Dispozitivul și principiul de funcționare a motoarelor electrice asincrone

Mașini electriceconversia energiei electrice din curent alternativ în energie mecanică se numesc motoare electrice cu curent alternativ.

În industrie, motoarele trifazate asincrone sunt cele mai răspândite. Să ne uităm la dispozitiv și la principiul de funcționare al acestor motoare.

Principiul de funcționare al motorului cu inducție se bazează pe utilizarea unui câmp magnetic rotativ.

Pentru a înțelege funcționarea unui astfel de motor, vom efectua următorul experiment.

Ne vom întări magnet potcoavă pe axă astfel încât să poată fi rotită de mâner. Între polii magnetului plasăm un cilindru de cupru de-a lungul axei, care se poate roti liber.

Figura 1. Cel mai simplu model pentru obținerea unui câmp magnetic rotativ

Să începem să rotim magnetul mânerului în sensul acelor de ceasornic. Câmpul magnetului va începe și el să se rotească și, pe măsură ce se rotește, va traversa cilindrul de cupru cu liniile sale de forță. Într-un cilindru conform legii inducției electromagnetice, vom avea curenți turbionaricare își vor crea propriile lor camp magnetic — câmpul cilindrului. Acest câmp va interacționa cu câmpul magnetic al magnetului permanent, determinând cilindrul să se rotească în aceeași direcție cu magnetul.

S-a constatat că viteza de rotație a cilindrului este puțin mai mică decât viteza de rotație a câmpului magnetic.

De fapt, dacă cilindrul se rotește cu aceeași viteză cu câmpul magnetic, atunci liniile câmpului magnetic nu îl traversează și, prin urmare, nu apar curenți turbionari în el, determinând cilindrul să se rotească.

Viteza de rotație a câmpului magnetic este de obicei numită sincronă, deoarece este egală cu viteza de rotație a magnetului, iar viteza de rotație a cilindrului este asincronă (asincronă). Prin urmare, motorul în sine se numește motor cu inducție... Viteza de rotație a cilindrului (rotorului) diferă de viteza sincronă de rotație a câmpului magnetic cu o cantitate mică de alunecare.

Indică viteza de rotație a rotorului prin n1 și viteza de rotație a câmpului prin n putem calcula alunecarea procentuală prin formula:

s = (n — n1) / n.

În experimentul de mai sus am obținut un câmp magnetic rotativ și rotația cilindrului cauzată de acesta din cauza rotației unui magnet permanent, prin urmare un astfel de dispozitiv nu este încă un motor electric... Ar trebui făcut electricitate creați un câmp magnetic rotativ și utilizați-l pentru a întoarce rotorul. Această problemă a fost rezolvată cu brio pe vremea lui de M. O. Dolivo-Dobrovolski. El a propus folosirea curentului trifazat în acest scop.

Dispozitivul unui motor electric asincron M. O. Dolivo-Dobrovolski

Figura 2. Diagrama motorului electric asincron Dolivo-Dobrovolsky

Pe polii unui miez de fier în formă de inel, numit stator de motor, sunt plasate trei înfășurări, rețele de curent trifazat 0 situate una față de alta la un unghi de 120 °.

În interiorul miezului, un cilindru metalic, așa-numitul rotor al motorului electric.

Dacă bobinele sunt interconectate așa cum se arată în figură și conectate la o rețea de curent trifazat, atunci fluxul magnetic total creat de cei trei poli se va dovedi a fi în rotație.

Figura 3 prezintă graficul modificărilor curenților din înfășurările motorului și procesul de apariție a unui câmp magnetic rotativ.

Să ne uităm la acest proces mai detaliat.

Figura 3. Obținerea unui câmp magnetic rotativ

În poziția «A» a graficului, curentul în prima fază este zero, în a doua fază este negativ, iar în a treia este pozitiv. Curentul circulă prin bobinele polilor în direcția indicată de săgețile din figură.

După ce am determinat, conform regulii din dreapta, direcția fluxului magnetic creat de curent, ne vom asigura că polul sud (S) va fi creat la capătul polului interior (cu fața spre rotor) al celei de-a treia înfășurări și polul nord (C ) va fi creat la polul celei de-a doua bobine. Fluxul magnetic total va fi direcționat de la polul celei de-a doua bobine prin rotor către polul celei de-a treia bobine.

În poziția «B» a graficului, curentul în a doua fază este zero, în prima fază este pozitiv, iar în a treia este negativ. Curentul care curge prin înfășurările polului creează un pol sud (S) la capătul primei înfășurări și un pol nord (C) la sfârșitul celei de-a treia înfășurări. Fluxul magnetic total va fi direcționat acum de la al treilea pol prin rotor către primul pol, adică polii se vor mișca cu 120 °.

În poziția «B» a graficului, curentul în a treia fază este zero, în a doua fază este pozitiv, iar în prima fază este negativ.Acum, curentul care curge prin prima și a doua bobină va crea un pol nord (C) la capătul polului primei bobine și un pol sud (S) la capătul polului celei de-a doua bobine, adică. , polaritatea câmpului magnetic total se va schimba cu încă 120 °. În poziția «G» pe grafic, câmpul magnetic se va deplasa cu încă 120 °.

Astfel, fluxul magnetic total își va schimba direcția cu o schimbare a direcției curentului în înfășurările (polii) statorului.

În acest caz, pentru o perioadă de schimbare a curentului în bobine, fluxul magnetic va face o revoluție completă. Fluxul magnetic rotativ va trage cilindrul cu el si astfel vom obtine un motor electric asincron.

Amintiți-vă că în Figura 3 înfășurările statorului sunt conectate în stea, dar se formează un câmp magnetic rotativ atunci când sunt conectate în delta.

Dacă comutăm înfășurările fazei a doua și a treia, fluxul magnetic își va inversa direcția de rotație.

Același rezultat poate fi obținut fără schimbarea înfășurărilor statorului, ci direcționând curentul celei de-a doua faze a rețelei în a treia fază a statorului și a treia fază a rețelei în a doua fază a statorului.

Prin urmare, puteți schimba direcția de rotație a câmpului magnetic prin comutarea a două faze.

Am considerat un dispozitiv cu motor de inducție cu trei înfășurări statorice... În acest caz, câmpul magnetic rotativ este bipolar, iar numărul de rotații pe secundă este egal cu numărul de perioade de schimbare a curentului într-o secundă.

Dacă șase bobine sunt plasate pe stator în jurul circumferinței, atunci un câmp magnetic rotativ cu patru poli... Cu nouă bobine, câmpul va fi cu șase poli.

La o frecvență a curentului trifazat egală cu 50 de perioade pe secundă sau 3000 pe minut, numărul de rotații n ale câmpului rotativ pe minut va fi:

cu stator bipolar n = (50 NS 60) / 1 = 3000 rpm,

cu un stator cu patru poli n = (50 NS 60) / 2 = 1500 de rotații,

cu un stator cu șase poli n = (50 NS 60) / 3 = 1000 de spire,

cu numărul de perechi de poli statori egal cu p: n = (f NS 60) / p,

Deci, am stabilit viteza de rotație a câmpului magnetic și dependența acestuia de numărul de înfășurări ale statorului motorului.

După cum știm, rotorul motorului va întârzia puțin în rotație.

Cu toate acestea, decalajul rotorului este foarte mic. De exemplu, când motorul este la ralanti, diferența de turație este de numai 3% și sub sarcină 5-7%. Prin urmare, viteza motorului cu inducție se modifică în limite foarte mici atunci când sarcina se modifică, ceea ce este unul dintre avantajele sale.

Luați în considerare acum dispozitivul motoarelor electrice asincrone

Motor electric asincron dezasamblat: a) stator; b) rotor cu colivie; c) rotor în faza de execuție (1 — cadru; 2 — miez din table de oțel ștanțate; 3 — bobinaj; 4 — arbore; 5 — inele de culisare)

Statorul unui motor electric asincron modern are poli nepronunțați, adică suprafața interioară a statorului este complet netedă.

Pentru a reduce pierderile de curenți turbionari, miezul statorului este format din foi de oțel ștanțate subțiri. Miezul statorului asamblat este fixat într-o carcasă de oțel.

O bobină de sârmă de cupru este așezată în fantele statorului. Înfășurările de fază ale statorului motorului electric sunt conectate printr-o „stea” sau „delta”, pentru care toate începuturile și capetele înfășurărilor sunt aduse la corp - la un scut special izolator. Un astfel de dispozitiv stator este foarte convenabil, deoarece vă permite să-și porniți înfășurările la tensiuni standard diferite.

Un rotor de motor cu inducție, ca un stator, este asamblat din foi de oțel ștanțate. O bobină este așezată în canelurile rotorului.

În funcție de designul rotorului, motoarele electrice asincrone sunt împărțite în motoare cu rotor cu colivie și rotor de fază.

Înfășurarea rotorului cușcă veveriță este realizată din tije de cupru introduse în fantele rotorului. Capetele tijelor sunt conectate cu un inel de cupru. Aceasta se numește rularea cuștii veverițelor. Rețineți că barele de cupru din canale nu sunt izolate.

La unele motoare, „cușca de veveriță” este înlocuită cu un rotor turnat.

Motor cu rotor asincron (cu inele colectoare) se foloseste in general la motoarele electrice de mare putere si in aceste cazuri; când este necesar ca motorul electric să creeze o forță mare la pornire. Acest lucru se realizează prin faptul că înfășurările motorului de fază sunt conectate pornirea reostatului.

Motoarele cu inducție în cușcă veveriță sunt puse în funcțiune în două moduri:

1) Conectarea directă a tensiunii de rețea trifazate la statorul motorului. Această metodă este cea mai simplă și cea mai populară.

2) Reducerea tensiunii aplicate înfășurărilor statorului. Tensiunea este redusă, de exemplu, prin comutarea înfășurărilor statorului de la stea la triunghi.

Motorul este pornit atunci când înfășurările statorului sunt conectate în „stea”, iar când rotorul atinge viteza normală, înfășurările statorului sunt comutate în conexiune „delta”.

Curentul din firele de alimentare în această metodă de pornire a motorului este redus de 3 ori față de curentul care ar apărea la pornirea motorului prin conexiune directă la rețea cu înfășurări statorice legate prin «delta».Cu toate acestea, această metodă este potrivită numai dacă statorul este proiectat pentru funcționare normală când înfășurările sale sunt conectate în triunghi.

Cel mai simplu, mai ieftin și mai fiabil este un motor asincron cu colivie, dar acest motor are câteva dezavantaje - efort redus de pornire și curent mare de pornire. Aceste dezavantaje sunt în mare măsură eliminate prin utilizarea unui rotor de fază, dar utilizarea unui astfel de rotor crește foarte mult costul motorului și necesită pornirea reostatului.

Tipuri de motoare asincrone

Principalul tip de mașină asincronă este un motor asincron trifazat... Are trei înfășurări statorice situate la 120 ° una de cealaltă. Bobinele sunt conectate în stea sau triunghi și alimentate cu curent alternativ trifazat.

Motoarele de putere redusă sunt în cele mai multe cazuri implementate ca bifazate... Spre deosebire de motoarele trifazate, acestea au două înfășurări statorice, curenții în care trebuie să fie compensați în unghi pentru a crea un câmp magnetic rotativ π/2.

Dacă curenții din înfășurări sunt egale ca mărime și sunt deplasați în fază cu 90 °, atunci funcționarea unui astfel de motor nu va diferi în niciun fel de funcționarea unui trifazat. Cu toate acestea, astfel de motoare cu două înfășurări statorice sunt alimentate în majoritatea cazurilor de o rețea monofazată și o deplasare care se apropie de 90 ° este creată artificial, de obicei datorită condensatoarelor.

Motorul monofazat doar o înfășurare a statorului este practic inactivă Când rotorul este staționar, în motor se creează doar un câmp magnetic pulsatoriu, iar cuplul este zero. Este adevărat că, dacă rotorul unei astfel de mașini se rotește la o anumită viteză, atunci poate îndeplini funcțiile unui motor.

În acest caz, deși va exista doar un câmp pulsatoriu, acesta este alcătuit din două simetrice - înainte și înapoi, care creează cupluri inegale - un motor mai mare și o frânare mai mică, care apar din cauza curenților de frecvență crescută a rotorului (alunecare împotriva sincronului invers. câmpul este mai mare decât 1).

În raport cu cele de mai sus, motoarele monofazate sunt furnizate cu o a doua înfășurare care este utilizată ca înfășurare de pornire. Condensatorii sunt incluși în circuitul acestei bobine pentru a crea o schimbare de fază a curentului, a cărui capacitate poate fi destul de mare (zeci de microfaradi cu o putere a motorului mai mică de 1 kW).

Sistemele de control folosesc motoare bifazate, uneori numite executive... Au două înfășurări statorice decalate în spațiu cu 90 °. Una dintre înfășurări, numită înfășurare de câmp, este conectată direct la o rețea de 50 sau 400 Hz. Al doilea este folosit ca bobină de control.

Pentru a crea un câmp magnetic rotativ și cuplul corespunzător, curentul din bobina de control trebuie să fie deplasat cu un unghi apropiat de 90 °. Reglarea vitezei motorului, așa cum va fi arătat mai jos, se face prin modificarea valorii sau fazei curentului din această bobină. Opusul este asigurat prin schimbarea fazei curentului din bobina de control cu ​​180 ° (comutarea bobinei).

Motoarele cu două faze sunt produse în mai multe versiuni:

• cu rotor de cușcă de veveriță,

• cu un rotor gol nemagnetic,

• cu un rotor magnetic gol.

Motoare liniare

Transformarea mișcării de rotație a motorului în mișcarea de translație a organelor mașinii de lucru este întotdeauna asociată cu necesitatea utilizării oricăror unități mecanice: cremaliere, șurub etc.numai condiționat — ca organ în mișcare).

În acest caz, se spune că motorul este pornit. Înfășurarea statorului a unui motor liniar se realizează în același mod ca și pentru un motor volumetric, dar trebuie așezată numai în canelurile de-a lungul întregii lungimi a mișcării maxime posibile a rotorului de alunecare. Rotorul glisor este de obicei scurtcircuitat, corpul de lucru al mecanismului este articulat cu acesta. La capetele statorului trebuie desigur să existe opriri pentru a împiedica rotorul să părăsească limitele de lucru ale căii.