Motoare electrice. Motoare asincrone
Motoarele asincrone sunt mașini electrice care au cel puțin două înfășurări, în care tensiunile alternante sunt deplasate în fază unul față de celălalt.
În sistemele asincrone, devine posibil să se creeze un câmp magnetic rotativ într-un dispozitiv mecanic staționar. O bobină conectată la o sursă de curent alternativ formează un câmp magnetic pulsatoriu, adică un câmp magnetic care variază în mărime și direcție.
Fig. 16.6. Conectarea bobinelor motorului la o sursă de tensiune trifazată
Fig. 16.7. Graficul grafic al curenților sistemului trifazic
Într-un cilindru cu un diametru interior D, trei bobine sunt așezate pe suprafață dispuse spațial la o distanță de 120 ° una față de cealaltă. Bobinele sunt conectate la o sursă de tensiune trifazată (figura 16.6). În Fig. 16.7 prezintă un grafic al modificării curenților instantanee care formează un sistem trifazat.
Fiecare dintre bobine creează un câmp magnetic pulsatoriu. Câmpurile magnetice ale bobinelor, care interacționează unul cu celălalt, formează câmpul magnetic rotativ rezultat, caracterizat prin vectorul inducției magnetice rezultate.
În Fig. 16.8 ilustrează vectorii inducției magnetice a fiecărei faze și a vectorului rezultat, construit pentru trei momente de timp t1. t2. t3. Direcțiile pozitive ale axelor bobinei sunt indicate cu +1, +2, +3.
La momentul t = t1, inducția curentă și magnetică în bobina A-X sunt pozitive și maxime, în bobinele B-Y și C-Z - aceleași și negative. Vectorul inducției magnetice rezultate este egal cu suma geometrică a vectorilor de inducție magnetică ai bobinelor și coincide cu axa bobinei A-X. La momentul t = t2, curenții în bobinele A-X și C-Z sunt egali în mărime și opus în direcție. Curentul din faza B este zero. Vectorul rezultat al inducției magnetice a fost rotit în sensul acelor de ceasornic cu 30 °.
Fig. 16.8. Vectori de inducție magnetică pentru trei momente de timp
La momentul de timp curenții t = t3 în bobinele A-C și B-Y sunt egale în mărime și pozitiv, curentul în faza C-Z maximal și negativ, a vectorului câmp magnetic rezultant este situat în negativ direcția C-Z axa bobinei. În timpul perioadei de curent alternativ, vectorul câmpului magnetic rezultat se va roti cu 360 °. Viteza liniară a deplasării vectorului de inducție magnetică
unde este frecvența tensiunii alternative; T este perioada curentului sinusoidal; m este frecvența de rotație a câmpului magnetic sau a frecvenței sincrone de rotație. Pe o perioadă T, câmpul magnetic se deplasează la o distanță unde
- pole sau distanța dintre poli de câmp magnetic
câmpurile de-a lungul circumferinței unui cilindru cu diametrul D.
Viteza liniară de la
unde n1 este frecvența sincronă de rotație a câmpului magnetic multiplu cu numărul de perechi de pol
Bobinele prezentate în Fig. 16.6, creează un câmp magnetic cu doi poli, numărul de poli 2P = 2. Frecventa de rotație a câmpului este de 3000 rpm. Pentru a obține un câmp magnetic cu patru poli, este necesar să plasați șase bobine în interiorul unui cilindru cu diametrul D, două pentru fiecare fază. Apoi, conform formulei (16.7), câmpul magnetic se va roti de două ori mai lent, cu n1 = 1500 rpm.
Pentru a obține un câmp magnetic rotativ, trebuie îndeplinite două condiții:
- Condiția 1 - să aveți cel puțin două bobine deplasate spațial.
- Condiția 2 - conectați curenții care nu coincid la bobine.
Motorul de inducție are o parte fixă numită stator și o parte rotativă numită rotor. În stator există o înfășurare care creează un câmp magnetic rotativ. Există motoare asincrone cu o cușcă veveriță și rotor de fază. În canelurile rotorului cu o înfășurare scurtcircuitată există tije din aluminiu sau cupru. Pe capetele tijele sunt închise cu inele de aluminiu sau cupru. Statorul și rotorul sunt recrutați din tablă de oțel electric pentru a reduce pierderile de curenți turbionari. Rotorul de fază are o înfășurare trifazată (pentru un motor trifazat). Capetele fazelor sunt conectate la un nod comun, iar începuturile sunt trimise către cele trei inele de contact situate pe arbore. Inelele sunt fixate cu perii de contact. La perii conectați reostatul de pornire. După pornirea motorului, rezistența reostatului de pornire este redusă treptat la zero.
Principiul funcționării unui motor asincron
Principiul de funcționare a motorului asincron este considerat pe modelul prezentat în Fig. 16.9.
Câmpul magnetic rotativ al statorului este reprezentat sub forma unui magnet permanent care se rotește cu o frecvență rotativă sincronă. Conductorii înfășurării închise a rotorului induc curenții. Stâlpul magnetului se mișcă în sensul acelor de ceasornic. Observatorul plasat pe magnetul rotativ pare să creadă că magnetul este staționar, iar conductorii înfășurării rotorului se mișcă în sens invers acelor de ceasornic. Direcțiile curenților rotorului, determinate de regula dreptei, sunt arătate în fig. 16.9.
Fig. 16.9. Model de motor inducție
Folosind regula stângii, găsim direcția forțelor electromagnetice care acționează asupra rotorului și forțându-i să se rotească. Rotorul motorului se va roti cu o viteză de rotație n1 în direcția de rotație a câmpului statorului. Rotorul se rotește asincron, adică frecvența sa de rotație n2 este mai mică decât frecvența de rotație a câmpului stator w. Diferența relativă a vitezelor câmpurilor statorului și rotorului se numește alunecare:
Alunecarea nu poate fi zero, deoarece la același câmp și viteze ale rotorului, curenții din rotor ar înceta să curgă și, prin urmare, nu ar exista nici un cuplu electromagnetic.
Rotativ cuplul electromagnetic contracarând cuplul de frânare este echilibrat cu creșterea sarcinii pe arborele motor al cuplului de frânare devine mai mare decât cuplul și alunecare crește. Ca o consecință, EMF indusă în bobina rotorului și curenții cresc. Cuplul crește și devine egal cu cuplul de frânare. Cuplul poate crește cu alunecarea la o anumită valoare maximă, după care cuplul crește brusc cu creșterea continuă a cuplului de frânare și motorul se oprește.
Dacă alunecarea motorului frânat este una, atunci se spune că motorul funcționează în modul de scurtcircuit. Frecvența de rotație a motorului asincron neîncărcat n2 este aproximativ egală cu frecvența sincronă n1.
Dacă alunecarea unui motor descărcat este S = 0, atunci se spune că motorul funcționează la ralanti.
Alunecarea unei mașini asincrone care rulează în modul motor se modifică de la zero la una. Mașina asincronă poate funcționa în modul generator. Pentru aceasta, rotorul său trebuie rotit de un motor terț în direcția de rotație a câmpului magnetic al statorului cu o frecvență de n2> n1. Sincronizați generatorul asincron S <0.
Mașina asincronă poate funcționa în modul frână electromecanică. Pentru aceasta, este necesar să se rotească rotorul său în direcția opusă direcției de rotație a câmpului magnetic stator. În acest mod, S> 1.
În mod normal, mașinile asincrone sunt utilizate în modul motor. Motorul asincron este cel mai frecvent tip de motor din industrie. Frecvența de rotație a câmpului într-un motor asincron este rigid legată de frecvența rețelei f1 și de numărul de perechi poliale ale statorului.
La frecvența f1 = 50 Hz există următoarea serie de frecvențe de rotație (Р - n1. Rpm):
Din formula (16.7) obținem
Viteza câmpului stator în raport cu rotorul se numește viteza de alunecare
Frecvența curentului și EMF în bobina rotorului
Mașina asincronă cu rotorul frânat funcționează ca un transformator. Fluxul magnetic principal este indus în stator și în înfășurările staționare ale rotorului EMF E1 și E2K:
unde Φm este valoarea maximă a fluxului magnetic principal cuplat la înfășurările statorului și rotorului; W1 și W2 - numărul de rotații ale înfășurărilor statorului și rotorului; - frecvența tensiunii în rețea; K01 și K02 sunt coeficienții de înfășurare ai înfășurărilor statorului și rotorului.
Pentru a obține o distribuție mai favorabilă a inducției magnetice în întrefier între stator și rotor, stator și rotor înfășurările nu se concentrează într-un singur pol, și este distribuit de-a lungul cercurilor de stator și rotor. EMF al înfășurării distribuite este mai mic decât EMF al înfășurării centrate. Acest fapt este luat în considerare prin introducerea în formulele de determinare a valorilor forțelor electromotoare ale înfășurărilor și coeficienților de înfășurare. Valorile coeficienților de înfășurare sunt oarecum mai mici decât unitatea. EMF în bobina rotorului rotativ
Curentul de rotor al mașinii de lucru
unde R2 este rezistența activă a înfășurării rotorului; x2 - rezistența inductivă a înfășurării rotorului,
, unde x2K este rezistența inductivă a rotorului blocat. atunci
Un motor monofazat are o bobină situată pe stator. Înfășurarea monofazată, alimentată de curent alternativ, va crea un câmp magnetic pulsatoriu. Am plasat în acest domeniu un rotor cu o înfășurare scurtcircuitată. Rotorul nu se va roti. Dacă rotorul nu este rotit de o forță mecanică terță parte în ambele direcții, motorul va funcționa în mod constant. Puteți explica acest lucru în modul următor.
Câmpul magnetic pulsator poate fi înlocuit cu două câmpuri magnetice care se rotesc în direcții opuse la frecvența sincron și cu amplitudini de flux magnetic n1 egal cu jumătate din amplitudinea câmpului fluxului magnetic pulsator. Unul dintre câmpurile magnetice se numește rotire directă, cealaltă - inversată. Fiecare câmp magnetic induce curenți turbionari în bobina rotorului. Atunci când interacționează curenții turbionari cu câmpuri magnetice, se creează momente de rotație îndreptate opuse unul altuia. În Fig. 16.10 arată dependența de timp a câmpului M direct“, timpul de inversul M„și momentul rezultant M în funcție de alunecare M = M «- M».
Fig. 16.10. Dependența momentului câmpului direct, a câmpului invers și a momentului rezultant al alunecării
Axele diapozitivelor sunt direcționate unul față de celălalt. În modul de pornire, momentele rotorului acționează asupra rotorului, care sunt egale în magnitudine și opuse în direcție. Vom roti rotorul cu o forță terță parte în direcția unui câmp magnetic rotativ direct. Va exista un cuplu excesiv (rezultat), accelerând rotorul la o viteză apropiată de sincron. Alunecarea motorului în raport cu câmpul magnetic rotativ direct
Glisarea motorului în raport cu câmpul magnetic inversat
Având în vedere caracterul rezultat, putem trage concluziile următoare.
Concluzie 1. Un motor monofazat nu are un cuplu de pornire. Se va roti în direcția în care este împins de o forță exterioară.
Concluzie 2. Din cauza efectului de frânare al câmpului de mers înapoi, caracteristicile unui motor monofazat sunt mai slabe decât cele ale unui motor trifazat.
Pentru a crea cuplul de pornire, motoarele monofazate sunt livrate cu o decalare spațială a înfășurării de pornire față de bobina principală, cu o înfășurare de 90 °. Bobina de pornire este conectată la rețea prin intermediul elementelor de schimbare a fazelor: un condensator sau un rezistor activ.
Figura 16.11 prezintă schema de pornire a înfășurărilor motorului, unde P este bobina de lucru și P este înfășurarea de pornire. Capacitatea elementului de schimbare a fazei C este selectată astfel încât curenții înfășurărilor de lucru și de pornire să difere în fază cu 90 °. Un motor asincron trifazat poate funcționa dintr-o rețea monofazată dacă înfășurările sale sunt conectate în conformitate cu schemele următoare (figura 16.12).
În circuitul prezentat în Fig. 16.12, în timp ce înfășurările statorului sunt conectate printr-o stea și în circuitul din Fig. 16.12, b - un triunghi. Valoarea capacității C
60 μF la 1 kW de putere.
Fig. 16.11. Schema de pornire a bobinelor monofazate ale motorului
Fig. 16.12. Schemele de comutare a înfășurărilor unui motor trifazat într-o singură fază: a - prima opțiune; b - a doua opțiune
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: