Asinchroninių elektros variklių įtaisas ir veikimo principas

Elektromobiliaielektros energijos pavertimas iš kintamosios srovės į mechaninę energiją vadinami kintamosios srovės elektros varikliais.

Pramonėje asinchroniniai trifaziai varikliai yra labiausiai paplitę. Pažvelkime į įrenginį ir šių variklių veikimo principą.

Indukcinio variklio veikimo principas pagrįstas besisukančio magnetinio lauko naudojimu.

Norėdami suprasti tokio variklio veikimą, atliksime tokį eksperimentą.

Mes sustiprinsime pasagos magnetas ant ašies, kad ją būtų galima pasukti už rankenos. Tarp magneto polių išilgai ašies dedame varinį cilindrą, kuris gali laisvai suktis.

1 pav. Paprasčiausias besisukančio magnetinio lauko gavimo modelis

Pradėkime sukti rankenos magnetą pagal laikrodžio rodyklę. Magneto laukas taip pat pradės suktis ir, sukdamasis, savo jėgos linijomis kirs varinį cilindrą. Cilindre pagal elektromagnetinės indukcijos dėsnį, turėsiu sūkurinės srovėskurie sukurs savo magnetinis laukas - cilindro laukas. Šis laukas sąveikaus su nuolatinio magneto magnetiniu lauku, todėl cilindras sukasi ta pačia kryptimi kaip ir magnetas.

Nustatyta, kad cilindro sukimosi greitis yra šiek tiek mažesnis už magnetinio lauko sukimosi greitį.

Tiesą sakant, jei cilindras sukasi tokiu pat greičiu kaip ir magnetinis laukas, tai magnetinio lauko linijos jo nekerta, todėl jame nekyla sūkurinės srovės, dėl kurių cilindras sukasi.

Magnetinio lauko sukimosi greitis paprastai vadinamas sinchroniniu, nes jis lygus magneto sukimosi greičiui, o cilindro sukimosi greitis yra asinchroninis (asinchroninis). Todėl ir pats variklis vadinamas indukciniu... Cilindro (rotoriaus) sukimosi greitis skiriasi nuo sinchroninis magnetinio lauko sukimosi greitis su nedideliu slydimu.

Žymi rotoriaus sukimosi greitį per n1 ir lauko sukimosi greitį per n, procentinį slydimą galime apskaičiuoti pagal formulę:

s = (n — n1) / n.

Minėtame eksperimente gavome besisukantį magnetinį lauką ir jo sukeltą cilindro sukimąsi dėl nuolatinio magneto sukimosi, todėl toks įrenginys dar nėra elektros variklis... elektros sukurti besisukantį magnetinį lauką ir jį naudoti sukdami rotorių. Šią problemą savo laiku puikiai išsprendė M. O. Dolivo-Dobrovolskis. Jis pasiūlė šiam tikslui naudoti trifazę srovę.

Asinchroninio elektros variklio įtaisas M. O. Dolivo-Dobrovolski

2 pav. Dolivo-Dobrovolsky asinchroninio elektros variklio schema

Ant žiedo formos geležinės šerdies, vadinamos variklio statoriumi, polių dedamos trys apvijos, trifaziai srovės tinklai 0, išdėstyti vienas kito atžvilgiu 120 ° kampu.

Šerdies viduje metalinis cilindras, vadinamasis elektros variklio rotorius.

Jei ritės yra sujungtos, kaip parodyta paveikslėlyje, ir prijungtos prie trifazio srovės tinklo, bendras trijų polių sukurtas magnetinis srautas pasirodys besisukantis.

3 paveiksle parodytas variklio apvijų srovių pokyčių grafikas ir besisukančio magnetinio lauko atsiradimo procesas.

Pažvelkime į šį procesą išsamiau.

3 pav. Besisukančio magnetinio lauko gavimas

Grafiko „A“ padėtyje srovė pirmoje fazėje yra lygi nuliui, antroje fazėje ji yra neigiama, o trečioje - teigiama. Srovė teka per polių ritinius paveikslėlyje rodyklėmis nurodyta kryptimi.

Pagal dešinės rankos taisyklę nustatę srovės sukuriamo magnetinio srauto kryptį, užtikrinsime, kad trečiosios apvijos vidiniame poliaus gale (atsuktame į rotorių) bus sukurtas pietinis polius (S). šiaurės ašigalis (C ) bus sukurtas antrosios ritės ašigalyje. Visas magnetinis srautas bus nukreiptas nuo antrosios ritės poliaus per rotorių iki trečiosios ritės poliaus.

Grafiko padėtyje «B» srovė antroje fazėje lygi nuliui, pirmoje fazėje teigiama, o trečioje neigiama. Srovė, tekanti per polių apvijas, pirmosios apvijos gale sukuria pietinį polių (S), o trečiosios apvijos gale – šiaurinį polių (C). Visas magnetinis srautas dabar bus nukreiptas iš trečiojo poliaus per rotorių į pirmąjį polių, tai yra, poliai pasislinks 120 °.

Grafiko padėtyje «B» srovė trečioje fazėje lygi nuliui, antroje fazėje teigiama, o pirmoje fazėje neigiama.Dabar srovė, tekanti per pirmą ir antrą ritę, pirmosios ritės poliaus gale sukurs šiaurinį polių (C), o antrosios ritės poliaus gale – pietinį polių (S), t.y. , viso magnetinio lauko poliškumas pasislinks dar 120°. Grafiko padėtyje „G“ magnetinis laukas pasislinks dar 120 °.

Taigi bendras magnetinis srautas pakeis savo kryptį, pasikeitus srovės krypčiai statoriaus apvijose (poliuose).

Tokiu atveju vienam srovės pasikeitimo ritėse laikotarpiu magnetinis srautas padarys visišką apsisukimą. Besisukantis magnetinis srautas temps cilindrą su savimi ir taip gausime asinchroninį elektros variklį.

Prisiminkite, kad 3 paveiksle statoriaus apvijos yra sujungtos žvaigždute, tačiau jas sujungus trikampiu susidaro besisukantis magnetinis laukas.

Jei perjungsime antrosios ir trečiosios fazės apvijas, magnetinis srautas pakeis sukimosi kryptį.

Tą patį rezultatą galima pasiekti nekeičiant statoriaus apvijų, o nukreipiant tinklo antrosios fazės srovę į trečią statoriaus fazę, o trečiosios tinklo fazės – į antrąją statoriaus fazę.

Todėl galite pakeisti magnetinio lauko sukimosi kryptį perjungdami dvi fazes.

Svarstėme įrenginį su indukciniu varikliu su trimis statoriaus apvijomis... Šiuo atveju besisukantis magnetinis laukas yra dvipolis, o apsisukimų skaičius per sekundę lygus srovės kitimo periodų skaičiui per vieną sekundę.

Jei ant statoriaus aplink perimetrą dedamos šešios ritės, tai keturių polių besisukantis magnetinis laukas... Su devyniomis ritėmis laukas bus šešių polių.

Esant trijų fazių srovės dažniui, lygiam 50 periodų per sekundę arba 3000 per minutę, besisukančio lauko apsisukimų skaičius n per minutę bus:

su dvipoliu statoriumi n = (50 NS 60) / 1 = 3000 aps./min.,

su keturių polių statoriumi n = (50 NS 60) / 2 = 1500 apsisukimų,

su šešių polių statoriumi n = (50 NS 60) / 3 = 1000 apsisukimų,

kai statoriaus polių porų skaičius lygus p: n = (f NS 60) / p,

Taigi nustatėme magnetinio lauko sukimosi greitį ir jo priklausomybę nuo variklio statoriaus apvijų skaičiaus.

Kaip žinome, variklio rotorius šiek tiek atsiliks sukdamasis.

Tačiau rotoriaus atsilikimas yra labai mažas. Pavyzdžiui, varikliui dirbant tuščiąja eiga, sūkių skirtumas yra tik 3%, o esant apkrovai - 5-7%. Todėl kintant apkrovai asinchroninio variklio greitis kinta labai mažose ribose, o tai yra vienas iš jo privalumų.

Dabar apsvarstykite asinchroninių elektros variklių įrenginį

Išardytas asinchroninis elektros variklis: a) statorius; b) voverės narvelio rotorius; c) rotorius vykdymo fazėje (1 – rėmas; 2 – šerdis iš štampuoto plieno lakštų; 3 – apvija; 4 – velenas; 5 – slankiojantys žiedai)

Šiuolaikinio asinchroninio elektros variklio statorius turi neryškius polius, tai yra, vidinis statoriaus paviršius yra visiškai lygus.

Siekiant sumažinti sūkurinių srovių nuostolius, statoriaus šerdis formuojama iš plonų štampuotų plieno lakštų. Surinkta statoriaus šerdis pritvirtinta plieniniame korpuse.

Į statoriaus plyšius nutiesta varinės vielos ritė.Elektros variklio statoriaus fazinės apvijos sujungiamos «žvaigžde» arba «trikampiu», kuriai visos apvijų pradžios ir galai atvedami į korpusas - prie specialaus izoliacinio skydo. Toks statoriaus įtaisas yra labai patogus, nes leidžia įjungti jo apvijas skirtingoms standartinėms įtampoms.

Asinchroninio variklio rotorius, kaip ir statorius, yra surenkamas iš štampuotų plieno lakštų. Rotoriaus grioveliuose klojama ritė.

Priklausomai nuo rotoriaus konstrukcijos, asinchroniniai elektros varikliai skirstomi į voverės narvelio rotoriaus ir fazinio rotoriaus variklius.

Voverės narvelio rotoriaus apvija pagaminta iš varinių strypų, įkištų į rotoriaus angas. Strypų galai sujungti variniu žiedu. Tai vadinama voverės narvelio ridenimu. Atkreipkite dėmesį, kad variniai strypai kanaluose nėra izoliuoti.

Kai kuriuose varikliuose „voverės narvelis“ pakeičiamas liejamu rotoriumi.

Asinchroninis rotoriaus variklis (su slydimo žiedais) paprastai naudojamas didelės galios elektros varikliuose ir šiais atvejais; kai reikia, kad elektros variklis paleidžiant sukurtų didelę jėgą. Tai pasiekiama tuo, kad fazinio variklio apvijos yra sujungtos paleidimo reostatas.

Voverės narvelio indukciniai varikliai paleidžiami dviem būdais:

1) Tiesioginis trifazio tinklo įtampos prijungimas prie variklio statoriaus. Šis metodas yra pats paprasčiausias ir populiariausias.

2) Sumažinti statoriaus apvijų įtampą. Įtampa sumažinama, pavyzdžiui, perjungiant statoriaus apvijas iš žvaigždės į trikampį.

Variklis paleidžiamas, kai statoriaus apvijos sujungiamos „žvaigžde“, o kai rotorius pasiekia normalų greitį, statoriaus apvijos perjungiamos į „trikampį“.

Srovė maitinimo laiduose šiuo variklio užvedimo būdu sumažinama 3 kartus, palyginti su srove, kuri atsirastų užvedus variklį tiesiogiai prijungus prie tinklo su statoriaus apvijomis, sujungtomis „trikampiu“.Tačiau šis metodas tinka tik tuo atveju, jei statorius yra skirtas normaliam darbui, kai jo apvijos yra sujungtos trikampiu.

Paprasčiausias, pigiausias ir patikimiausias yra asinchroninis variklis su voveraite, tačiau šis variklis turi tam tikrų trūkumų – mažos užvedimo pastangos ir didelė paleidimo srovė. Šie trūkumai iš esmės pašalinami naudojant fazinį rotorių, tačiau tokio rotoriaus naudojimas labai padidina variklio kainą ir reikalauja reostato paleidimo.

Asinchroninių variklių tipai

Pagrindinis asinchroninės mašinos tipas yra trifazis asinchroninis variklis... Jame yra trys statoriaus apvijos, išdėstytos 120 ° kampu viena nuo kitos. Ritės yra sujungtos su žvaigždute arba trikampiu ir maitinamos trifaze kintama srove.

Mažos galios varikliai dažniausiai realizuojami kaip dvifaziai... Skirtingai nei trifaziai, jie turi dvi statoriaus apvijas, kurių srovės turi būti paslinktos kampu, kad susidarytų besisukantis magnetinis laukas π/2.

Jei srovės apvijose yra vienodos ir fazėje pasislenka 90 °, tada tokio variklio veikimas niekuo nesiskirs nuo trifazio veikimo. Tačiau tokie varikliai su dviem statoriaus apvijomis dažniausiai maitinami vienfaziu tinklu, o poslinkis, artėjantis prie 90 °, sukuriamas dirbtinai, dažniausiai dėl kondensatorių.

Vienfazis variklis praktiškai neveikia tik viena statoriaus apvija.Rotoriui stovint, variklyje susidaro tik pulsuojantis magnetinis laukas ir sukimo momentas lygus nuliui. Tiesa, jei tokios mašinos rotorius sukasi iki tam tikro greičio, tuomet jis gali atlikti variklio funkcijas.

Šiuo atveju, nors ir bus tik pulsuojantis laukas, jis susideda iš dviejų simetriškų – pirmyn ir atgal, kurie sukuria nevienodus sukimo momentus – didesnis variklis ir mažesnis stabdymas, atsirandantis dėl padidinto dažnio rotoriaus srovių (slydimo prieš atbulinį sinchroninį). laukas yra didesnis nei 1).

Atsižvelgiant į tai, kas išdėstyta aukščiau, vienfaziai varikliai tiekiami su antrąja apvija, kuri naudojama kaip paleidimo apvija. Kondensatoriai yra įtraukti į šios ritės grandinę, kad būtų sukurtas srovės fazinis poslinkis, kurio talpa gali būti gana didelė (dešimtys mikrofaradų, kurių variklio galia mažesnė nei 1 kW).

Valdymo sistemose naudojami dvifaziai varikliai, kartais vadinami vykdomaisiais... Juose yra dvi statoriaus apvijos, erdvėje paslinktos 90°. Viena iš apvijų, vadinama lauko apvija, yra tiesiogiai prijungta prie 50 arba 400 Hz tinklo. Antrasis naudojamas kaip valdymo ritė.

Norint sukurti besisukantį magnetinį lauką ir atitinkamą sukimo momentą, valdymo ritėje esanti srovė turi būti išstumta kampu, artimu 90 °. Variklio greičio reguliavimas, kaip parodyta toliau, atliekamas keičiant šios ritės srovės vertę arba fazę. Priešingai pasiekiama pakeitus srovės fazę valdymo ritėje 180 ° (ritės perjungimas).

Dviejų fazių varikliai gaminami keliomis versijomis:

• su voverės narvelio rotoriumi,

• su tuščiaviduriu nemagnetiniu rotoriumi,

• su tuščiaviduriu magnetiniu rotoriumi.

Tiesiniai varikliai

Variklio sukimosi judesio pavertimas darbinių mašinų organų transliaciniu judėjimu visada yra susijęs su būtinybe naudoti bet kokius mechaninius mazgus: pavarų dėžes, varžtą ir kt.tik sąlyginai — kaip judantis organas).

Šiuo atveju sakoma, kad variklis yra išjungtas. Linijinio variklio statoriaus apvija atliekama taip pat, kaip ir tūrinio variklio, tačiau ji turėtų būti klojama tik grioveliuose per visą maksimalaus galimo slankiojo rotoriaus judėjimo ilgį. Slankiklio rotorius dažniausiai yra trumpai jungiamas, su juo šarnyrinis mechanizmo darbinis korpusas. Žinoma, statoriaus galuose turi būti sustojimai, kad rotorius neišeitų iš trajektorijos darbinių ribų.