Az aszinkron villanymotorok berendezése és működési elve

Elektromos autókAz elektromos energia váltóáramból mechanikai energiává történő átalakítását váltakozó áramú villanymotoroknak nevezzük.

Az iparban az aszinkron háromfázisú motorok a legelterjedtebbek. Nézzük meg ezeknek a motoroknak a készülékét és működési elvét.

Az indukciós motor működési elve a forgó mágneses tér használatán alapul.

Egy ilyen motor működésének megértéséhez a következő kísérletet hajtjuk végre.

Meg fogunk erősíteni patkómágnes a tengelyen, hogy a fogantyúnál fogva el lehessen forgatni. A mágnes pólusai közé a tengely mentén egy rézhengert helyezünk, amely szabadon foroghat.

1. ábra A legegyszerűbb modell forgó mágneses tér előállítására

Kezdjük el forgatni a fogantyú mágnesét az óramutató járásával megegyező irányba. A mágnes tere is forogni kezd, és forgás közben az erővonalaival keresztezi a rézhengert. Egy hengerben az elektromágneses indukció törvénye szerint, lesz légörvényakik megalkotják a sajátjukat mágneses mező — a henger mezője. Ez a mező kölcsönhatásba lép az állandó mágnes mágneses mezőjével, amitől a henger a mágnessel azonos irányban forog.

Azt találták, hogy a henger forgási sebessége valamivel kisebb, mint a mágneses tér forgási sebessége.

Valójában, ha a henger ugyanolyan sebességgel forog, mint a mágneses tér, akkor a mágneses erővonalak nem keresztezik azt, és ezért nem keletkeznek benne örvényáramok, amelyek a henger forgását okoznák.

A mágneses tér forgási sebességét általában szinkronnak nevezik, mert megegyezik a mágnes forgási sebességével, a henger forgási sebessége pedig aszinkron (aszinkron). Ezért magát a motort indukciós motornak nevezik... A henger (rotor) forgási sebessége eltér a a mágneses tér szinkron forgási sebessége kis csúszással.

Jelzi a forgórész forgási sebességét n1-en keresztül és a mező forgási sebességét n-en keresztül, a százalékos csúszást a következő képlettel számíthatjuk ki:

s = (n — n1) / n.

A fenti kísérletben egy forgó mágneses teret és az általa okozott henger forgást kaptunk egy állandó mágnes forgása miatt, ezért az ilyen eszköz még nem villanymotor… Meg kell tenni elektromosság hozzon létre egy forgó mágneses teret, és használja a rotor elforgatásához. Ezt a problémát M. O. Dolivo-Dobrovolski zseniálisan megoldotta a maga idejében. Erre a célra háromfázisú áramot javasolt.

M. O. Dolivo-Dobrovolski aszinkron villanymotor készüléke

2. ábra Dolivo-Dobrovolsky aszinkron villanymotor diagramja

A gyűrű alakú vasmag pólusaira, amelyet motor állórésznek neveznek, három tekercs van elhelyezve, háromfázisú áramhálózatok 0, amelyek egymáshoz képest 120 ° -os szögben helyezkednek el.

A mag belsejében egy fémhenger, a villanymotor úgynevezett forgórésze.

Ha a tekercseket az ábrán látható módon összekapcsoljuk, és háromfázisú áramhálózatra csatlakoztatjuk, akkor a három pólus által létrehozott teljes mágneses fluxus forgónak bizonyul.

A 3. ábra a motortekercsek áramának változását és a forgó mágneses tér megjelenésének folyamatát mutatja be.

Nézzük meg ezt a folyamatot részletesebben.

3. ábra Forgó mágneses tér megszerzése

A grafikon «A» pozíciójában az áram az első fázisban nulla, a második fázisban negatív, a harmadikban pedig pozitív. Az áram a pólustekercseken az ábrán látható nyilak által jelzett irányban halad át.

Miután a jobb oldali szabály szerint meghatároztuk az áram által keltett mágneses fluxus irányát, biztosítjuk, hogy a déli pólus (S) a harmadik tekercs belső pólusvégén (a rotor felé nézzen) jöjjön létre, ill. az északi pólus (C ) a második tekercs pólusán jön létre. A teljes mágneses fluxust a második tekercs pólusától a forgórészen keresztül a harmadik tekercs pólusára irányítják.

A grafikon «B» pozíciójában az áramerősség a második fázisban nulla, az első fázisban pozitív, a harmadikban pedig negatív. A pólustekercseken átfolyó áram az első tekercs végén egy déli pólust (S), a harmadik tekercs végén pedig egy északi pólust (C) hoz létre. A teljes mágneses fluxus most a harmadik pólustól a rotoron keresztül az első pólusig irányul, vagyis a pólusok 120 ° -kal elmozdulnak.

A grafikon «B» pozíciójában az áramerősség a harmadik fázisban nulla, a második fázisban pozitív, az első fázisban pedig negatív.Most az első és a második tekercsen átfolyó áram északi pólust (C) hoz létre az első tekercs pólusvégén, és egy déli pólust (S) a második tekercs pólusvégén, azaz. , a teljes mágneses tér polaritása további 120°-kal eltolódik. A grafikon «G» pozíciójában a mágneses tér további 120 ° -kal elmozdul.

Így a teljes mágneses fluxus megváltoztatja irányát az állórész tekercseiben (pólusaiban) lévő áram irányának változásával.

Ebben az esetben a tekercsekben lévő áram változásának egy periódusára a mágneses fluxus teljes fordulatot hajt végre. A forgó mágneses fluxus magával rántja a hengert és így egy aszinkron villanymotort kapunk.

Emlékezzünk vissza, hogy a 3. ábrán az állórész tekercsei csillaggal vannak összekötve, de delta-kapcsoláskor forgó mágneses tér jön létre.

Ha a második és harmadik fázis tekercsét felcseréljük, a mágneses fluxus megfordítja a forgásirányát.

Ugyanez az eredmény érhető el az állórész tekercseinek megváltoztatása nélkül, hanem a hálózat második fázisának áramát az állórész harmadik fázisába, a hálózat harmadik fázisát pedig az állórész második fázisába irányítva.

Ezért két fázis váltásával megváltoztathatja a mágneses tér forgásirányát.

Három állórész tekercses aszinkronmotoros készüléket vettünk figyelembe... Ebben az esetben a forgó mágneses tér bipoláris, és a másodpercenkénti fordulatszám megegyezik az egy másodperc alatti áramváltozás periódusainak számával.

Ha hat tekercset helyeznek el az állórészen a kerület mentén, akkor négypólusú forgó mágneses tér... Kilenc tekercs esetén hatpólusú lesz a mező.

A háromfázisú áram 50 periódus/perc vagy 3000/perc frekvenciájánál a forgótér percenkénti fordulatszáma n:

bipoláris állórésszel n = (50 NS 60) / 1 = 3000 ford./perc,

négypólusú állórésznél n = (50 NS 60) / 2 = 1500 fordulat,

hatpólusú állórésznél n = (50 NS 60) / 3 = 1000 fordulat,

az állórész póluspárjainak száma p: n = (f NS 60) / p,

Tehát megállapítottuk a mágneses mező forgási sebességét és annak függőségét a motor állórészének tekercseinek számától.

Mint tudjuk, a motor forgórésze kissé lemarad a forgásában.

A rotor késése azonban nagyon kicsi. Például, amikor a motor alapjáraton jár, a fordulatszám különbség csak 3%, terhelés alatt pedig 5-7%. Ezért az indukciós motor fordulatszáma nagyon kis határok között változik a terhelés megváltozásakor, ami az egyik előnye.

Tekintsük most az aszinkron villanymotorok eszközét

Szétszerelt aszinkron villanymotor: a) állórész; b) mókuskalitkás rotor; c) forgórész a kivitelezési fázisban (1 — keret; 2 — sajtolt acéllemez mag; 3 — tekercs; 4 — tengely; 5 — csúszógyűrűk)

A modern aszinkron villanymotor állórészének kimondatlan pólusai vannak, vagyis az állórész belső felülete teljesen sima.

Az örvényáram-veszteségek csökkentése érdekében az állórész magját vékony sajtolt acéllemezekből alakítják ki. Az összeszerelt állórész mag acélházba van rögzítve.

Az állórész réseibe rézdrót tekercset fektetnek.A villanymotor állórészének fázistekercseit egy «csillag» vagy «delta» köti össze, amihez a tekercsek elejét és végét a test - egy speciális szigetelő pajzshoz. Egy ilyen állórész nagyon kényelmes, mivel lehetővé teszi a tekercsek különböző szabványos feszültségekre történő bekapcsolását.

Az indukciós motor forgórésze, mint az állórész, sajtolt acéllemezekből van összeállítva. A forgórész hornyaiba egy tekercset helyeznek el.

A forgórész kialakításától függően az aszinkron villanymotorokat mókuskeretes rotoros és fázisrotoros motorokra osztják.

A mókusketrec rotor tekercselése a forgórész réseibe illesztett rézrudakból készül. A rudak végei rézgyűrűvel vannak összekötve. Ezt hívják mókusketrec-gurításnak. Vegye figyelembe, hogy a csatornákban lévő rézrudak nincsenek szigetelve.

Egyes motorokban a "mókusketrecet" öntött rotor váltja fel.

Aszinkron rotoros motor (csúszógyűrűkkel) általában nagy teljesítményű villanymotorokban használják, és ezekben az esetekben; amikor szükséges, hogy a villanymotor indításkor nagy erőt fejtsen ki. Ez úgy érhető el, hogy a fázismotor tekercsei össze vannak kötve indító reosztát.

A mókuskalitkás indukciós motorokat kétféleképpen helyezik üzembe:

1) A háromfázisú hálózati feszültség közvetlen csatlakoztatása a motor állórészéhez. Ez a módszer a legegyszerűbb és legnépszerűbb.

2) Az állórész tekercseire adott feszültség csökkentése. A feszültség csökkenthető például az állórész tekercseinek csillagról delta-ra való átkapcsolásával.

A motor akkor indul be, amikor az állórész tekercsek "csillag"-ba vannak kötve, és amikor a forgórész eléri a normál fordulatszámot, az állórész tekercsek "delta" csatlakozásra kapcsolnak.

A tápvezetékek árama ebben a motorindítási módban háromszorosára csökken ahhoz az áramhoz képest, amely a motor indításakor keletkezne a hálózathoz való közvetlen csatlakozással, a „deltával” csatlakoztatott állórész tekercsekkel.Ez a módszer azonban csak akkor alkalmas, ha az állórészt normál működésre tervezték, amikor tekercselése delta-csatlakozású.

A legegyszerűbb, legolcsóbb és legmegbízhatóbb az aszinkron mókuskalitkás motor, de ennek a motornak van néhány hátránya - kis indítási erő és nagy indítási áram. Ezeket a hátrányokat nagyrészt kiküszöböli a fázisrotor használata, de az ilyen forgórész használata nagymértékben megnöveli a motor költségét és reosztát indítását igényli.

Az aszinkron motorok típusai

Az aszinkron gépek fő típusa egy háromfázisú aszinkron motor... Három állórész-tekercse van, amelyek 120 ° -os szögben helyezkednek el egymástól. A tekercsek csillag vagy delta csatlakozásúak, és háromfázisú váltakozó árammal táplálják.

A kis teljesítményű motorokat a legtöbb esetben kétfázisúként valósítják meg... A háromfázisú motoroktól eltérően két állórész tekercseléssel rendelkeznek, amelyekben az áramokat szögben kell eltolni, hogy π/2 forgó mágneses tér jöjjön létre.

Ha a tekercsekben lévő áramok egyenlőek, és fázisban 90 ° -kal eltolódnak, akkor egy ilyen motor működése semmilyen módon nem különbözik a háromfázisú működésétől. Az ilyen, két állórész tekercselésű motorokat azonban a legtöbb esetben egyfázisú hálózat táplálja, és a 90 ° -ot megközelítő elmozdulás mesterségesen jön létre, általában a kondenzátorok miatt.

Egyfázisú motor gyakorlatilag csak az állórész egyik tekercse inaktív, álló forgórésznél csak pulzáló mágneses tér jön létre a motorban és a nyomaték nulla. Való igaz, hogy ha egy ilyen gép forgórésze egy bizonyos fordulatszámra forog, akkor képes ellátni a motor funkcióit.

Ebben az esetben, bár csak pulzáló mező lesz, két szimmetrikus - előre és hátra - áll, amelyek egyenlőtlen nyomatékokat hoznak létre - egy nagyobb motor és kevesebb fékezés, ami a megnövekedett frekvenciájú rotoráramok miatt keletkezik (csúszás a fordított szinkron ellen). mező nagyobb, mint 1).

A fentiekhez képest az egyfázisú motorok egy második tekercssel vannak ellátva, amelyet indító tekercsként használnak. Ennek a tekercsnek az áramkörében kondenzátorok vannak az áram fáziseltolásának létrehozására, amelynek kapacitása meglehetősen nagy lehet (tíz mikrofarad 1 kW-nál kisebb motorteljesítménnyel).

A vezérlőrendszerek kétfázisú motorokat használnak, amelyeket néha végrehajtónak is neveznek... Két állórész-tekercset tartalmaznak, amelyek a térben 90°-kal el vannak tolva. Az egyik tekercs, az úgynevezett terepi tekercs, közvetlenül csatlakozik egy 50 vagy 400 Hz-es hálózathoz. A másodikat vezérlőtekercsként használják.

A forgó mágneses tér és a megfelelő nyomaték létrehozásához a vezérlőtekercsben lévő áramot 90 ° -hoz közeli szögben el kell tolni. A motor fordulatszámának szabályozása, amint az alább látható, a tekercsben lévő áram értékének vagy fázisának megváltoztatásával történik. Ennek ellenkezőjét a vezérlőtekercs áramának fázisának 180 ° -kal történő megváltoztatása biztosítja (a tekercs átkapcsolása).

A kétfázisú motorokat többféle változatban gyártják:

• mókusketreces rotorral,

• üreges, nem mágneses rotorral,

• üreges mágneses rotorral.

Lineáris motorok

A motor forgómozgásának átalakulása a munkagép szerveinek transzlációs mozgásává mindig összefügg bármilyen mechanikai egység használatának szükségességével: fogaslécek, csavarok stb.csak feltételesen — mozgó szervként).

Ebben az esetben azt mondják, hogy a motor be van kapcsolva. A lineáris motor állórész tekercsét ugyanúgy hajtják végre, mint a térfogati motort, de csak a hornyokba kell fektetni a csúszó rotor maximális lehetséges mozgásának teljes hosszában. A csúszó rotor általában rövidre van zárva, a mechanizmus munkateste csuklósan van vele csukva. Az állórész végein természetesen ütközőknek kell lenniük, amelyek megakadályozzák, hogy a rotor elhagyja a pálya működési határait.