie trīsfāzu motori. Apskatīsim šo dzinēju ierīci un darbības principu.

Asinhronā motora darbības princips ir balstīts uz rotējoša magnētiskā lauka izmantošanu.

Lai saprastu šāda dzinēja darbību, mēs veiksim šādu eksperimentu.

Mēs stiprināsim pakavs magnēts uz ass, lai to varētu pagriezt aiz roktura. Starp magnēta poliem pa asi novietojam vara cilindru, kas var brīvi griezties.

1. attēls. Vienkāršākais modelis rotējoša magnētiskā lauka iegūšanai

Sāksim griezt roktura magnētu pulksteņrādītāja virzienā. Arī magnēta lauks sāks griezties un, griežoties, ar savām spēka līnijām šķērsos vara cilindru. Cilindrā saskaņā ar elektromagnētiskās indukcijas likumu, būs virpuļstrāvaskas radīs savu magnētiskais lauks — cilindra lauks. Šis lauks mijiedarbosies ar pastāvīgā magnēta magnētisko lauku, izraisot cilindra griešanos tajā pašā virzienā kā magnēts.

Tika konstatēts, ka cilindra griešanās ātrums ir nedaudz mazāks par magnētiskā lauka griešanās ātrumu.

Faktiski, ja cilindrs griežas ar tādu pašu ātrumu kā magnētiskais lauks, tad magnētiskā lauka līnijas to nešķērso un tāpēc tajā nerodas virpuļstrāvas, kas liek cilindram griezties.

Magnētiskā lauka griešanās ātrumu parasti sauc par sinhrono, jo tas ir vienāds ar magnēta griešanās ātrumu, un cilindra griešanās ātrums ir asinhrons (asinhrons). Tāpēc pašu motoru sauc par indukcijas motoru... Cilindra (rotora) griešanās ātrums atšķiras no magnētiskā lauka sinhronais rotācijas ātrums ar nelielu slīdēšanu.

Apzīmē rotora griešanās ātrumu caur n1 un lauka griešanās ātrumu caur n, mēs varam aprēķināt procentuālo slīdi pēc formulas:

s = (n — n1) / n.

Iepriekšējā eksperimentā mēs ieguvām rotējošu magnētisko lauku un tā izraisīto cilindra griešanos pastāvīgā magnēta griešanās dēļ, tāpēc šāda ierīce vēl nav elektromotors... elektrība izveidot rotējošu magnētisko lauku un izmantot to, lai pagrieztu rotoru. Šo problēmu savā laikā lieliski atrisināja M. O. Dolivo-Dobrovolskis. Viņš ierosināja šim nolūkam izmantot trīsfāzu strāvu.

Asinhronā elektromotora ierīce M. O. Dolivo-Dobrovolski

2. attēls. Dolivo-Dobrovolsky asinhronā elektromotora diagramma

Uz gredzenveida dzelzs serdes poliem, ko sauc par motora statoru, ir novietoti trīs tinumi, trīsfāzu strāvas tīkli 0, kas atrodas viens pret otru 120 ° leņķī.

Serdes iekšpusē metāla cilindrs, tā sauktais elektromotora rotors.

Ja spoles ir savstarpēji savienotas, kā parādīts attēlā, un savienotas ar trīsfāzu strāvas tīklu, tad kopējā magnētiskā plūsma, ko rada trīs poli, izrādīsies rotējoša.

3. attēlā parādīts motora tinumu strāvu izmaiņu grafiks un rotējoša magnētiskā lauka parādīšanās process.

Apskatīsim šo procesu sīkāk.

3. attēls. Rotējoša magnētiskā lauka iegūšana

Grafika pozīcijā «A» strāva pirmajā fāzē ir nulle, otrajā fāzē tā ir negatīva, bet trešajā — pozitīva. Strāva plūst caur polu spolēm virzienā, kas norādīts ar bultiņām attēlā.

Pēc labās puses likuma noteikšanas strāvas radītās magnētiskās plūsmas virzienu, mēs nodrošināsim, ka trešā tinuma iekšējā pola galā (vērsts pret rotoru) tiks izveidots dienvidu pols (S). ziemeļpols (C ) tiks izveidots pie otrās spoles pola. Kopējā magnētiskā plūsma tiks virzīta no otrās spoles pola caur rotoru uz trešās spoles polu.

Grafika pozīcijā «B» strāva otrajā fāzē ir nulle, pirmajā fāzē tā ir pozitīva, bet trešajā — negatīva. Strāva, kas plūst caur polu tinumiem, rada dienvidu polu (S) pirmā tinuma galā un ziemeļu polu (C) trešā tinuma galā. Kopējā magnētiskā plūsma tagad tiks virzīta no trešā pola caur rotoru uz pirmo polu, tas ir, stabi pārvietosies par 120 °.

Grafika pozīcijā «B» strāva trešajā fāzē ir nulle, otrajā fāzē tā ir pozitīva, bet pirmajā fāzē — negatīva.Tagad strāva, kas plūst caur pirmo un otro spoli, izveidos ziemeļpolu (C) pirmās spoles pola galā un dienvidu polu (S) otrās spoles pola galā, t.i. , kopējā magnētiskā lauka polaritāte nobīdīsies vēl par 120°. Pozīcijā «G» grafikā magnētiskais lauks pārvietosies vēl par 120°.

Tādējādi kopējā magnētiskā plūsma mainīs virzienu, mainoties strāvas virzienam statora tinumos (polos).

Šajā gadījumā vienā strāvas maiņas periodā spolēs magnētiskā plūsma veiks pilnīgu apgriezienu. Rotējošā magnētiskā plūsma vilks sev līdzi cilindru un tādējādi iegūsim asinhronu elektromotoru.

Atgādinām, ka 3. attēlā statora tinumi ir savienoti ar zvaigzni, bet, kad tie ir savienoti ar trīsstūri, veidojas rotējošs magnētiskais lauks.

Ja mēs pārslēdzam otrās un trešās fāzes tinumus, magnētiskā plūsma mainīs savu griešanās virzienu.

To pašu rezultātu var panākt, nemainot statora tinumus, bet novirzot tīkla otrās fāzes strāvu statora trešajā fāzē, bet tīkla trešās fāzes – statora otrajā fāzē.

Tāpēc jūs varat mainīt magnētiskā lauka griešanās virzienu, pārslēdzot divas fāzes.

Mēs uzskatījām ierīci ar indukcijas motoru ar trim statora tinumiem... Šajā gadījumā rotējošais magnētiskais lauks ir bipolārs, un apgriezienu skaits sekundē ir vienāds ar strāvas maiņas periodu skaitu vienā sekundē.

Ja statoram pa apkārtmēru uzliek sešas spoles, tad četru polu rotējošs magnētiskais lauks... Ar deviņām spolēm lauks būs sešpolu.

Ar trīsfāzu strāvas frekvenci, kas vienāda ar 50 periodiem sekundē vai 3000 minūtē, rotējošā lauka apgriezienu skaits n minūtē būs:

ar bipolāru statoru n = (50 NS 60) / 1 = 3000 apgr./min,

ar četru polu statoru n = (50 NS 60) / 2 = 1500 apgriezieni,

ar sešu polu statoru n = (50 NS 60) / 3 = 1000 apgriezieni,

ar statora polu pāru skaitu, kas vienāds ar p: n = (f NS 60) / p,

Tātad, mēs noteicām magnētiskā lauka griešanās ātrumu un tā atkarību no motora statora tinumu skaita.

Kā zināms, motora rotors nedaudz atpaliks savā rotācijā.

Tomēr rotora nobīde ir ļoti maza. Piemēram, kad dzinējs darbojas tukšgaitā, apgriezienu atšķirība ir tikai 3% un zem slodzes 5-7%. Tāpēc, mainoties slodzei, asinhronā motora ātrums mainās ļoti mazās robežās, kas ir viena no tā priekšrocībām.

Apsveriet tagad asinhrono elektromotoru ierīci

Izjaukts asinhronais elektromotors: a) stators; b) vāveres būra rotors; c) rotors izpildes fāzē (1 — rāmis; 2 — štancēta tērauda loksnes serde; 3 — tinums; 4 — vārpsta; 5 — bīdāmie gredzeni)

Mūsdienu asinhronā elektromotora statoram ir neizteikti stabi, tas ir, statora iekšējā virsma ir padarīta pilnīgi gluda.

Lai samazinātu virpuļstrāvas zudumus, statora serdi veido no plānām štancētām tērauda loksnēm. Samontētā statora serde ir nostiprināta tērauda korpusā.

Statora spraugās ir ielikta vara stieples spole.Elektromotora statora fāzes tinumus savieno «zvaigzne» vai «trīsstūra», kurai visi tinumu sākumi un gali ir novadīti uz korpuss - uz īpašu izolācijas vairogu. Šāda statora ierīce ir ļoti ērta, jo tā ļauj ieslēgt tās tinumus dažādiem standarta spriegumiem.

Asinhronā motora rotors, tāpat kā stators, ir samontēts no štancētām tērauda loksnēm. Rotora rievās ir ievietota spole.

Atkarībā no rotora konstrukcijas asinhronos elektromotorus iedala vāveres rotora un fāzes rotora motoros.

Vāveres būra rotora tinums ir izgatavots no vara stieņiem, kas ievietoti rotora spraugās. Stieņu galus savieno ar vara gredzenu. To sauc par vāveres būra ripināšanu. Ņemiet vērā, ka vara stieņi kanālos nav izolēti.

Dažos dzinējos "vāveres būris" tiek aizstāts ar izlieto rotoru.

Asinhronais rotora motors (ar slīdgredzeniem) parasti izmanto lieljaudas elektromotoros un šādos gadījumos; kad ir nepieciešams, lai elektromotors palaišanas laikā radītu lielu spēku. Tas tiek panākts ar to, ka ir savienoti fāzes motora tinumi palaišanas reostats.

Vāveres sprostu indukcijas motori tiek nodoti ekspluatācijā divos veidos:

1) Trīsfāzu tīkla sprieguma tieša pieslēgšana motora statoram. Šī metode ir visvienkāršākā un populārākā.

2) Statora tinumiem pievadītā sprieguma samazināšana. Spriegums tiek samazināts, piemēram, pārslēdzot statora tinumus no zvaigznes uz trīsstūri.

Motors tiek iedarbināts, kad statora tinumi ir pievienoti "zvaigznē", un, kad rotors sasniedz normālu ātrumu, statora tinumi tiek pārslēgti uz "trīsstūra" savienojumu.

Strāva barošanas vados, izmantojot šo motora iedarbināšanas metodi, tiek samazināta 3 reizes, salīdzinot ar strāvu, kas rastos, iedarbinot motoru ar tiešu savienojumu ar tīklu ar statora tinumiem, kas savienoti ar «delta».Tomēr šī metode ir piemērota tikai tad, ja stators ir paredzēts normālai darbībai, kad tā tinumi ir savienoti ar trīsstūri.

Vienkāršākais, lētākais un uzticamākais ir asinhronais vāveres motors, taču šim motoram ir daži trūkumi - mazs palaišanas spēks un liela palaišanas strāva. Šie trūkumi lielā mērā tiek novērsti, izmantojot fāzes rotoru, taču šāda rotora izmantošana ievērojami palielina motora izmaksas un prasa reostata iedarbināšanu.

Asinhrono motoru veidi

Galvenais asinhronās mašīnas veids ir trīsfāzu asinhronais motors... Tam ir trīs statora tinumi, kas atrodas 120 ° leņķī viens pret otru. Spoles ir savienotas ar zvaigzni vai trīsstūri un tiek darbinātas ar trīsfāzu maiņstrāvu.

Mazjaudas motori vairumā gadījumu tiek realizēti kā divfāžu... Atšķirībā no trīsfāzu motoriem tiem ir divi statora tinumi, kuros strāvas jānobīda leņķī, lai radītu rotējošu magnētisko lauku π/2.

Ja strāvas tinumos ir vienādas un fāzē ir nobīdītas par 90 °, tad šāda motora darbība nekādā veidā neatšķirsies no trīsfāžu darbības. Tomēr šādus motorus ar diviem statora tinumiem vairumā gadījumu darbina vienfāzes tīkls, un nobīde, kas tuvojas 90 °, tiek radīta mākslīgi, parasti kondensatoru dēļ.

Vienfāzes motors praktiski neaktīvs ir tikai viens statora tinums.Rotoram stāvot, motorā rodas tikai pulsējošs magnētiskais lauks un griezes moments ir nulle. Tiesa, ja šādas mašīnas rotors griežas līdz noteiktam ātrumam, tad tā var pildīt dzinēja funkcijas.

Šajā gadījumā, lai gan būs tikai pulsējošs lauks, tas sastāv no diviem simetriskiem - uz priekšu un atpakaļ, kas rada nevienlīdzīgus griezes momentus - lielāku motoru un mazāku bremzēšanu, kas rodas paaugstinātas frekvences rotora strāvu dēļ (slīdēšana pret reverso sinhrono). lauks ir lielāks par 1).

Saistībā ar iepriekš minēto vienfāzes motori tiek piegādāti ar otru tinumu, ko izmanto kā palaišanas tinumu. Šīs spoles ķēdē ir iekļauti kondensatori, lai radītu strāvas fāzes nobīdi, kuras jauda var būt diezgan liela (desmitiem mikrofaradu ar motora jaudu mazāku par 1 kW).

Vadības sistēmās tiek izmantoti divfāzu motori, kurus dažreiz sauc par izpildvaras... Tiem ir divi statora tinumi, kas telpā nobīdīti par 90 °. Viens no tinumiem, ko sauc par lauka tinumu, ir tieši savienots ar 50 vai 400 Hz tīklu. Otro izmanto kā vadības spoli.

Lai izveidotu rotējošu magnētisko lauku un atbilstošo griezes momentu, strāva vadības spolē ir jāpārvieto par leņķi, kas ir tuvu 90 °. Motora ātruma regulēšana, kā parādīts zemāk, tiek veikta, mainot strāvas vērtību vai fāzi šajā spolē. Pretējais tiek nodrošināts, mainot strāvas fāzi vadības spolē par 180 ° (spoles pārslēgšana).

Divfāzu motori tiek ražoti vairākās versijās:

• ar vāveres būra rotoru,

• ar dobu nemagnētisku rotoru,

• ar dobu magnētisko rotoru.

Lineārie motori

Motora rotācijas kustības pārveidošana par darba mašīnas orgānu translācijas kustību vienmēr ir saistīta ar nepieciešamību izmantot jebkādas mehāniskās vienības: zobratu bagāžniekus, skrūves utt.tikai nosacīti — kā kustīgs orgāns).

Šajā gadījumā tiek uzskatīts, ka dzinējs ir iedarbināts. Lineārā motora statora tinums tiek veikts tāpat kā tilpuma motoram, taču tas jāievieto tikai rievās visā bīdāmā rotora maksimāli iespējamās kustības garumā. Slīdnes rotors parasti ir īssavienots, mehānisma darba korpuss ir ar to šarnīru. Statora galos, protams, ir jābūt atdurēm, lai neļautu rotoram atstāt trajektorijas darba robežas.