Уређај и принцип рада асинхроних електромотора

Електрични аутомобилипретварање електричне енергије из наизменичне струје у механичку енергију називају се електромотори наизменичне струје.

У индустрији су најраспрострањенији асинхрони трофазни мотори. Хајде да погледамо уређај и принцип рада ових мотора.

Принцип рада индукционог мотора заснива се на употреби ротирајућег магнетног поља.

Да бисмо разумели рад таквог мотора, извршићемо следећи експеримент.

Јачаћемо се потковичасти магнет на осовини тако да се може окретати ручком. Између полова магнета постављамо бакарни цилиндар дуж осе, који може слободно да се окреће.

Слика 1. Најједноставнији модел за добијање обртног магнетног поља

Почнимо да окрећемо магнет за ручку у смеру казаљке на сату. Поље магнета ће такође почети да се ротира и, како се окреће, прелазиће бакарни цилиндар својим линијама силе. У цилиндру по закону електромагнетне индукције, ће имати вртложне струјекоји ће створити своје магнетно поље — поље цилиндра. Ово поље ће ступити у интеракцију са магнетним пољем трајног магнета, узрокујући да се цилиндар ротира у истом смеру као и магнет.

Утврђено је да је брзина ротације цилиндра нешто мања од брзине ротације магнетног поља.

У ствари, ако се цилиндар ротира истом брзином као и магнетно поље, тада линије магнетног поља не прелазе преко њега и стога у њему не настају вртложне струје које узрокују ротацију цилиндра.

Брзина ротације магнетног поља обично се назива синхрона, јер је једнака брзини ротације магнета, а брзина ротације цилиндра је асинхрона (асинхрона). Стога се сам мотор назива индукционим мотором... Брзина ротације цилиндра (ротора) се разликује од синхрона брзина ротације магнетног поља са малом количином клизања.

Означава брзину ротације ротора кроз н1 и брзину ротације поља кроз н можемо израчунати проценат клизања по формули:

с = (н — н1) / н.

У претходном експерименту добили смо ротирајуће магнетно поље и ротацију цилиндра изазвану њиме услед ротације сталног магнета, дакле такав уређај још увек није електромотор... електрична енергија створити ротирајуће магнетно поље и користити га за окретање ротора. Овај проблем је у своје време сјајно решио М. О. Доливо-Доброволски. Предложио је да се за ову сврху користи трофазна струја.

Уређај асинхроног електромотора М. О. Доливо-Доброволски

Слика 2. Шема асинхроног електромотора Доливо-Доброволског

На половима прстенастог гвозденог језгра, званог статор мотора, постављена су три намотаја, мреже трофазне струје 0 које се налазе једна у односу на другу под углом од 120 °.

Унутар језгра, метални цилиндар, такозвани ротор електромотора.

Ако су калемови међусобно повезани као што је приказано на слици и повезани на трофазну струјну мрежу, онда ће се укупан магнетни флукс који стварају три пола испоставити да се ротира.

На слици 3 приказан је график промена струја у намотајима мотора и процеса појаве ротирајућег магнетног поља.

Погледајмо овај процес детаљније.

Слика 3. Добијање обртног магнетног поља

На позицији «А» графикона струја у првој фази је нула, у другој фази је негативна, ау трећој позитивна. Струја тече кроз полне намотаје у смеру означеном стрелицама на слици.

Одредивши, према правилу десне стране, правац магнетног флукса који ствара струја, обезбедићемо да се јужни пол (С) створи на крају унутрашњег пола (окренутом према ротору) трећег намотаја и северни пол (Ц ) ће се створити на полу другог намотаја. Укупни магнетни флукс биће усмерен од пола другог калема кроз ротор до пола трећег калема.

На позицији «Б» графикона струја у другој фази је нула, у првој фази је позитивна, ау трећој негативна. Струја која тече кроз намотаје полова ствара јужни пол (С) на крају првог намотаја и северни пол (Ц) на крају трећег намотаја. Укупни магнетни флукс ће сада бити усмерен од трећег пола кроз ротор до првог пола, односно полови ће се померити за 120°.

На позицији «Б» графикона струја у трећој фази је нула, у другој фази је позитивна, ау првој фази негативна.Сада ће струја која тече кроз први и други калем створити северни пол (Ц) на крају првог намотаја, а јужни пол (С) на крају другог намотаја, тј. , поларитет укупног магнетног поља ће се померити за још 120 °. На позицији «Г» на графикону, магнетно поље ће се померити за још 120 °.

Дакле, укупан магнетни флукс ће променити свој правац са променом смера струје у намотајима (половима) статора.

У овом случају, за један период промене струје у калемовима, магнетни флукс ће направити потпуну револуцију. Ротирајући магнетни флукс ће са собом повући цилиндар и тако ћемо добити асинхрони електромотор.

Подсетимо се да су на слици 3 намотаји статора спојени звездасто, али се ротирајуће магнетно поље формира када су спојени троугао.

Ако променимо намотаје друге и треће фазе, магнетни флукс ће променити смер ротације.

Исти резултат се може постићи без промене намотаја статора, већ усмеравања струје друге фазе мреже у трећу фазу статора, а треће фазе мреже у другу фазу статора.

Због тога можете променити смер ротације магнетног поља пребацивањем две фазе.

Разматрали смо уређај са асинхроним мотором са три намотаја статора... У овом случају, обртно магнетно поље је биполарно, а број обртаја у секунди једнак је броју периода промене струје у једној секунди.

Ако се на статор постави шест намотаја по обиму, онда је четворополно ротационо магнетно поље... Са девет намотаја поље ће бити шестополно.

При фреквенцији трофазне струје која је једнака 50 периода у секунди или 3000 у минути, број обртаја н обртног поља у минути биће:

са биполарним статором н = (50 НС 60) / 1 = 3000 о/мин,

са четворополним статором н = (50 НС 60) / 2 = 1500 обртаја,

са шестополним статором н = (50 НС 60) / 3 = 1000 обртаја,

са бројем парова полова статора једнаким п: н = (ф НС 60) / п,

Дакле, утврдили смо брзину ротације магнетног поља и његову зависност од броја намотаја статора мотора.

Као што знамо, ротор мотора ће мало заостајати у својој ротацији.

Међутим, заостајање ротора је веома мало. На пример, када мотор ради у празном ходу, разлика у брзини је само 3%, а под оптерећењем 5-7%. Због тога се брзина индукционог мотора мења у веома малим границама када се промени оптерећење, што је једна од његових предности.

Размотрите сада уређај асинхроних електромотора

Растављени асинхрони електромотор: а) статор; б) кавезни ротор; в) ротор у фази извођења (1 — оквир; 2 — језгро од штанцаних челичних лимова; 3 — намотај; 4 — осовина; 5 — клизни прстенови)

Статор савременог асинхроног електромотора има неизражене полове, односно унутрашња површина статора је потпуно глатка.

Да би се смањили губици вртложних струја, језгро статора је формирано од танких штанцаних челичних лимова. Састављено језгро статора је фиксирано у челичном кућишту.

У прорезе статора положен је намотај бакарне жице.Фазни намотаји статора електромотора повезани су „звездом“ или „троугао“, за шта су сви почеци и крајеви намотаја доведени у тело - на посебан изолациони штит. Такав статорски уређај је веома згодан, јер вам омогућава да укључите његове намотаје на различите стандардне напоне.

Ротор индукционог мотора, попут статора, састављен је од штанцаних челичних лимова. У жљебове ротора положен је калем.

У зависности од дизајна ротора, асинхрони електромотори се деле на моторе са кавезним ротором и моторе са фазним ротором.

Намотај ротора са веверичним кавезом је направљен од бакарних шипки уметнутих у прорезе ротора. Крајеви шипки су повезани бакарним прстеном. Ово се зове котрљање кавеза веверице. Имајте на уму да бакарне шипке у каналима нису изоловане.

У неким моторима, "кавез веверице" је замењен ливеним ротором.

Асинхрони роторски мотор (са клизним прстеновима) се углавном користи у електромоторима велике снаге иу овим случајевима; када је потребно да електромотор при стартовању створи велику силу. Ово се постиже чињеницом да су намотаји фазног мотора повезани стартни реостат.

Индукциони мотори са кавезним кавезом се пуштају у рад на два начина:

1) Директно повезивање трофазног мрежног напона на статор мотора. Овај метод је најједноставнији и најпопуларнији.

2) Смањење напона примењеног на намотаје статора. Напон се смањује, на пример, пребацивањем намотаја статора са звезде на трокут.

Мотор се покреће када су намотаји статора спојени у "звезду", а када ротор достигне нормалну брзину, намотаји статора се пребацују на "трокут" везу.

Струја у напојним жицама код овог начина покретања мотора смањена је за 3 пута у поређењу са струјом која би настала при покретању мотора директним прикључењем на мрежу са намотајима статора спојеним „делта“.Међутим, овај метод је прикладан само ако је статор дизајниран за нормалан рад када су његови намотаји повезани у трокут.

Најједноставнији, најјефтинији и најпоузданији је асинхрони кавезни мотор, али овај мотор има неке недостатке — мали напор при покретању и велику стартну струју. Ови недостаци су у великој мери елиминисани употребом фазног ротора, али употреба таквог ротора у великој мери повећава цену мотора и захтева покретање реостата.

Врсте асинхроних мотора

Главни тип асинхроне машине је трофазни асинхрони мотор... Има три намотаја статора који се налазе на 120 ° један од другог. Намотаји су повезани звезда или трокут и напајају се трофазном наизменичном струјом.

Мотори мале снаге се у већини случајева реализују као двофазни... За разлику од трофазних мотора, они имају два намотаја статора, струје у којима се морају померити под углом да би се створило ротационо магнетно поље π/2.

Ако су струје у намотајима једнаке по величини и померене у фази за 90 °, онда се рад таквог мотора неће ни на који начин разликовати од рада трофазног. Међутим, такви мотори са два намотаја статора се у већини случајева напајају једнофазном мрежом и вештачки се ствара померај који се приближава 90 °, обично због кондензатора.

Монофазни мотор само један намотај статора је практично неактиван.Када ротор мирује, у мотору се ствара само пулсирајуће магнетно поље и обртни момент је нула. Истина је да ако се ротор такве машине ротира до одређене брзине, онда може да обавља функције мотора.

У овом случају, иако ће постојати само пулсирајуће поље, оно се састоји од два симетрична - напред и назад, који стварају неједнаке обртне моменте - већи мотор и мање кочење, насталих услед струја ротора повећане фреквенције (клизања против обрнутог синхроног поље је веће од 1).

У односу на наведено, монофазни мотори се испоручују са другим намотајем који се користи као стартни намотај. Кондензатори су укључени у коло овог намотаја за стварање фазног померања струје, чији капацитет може бити прилично велик (десетине микрофарада са снагом мотора мањом од 1 кВ).

Управљачки системи користе двофазне моторе, који се понекад називају и извршни... Имају два намотаја статора помакнута у простору за 90°. Један од намотаја, који се назива намотај поља, директно је повезан на мрежу од 50 или 400 Хз. Други се користи као контролни калем.

Да би се створило ротирајуће магнетно поље и одговарајући обртни момент, струја у контролној завојници мора бити померена за угао близу 90 °. Регулација брзине мотора, као што ће бити приказано у наставку, врши се променом вредности или фазе струје у овом калему. Супротно је обезбеђено променом фазе струје у контролном калему за 180 ° (преклапање завојнице).

Двофазни мотори се производе у неколико верзија:

• са кавезним ротором,

• са шупљим немагнетним ротором,

• са шупљим магнетним ротором.

Линеарни мотори

Трансформација ротационог кретања мотора у транслационо кретање органа радне машине увек је повезана са потребом употребе било којих механичких јединица: зупчаника, завртња итд.само условно — као покретни орган).

У овом случају се каже да је мотор распоређен. Намотај статора линеарног мотора се изводи на исти начин као и за волуметријски мотор, али га треба положити само у жљебове дуж целе дужине максималног могућег кретања клизног ротора. Ротор клизача је обично кратко спојен, са њим је зглобно радно тело механизма. Наравно, на крајевима статора морају постојати граничници који спречавају да ротор напусти радне границе путање.