Enheden og princippet om drift af asynkrone elektriske motorer

Elbileromdannelse af elektrisk energi fra vekselstrøm til mekanisk energi kaldes AC-elektriske motorer.

I industrien er asynkrone trefasede motorer de mest udbredte. Lad os se på enheden og princippet om drift af disse motorer.

Princippet for drift af induktionsmotoren er baseret på brugen af ​​et roterende magnetfelt.

For at forstå driften af ​​en sådan motor, vil vi udføre følgende eksperiment.

Vi vil styrke hestesko magnet på akslen, så den kan drejes af håndtaget. Mellem magnetens poler placerer vi en kobbercylinder langs aksen, som kan rotere frit.

Figur 1. Den enkleste model til at opnå et roterende magnetfelt

Lad os begynde at dreje håndtagsmagneten med uret. Magnetens felt vil også begynde at rotere, og når den roterer, vil den krydse kobbercylinderen med dens kraftlinjer. I en cylinder ifølge loven om elektromagnetisk induktion, vil have hvirvelstrømmesom vil skabe deres egne magnetfelt — cylinderens felt. Dette felt vil interagere med den permanente magnets magnetfelt, hvilket får cylinderen til at rotere i samme retning som magneten.

Det blev fundet, at cylinderens rotationshastighed er lidt mindre end magnetfeltets rotationshastighed.

Faktisk, hvis cylinderen roterer med samme hastighed som magnetfeltet, så krydser magnetfeltlinjerne den ikke, og der opstår derfor ingen hvirvelstrømme i den, hvilket får cylinderen til at rotere.

Rotationshastigheden af ​​magnetfeltet kaldes normalt synkron, fordi den er lig med magnetens rotationshastighed, og cylinderens rotationshastighed er asynkron (asynkron). Derfor kaldes selve motoren en induktionsmotor... Cylinderens (rotorens) rotationshastighed adskiller sig fra synkron rotationshastighed af magnetfeltet med en lille smule glidning.

Betegner rotorens rotationshastighed gennem n1 og feltets rotationshastighed gennem n, vi kan beregne den procentvise slip ved formlen:

s = (n — n1) / n.

I ovenstående eksperiment opnåede vi et roterende magnetfelt og rotationen af ​​cylinderen forårsaget af det på grund af rotationen af ​​en permanent magnet, derfor er en sådan enhed endnu ikke en elektrisk motor... Det bør gøres elektricitet skabe et roterende magnetfelt og bruge det til at dreje rotoren. Dette problem blev glimrende løst i sin tid af M. O. Dolivo-Dobrovolski. Han foreslog at bruge trefasestrøm til dette formål.

Enheden af ​​en asynkron elektrisk motor M. O. Dolivo-Dobrovolski

Figur 2. Diagram af Dolivo-Dobrovolsky asynkron elektrisk motor

På polerne af en ringformet jernkerne, kaldet en motorstator, er der placeret tre viklinger, trefasede strømnetværk 0 placeret i forhold til hinanden i en vinkel på 120 °.

Inde i kernen, en metalcylinder, den såkaldte rotor af den elektriske motor.

Hvis spolerne er indbyrdes forbundet som vist på figuren og forbundet til et trefaset strømnetværk, så vil den totale magnetiske flux skabt af de tre poler vise sig at være roterende.

Figur 3 viser grafen over ændringerne i strømmene i motorviklingerne og processen med fremkomsten af ​​et roterende magnetfelt.

Lad os se på denne proces mere detaljeret.

Figur 3. Opnåelse af et roterende magnetfelt

I position «A» af grafen er strømmen i den første fase nul, i den anden fase er den negativ, og i den tredje er den positiv. Strøm løber gennem polspolerne i retningen angivet af pilene på figuren.

Efter at have bestemt retningen af ​​den magnetiske flux skabt af strømmen i henhold til højrehåndsreglen, vil vi sikre, at sydpolen (S) vil blive skabt ved den indre polende (vendende mod rotoren) af den tredje vikling og nordpolen (C ) vil blive skabt ved den anden spoles pol. Den totale magnetiske flux vil blive rettet fra den anden spoles pol gennem rotoren til polen af ​​den tredje spole.

I position «B» i grafen er strømmen i anden fase nul, i første fase er den positiv, og i den tredje er den negativ. Strømmen, der strømmer gennem polviklingerne, skaber en sydpol (S) for enden af ​​den første vikling og en nordpol (C) for enden af ​​den tredje vikling. Den totale magnetiske flux vil nu blive rettet fra den tredje pol gennem rotoren til den første pol, det vil sige, at polerne vil bevæge sig med 120 °.

I position «B» i grafen er strømmen i tredje fase nul, i anden fase er den positiv, og i første fase er den negativ.Nu vil strømmen, der løber gennem den første og anden spole skabe en nordpol (C) ved polenden af ​​den første spole, og en sydpol (S) ved polenden af ​​den anden spole, dvs. , vil polariteten af ​​det totale magnetfelt skifte yderligere 120 °. Ved position «G» på grafen vil magnetfeltet bevæge sig yderligere 120°.

Således vil den totale magnetiske flux ændre sin retning med en ændring i retningen af ​​strømmen i statorviklingerne (polerne).

I dette tilfælde vil den magnetiske flux i en periode med strømændring i spolerne lave en fuldstændig omdrejning. Den roterende magnetiske flux vil trække cylinderen med sig og dermed får vi en asynkron elmotor.

Husk på, at i figur 3 er statorviklingerne stjerneforbundne, men et roterende magnetfelt dannes, når de er delta-forbundne.

Hvis vi skifter viklingerne af anden og tredje fase, vil den magnetiske flux vende sin rotationsretning.

Det samme resultat kan opnås uden at ændre statorviklingerne, men at lede strømmen af ​​anden fase af netværket ind i statorens tredje fase og netværkets tredje fase ind i statorens anden fase.

Derfor kan du ændre magnetfeltets rotationsretning ved at skifte to faser.

Vi betragtede en enhed med en induktionsmotor med tre statorviklinger... I dette tilfælde er det roterende magnetfelt bipolært, og antallet af omdrejninger pr. sekund er lig med antallet af perioder med strømændring i et sekund.

Hvis der placeres seks spoler på statoren rundt om omkredsen, så er et firepolet roterende magnetfelt... Med ni spoler vil feltet være sekspolet.

Ved en frekvens af trefaset strøm svarende til 50 perioder pr. sekund eller 3000 pr. minut vil antallet af omdrejninger n af rotationsfeltet pr. minut være:

med bipolær stator n = (50 NS 60) / 1 = 3000 rpm,

med en firepolet stator n = (50 NS 60) / 2 = 1500 omdrejninger,

med en sekspolet stator n = (50 NS 60) / 3 = 1000 omdrejninger,

med antallet af par statorpoler lig med p: n = (f NS 60) / p,

Så vi etablerede magnetfeltets rotationshastighed og dets afhængighed af antallet af viklinger af motorens stator.

Som vi ved, vil motorrotoren halte lidt i sin rotation.

Rotorforsinkelsen er dog meget lille. For eksempel, når motoren går i tomgang, er forskellen i omdrejningstal kun 3 % og under belastning 5-7 %. Derfor ændres induktionsmotorens hastighed inden for meget små grænser, når belastningen ændres, hvilket er en af ​​dens fordele.

Overvej nu enheden af ​​asynkrone elektriske motorer

Adskilt asynkron elektrisk motor: a) stator; b) egern-burrotor; c) rotor i udførelsesfasen (1 — ramme; 2 — kerne af udstansede stålplader; 3 — vikling; 4 — aksel; 5 — glideringe)

Statoren af ​​en moderne asynkron elektrisk motor har uudtalte poler, det vil sige, at statorens indre overflade er lavet helt glat.

For at reducere hvirvelstrømstab er statorkernen dannet af tynde udstansede stålplader. Den samlede statorkerne er fastgjort i et stålhus.

En spole af kobbertråd lægges i statorens spalter. Faseviklingerne på elektromotorens stator er forbundet med en «stjerne» eller «delta», for hvilken alle begyndelsen og enderne af viklingerne bringes til krop - til et specielt isolerende skjold. En sådan statorenhed er meget praktisk, da den giver dig mulighed for at tænde dens viklinger til forskellige standardspændinger.

En induktionsmotorrotor er ligesom en stator samlet af udstansede stålplader. En spole lægges i rotorens riller.

Afhængigt af rotorens design er asynkrone elektriske motorer opdelt i egern-burrotor- og faserotormotorer.

Egernburets rotorvikling er lavet af kobberstænger indsat i rotorens slidser. Enderne af stængerne er forbundet med en kobberring. Dette kaldes rulning af egernbur. Bemærk at kobberstængerne i kanalerne ikke er isolerede.

I nogle motorer er "egernburet" erstattet af en støbt rotor.

Asynkron rotormotor (med slæberinge) bruges generelt i højeffekt elektriske motorer og i disse tilfælde; når det er nødvendigt for elmotoren at skabe en stor kraft ved start. Dette opnås ved, at fasemotorens viklinger er forbundet start rheostat.

Squirrel cage induktionsmotorer idriftsættes på to måder:

1) Direkte tilslutning af trefaset netspænding til motorstatoren. Denne metode er den enkleste og mest populære.

2) Reduktion af spændingen på statorviklingerne. Spændingen reduceres for eksempel ved at skifte statorviklingerne fra stjerne til delta.

Motoren startes, når statorviklingerne er forbundet i "stjerne", og når rotoren når normal hastighed, skiftes statorviklingerne til "trekant" tilslutning.

Strømmen i forsyningsledningerne i denne metode til at starte motoren er reduceret med 3 gange sammenlignet med den strøm, der ville opstå ved start af motoren ved direkte forbindelse til netværket med statorviklinger forbundet med «delta».Denne metode er dog kun egnet, hvis statoren er designet til normal drift, når dens viklinger er tredelt.

Den enkleste, billigste og mest pålidelige er en asynkron egern-burmotor, men denne motor har nogle ulemper - lav startindsats og høj startstrøm. Disse ulemper elimineres stort set ved brugen af ​​en faserotor, men brugen af ​​en sådan rotor øger i høj grad prisen på motoren og kræver rheostatstart.

Typer af asynkronmotorer

Hovedtypen af ​​asynkron maskine er en trefaset asynkronmotor... Den har tre statorviklinger placeret 120 ° fra hinanden. Spolerne er stjerne- eller deltaforbundne og drives af trefaset vekselstrøm.

Laveffektmotorer er i de fleste tilfælde implementeret som tofasede... I modsætning til trefasede motorer har de to statorviklinger, hvor strømmene skal forskydes i en vinkel for at skabe et roterende magnetfelt π/2.

Hvis strømmene i viklingerne er lige store og forskudt i fase med 90 °, vil driften af ​​en sådan motor ikke adskille sig på nogen måde fra driften af ​​en trefaset. Imidlertid er sådanne motorer med to statorviklinger i de fleste tilfælde drevet af et enfaset netværk, og en forskydning, der nærmer sig 90 °, skabes kunstigt, normalt på grund af kondensatorer.

Enfaset motor kun en vikling af statoren er praktisk talt inaktiv.Når rotoren er stationær, dannes der kun et pulserende magnetfelt i motoren, og drejningsmomentet er nul. Det er rigtigt, at hvis rotoren på en sådan maskine roterer til en vis hastighed, kan den udføre en motors funktioner.

I dette tilfælde, selvom der kun vil være et pulserende felt, består det af to symmetriske - fremad og bagud, som skaber ulige drejningsmomenter - en større motor og mindre bremsning, der opstår på grund af rotorstrømmene med øget frekvens (glider mod den omvendte synkrone felt er større end 1).

I forhold til ovenstående er enfasede motorer forsynet med en anden vikling, som bruges som startvikling. Kondensatorer er inkluderet i kredsløbet af denne spole for at skabe en faseforskydning af strømmen, hvis kapacitet kan være ret stor (tivis af mikrofarader med en motoreffekt på mindre end 1 kW).

Styresystemer bruger tofasede motorer, nogle gange kaldet executive... De har to statorviklinger forskudt i rummet med 90 °. En af viklingerne, kaldet feltviklingen, er direkte forbundet til et 50 eller 400 Hz netværk. Den anden bruges som kontrolspole.

For at skabe et roterende magnetfelt og det tilsvarende drejningsmoment skal strømmen i styrespolen forskydes med en vinkel tæt på 90°. Regulering af motorhastigheden, som det vil blive vist nedenfor, sker ved at ændre værdien eller fasen af ​​strømmen i denne spole. Det modsatte opnås ved at ændre strømmens fase i styrespolen med 180 ° (omskiftning af spolen).

Tofasede motorer produceres i flere versioner:

• med egernburrotor,

• med en hul ikke-magnetisk rotor,

• med en hul magnetisk rotor.

Lineære motorer

Omdannelsen af ​​motorens rotationsbevægelse til translationsbevægelsen af ​​arbejdsmaskinens organer er altid forbundet med behovet for at bruge nogen mekaniske enheder: gearstænger, skrue osv.kun betinget — som et bevægeligt organ).

I dette tilfælde siges motoren at være udløst. Statorviklingen af ​​en lineær motor udføres på samme måde som for en volumetrisk motor, men den bør kun lægges i rillerne langs hele længden af ​​den maksimale mulige bevægelse af gliderotoren. Skyderrotoren er normalt kortsluttet, mekanismens arbejdslegeme er leddelt med den. I enderne af statoren skal der naturligvis være stop for at forhindre rotoren i at forlade banens arbejdsgrænser.