Asünkroonsete elektrimootorite seade ja tööpõhimõte

Elektriautodelektrienergia muundamist vahelduvvoolust mehaaniliseks energiaks nimetatakse vahelduvvoolu elektrimootoriteks.

Tööstuses on asünkroonsed kolmefaasilised mootorid kõige levinumad. Vaatame nende mootorite seadet ja tööpõhimõtet.

Asünkroonmootori tööpõhimõte põhineb pöörleva magnetvälja kasutamisel.

Sellise mootori töö mõistmiseks viime läbi järgmise katse.

Me tugevdame hobuseraua magnet teljel, et seda saaks käepidemest pöörata. Magneti pooluste vahele asetame mööda telge vasest silindri, mis saab vabalt pöörlema ​​hakata.

Joonis 1. Lihtsaim mudel pöörleva magnetvälja saamiseks

Alustame käepideme magneti päripäeva keeramist. Ka magneti väli hakkab pöörlema ​​ja pöörlemisel ületab oma jõujoontega vassilindrit. Silindris elektromagnetilise induktsiooni seaduse järgi, saab pöörisvooludkes loovad oma magnetväli — silindri väli. See väli interakteerub püsimagneti magnetväljaga, põhjustades silindri pöörlemise magnetiga samas suunas.

Selgus, et silindri pöörlemiskiirus on veidi väiksem kui magnetvälja pöörlemiskiirus.

Tegelikult, kui silinder pöörleb sama kiirusega kui magnetväli, siis magnetvälja jooned seda ei ristu ja seetõttu ei teki selles pöörisvoolusid, mis panevad silindri pöörlema.

Magnetvälja pöörlemiskiirust nimetatakse tavaliselt sünkroonseks, kuna see on võrdne magneti pöörlemiskiirusega ja silindri pöörlemiskiirus on asünkroonne (asünkroonne). Seetõttu nimetatakse mootorit ennast asünkroonmootoriks... Silindri (rootori) pöörlemiskiirus erineb magnetvälja sünkroonne pöörlemiskiirus väikese libisemisega.

Tähistab rootori pöörlemiskiirust läbi n1 ja välja pöörlemiskiirust läbi n, saame arvutada libisemisprotsendi valemiga:

s = (n — n1) / n.

Ülaltoodud katses saime püsimagneti pöörlemise tõttu pöörleva magnetvälja ja sellest põhjustatud silindri pöörlemise, seega ei ole selline seade veel elektrimootor... Seda tuleks teha elektrit luua pöörlev magnetväli ja kasutada seda rootori pööramiseks. Selle probleemi lahendas omal ajal hiilgavalt M. O. Dolivo-Dobrovolski. Ta tegi ettepaneku kasutada selleks kolmefaasilist voolu.

Asünkroonse elektrimootori seade M. O. Dolivo-Dobrovolski

Joonis 2. Dolivo-Dobrovolsky asünkroonse elektrimootori skeem

Rõngakujulise raudsüdamiku poolustele, mida nimetatakse mootori staatoriks, asetatakse kolm mähist, kolmefaasilised vooluvõrgud 0, mis asuvad üksteise suhtes 120 ° nurga all.

Südamiku sees metallist silinder, elektrimootori nn rootor.

Kui mähised on omavahel ühendatud nagu joonisel näidatud ja ühendatud kolmefaasilise vooluvõrku, siis osutub kolme pooluse tekitatav kogumagnetvoog pöörlevaks.

Joonisel 3 on kujutatud mootori mähiste voolude muutuste ja pöörleva magnetvälja ilmnemise protsessi graafik.

Vaatame seda protsessi üksikasjalikumalt.

Joonis 3. Pöörleva magnetvälja saamine

Graafiku asendis «A» on vool esimeses faasis null, teises faasis negatiivne ja kolmandas positiivne. Vool liigub läbi pooluste poolide joonisel nooltega näidatud suunas.

Olles parema käe reegli järgi kindlaks määranud voolu tekitatava magnetvoo suuna, tagame, et lõunapoolus (S) tekib kolmanda mähise sisemise pooluse otsa (vaatega rootori poole) ja põhjapoolus (C ) luuakse teise pooluse poolusele. Kogu magnetvoog suunatakse teise pooli poolusest läbi rootori kolmanda mähise poolusele.

Graafiku asendis «B» on vool teises faasis null, esimeses faasis positiivne ja kolmandas negatiivne. Poolusmähiste kaudu voolav vool tekitab esimese mähise lõpus lõunapooluse (S) ja kolmanda mähise lõpus põhjapooluse (C). Kogu magnetvoog suunatakse nüüd kolmandast poolusest läbi rootori esimesele poolusele, see tähendab, et poolused liiguvad 120 °.

Graafiku asendis «B» on vool kolmandas faasis null, teises faasis positiivne ja esimeses faasis negatiivne.Nüüd tekitab esimest ja teist mähist läbiv vool esimese pooluse pooluse otsas põhjapooluse (C) ja teise pooli pooluse otsas lõunapooluse (S), st. , nihkub kogu magnetvälja polaarsus veel 120 °. Graafiku asendis «G» liigub magnetväli veel 120 °.

Seega muudab kogu magnetvoog oma suunda staatori mähiste (pooluste) voolu suuna muutumisega.

Sel juhul teeb magnetvoog mähistes ühe voolu muutumise perioodi jooksul täieliku pöörde. Pöörlev magnetvoog tõmbab silindri endaga kaasa ja nii saamegi asünkroonse elektrimootori.

Tuletame meelde, et joonisel 3 on staatori mähised tähega ühendatud, kuid kolmnurgaga ühendamisel tekib pöörlev magnetväli.

Kui vahetame teise ja kolmanda faasi mähised, muudab magnetvoog oma pöörlemissuunda.

Sama tulemuse on võimalik saavutada staatori mähiseid muutmata, vaid suunates võrgu teise faasi voolu staatori kolmandasse faasi ja võrgu kolmanda faasi staatori teise faasi.

Seetõttu saate magnetvälja pöörlemissuunda muuta, vahetades kahte faasi.

Vaatlesime kolme staatorimähisega asünkroonmootoriga seadet... Sel juhul on pöörlev magnetväli bipolaarne ja pöörete arv sekundis võrdub voolu muutumise perioodide arvuga ühes sekundis.

Kui panna staatorile ümber ümbermõõdu kuus pooli, siis neljapooluseline pöörlev magnetväli... Üheksa poolusega on väli kuuepooluseline.

Kolmefaasilise voolu sagedusel, mis on võrdne 50 perioodi sekundis või 3000 minutis, on pöörleva välja pöörete arv n minutis:

bipolaarse staatoriga n = (50 NS 60) / 1 = 3000 p / min,

neljapooluselise staatoriga n = (50 NS 60) / 2 = 1500 pööret,

kuuepooluselise staatoriga n = (50 NS 60) / 3 = 1000 pööret,

staatori pooluste paaride arvuga p: n = (f NS 60) / p,

Niisiis tegime kindlaks magnetvälja pöörlemiskiiruse ja selle sõltuvuse mootori staatori mähiste arvust.

Nagu me teame, jääb mootori rootor pöörlemisel veidi maha.

Rootori mahajäämus on aga väga väike. Näiteks kui mootor töötab tühikäigul, on pöörete erinevus vaid 3% ja koormuse all 5-7%. Seetõttu muutub asünkroonmootori kiirus koormuse muutumisel väga väikestes piirides, mis on üks selle eeliseid.

Mõelge nüüd asünkroonsete elektrimootorite seadmele

Lahtivõetud asünkroonne elektrimootor: a) staator; b) oravapuurirootor; c) rootor teostusfaasis (1 — raam; 2 — stantsitud teraslehe südamik; 3 — mähis; 4 — võll; 5 — liugrõngad)

Kaasaegse asünkroonse elektrimootori staatoril on hääldamata poolused, see tähendab, et staatori sisepind on tehtud täiesti siledaks.

Pöörisvoolukadude vähendamiseks moodustatakse staatori südamik õhukestest stantsitud teraslehtedest. Kokkupandud staatori südamik on kinnitatud terasest korpusesse.

Staatori piludesse asetatakse vasktraadi mähis.Elektrimootori staatori faasimähised on ühendatud «tähe» või «kolmkonnaga», mille jaoks on kõik mähiste algused ja otsad viidud korpus - spetsiaalsele isoleerivale kilbile. Selline staatoriseade on väga mugav, kuna võimaldab selle mähiseid sisse lülitada erinevatele standardpingetele.

Asünkroonmootori rootor, nagu staator, on kokku pandud stantsitud teraslehtedest. Rootori soontesse asetatakse mähis.

Sõltuvalt rootori konstruktsioonist jaotatakse asünkroonsed elektrimootorid oravpuuriga rootor- ja faasirootormootoriteks.

Oravapuuri rootori mähis on valmistatud vaskvarrastest, mis on sisestatud rootori piludesse. Varraste otsad on ühendatud vasest rõngaga. Seda nimetatakse oravapuuri veeretamiseks. Pange tähele, et kanalite vaskvardad ei ole isoleeritud.

Mõnes mootoris asendatakse "orava puur" valatud rootoriga.

Asünkroonne rootormootor (libisemisrõngastega) kasutatakse üldiselt suure võimsusega elektrimootorites ja nendel juhtudel; kui on vaja, et elektrimootor käivitamisel tekitaks suure jõu. See saavutatakse asjaoluga, et faasimootori mähised on ühendatud käivitusreostaat.

Oravpuuri asünkroonmootorid võetakse kasutusele kahel viisil:

1) Kolmefaasilise võrgupinge otseühendus mootori staatoriga. See meetod on kõige lihtsam ja populaarsem.

2) Staatori mähistele rakendatava pinge vähendamine. Pinge alandatakse näiteks staatori mähiste tähelt kolmnurksele ümberlülitamisega.

Mootor käivitatakse, kui staatori mähised on ühendatud "tähega" ja kui rootor saavutab normaalse kiiruse, lülitatakse staatori mähised "kolmnurksele" ühendusele.

Selle mootori käivitamise meetodi korral väheneb toitejuhtmete vool 3 korda võrreldes vooluga, mis tekiks mootori käivitamisel otseühendusel võrguga, mille staatori mähised on ühendatud "delta".Kuid see meetod sobib ainult siis, kui staator on mõeldud normaalseks tööks, kui selle mähised on kolmnurgaga ühendatud.

Lihtsaim, odavaim ja töökindlam on asünkroonne oravpuuriga mootor, kuid sellel mootoril on mõned puudused — väike käivitusjõud ja suur käivitusvool. Need puudused on suures osas kõrvaldatud faasirootori kasutamisega, kuid sellise rootori kasutamine suurendab oluliselt mootori maksumust ja nõuab reostaadi käivitamist.

Asünkroonsete mootorite tüübid

Asünkroonse masina põhitüüp on kolmefaasiline asünkroonmootor... Sellel on kolm staatori mähist, mis asuvad üksteisest 120 ° nurga all. Mähised on täht- või kolmnurkühendusega ja toidetakse kolmefaasilise vahelduvvooluga.

Väikese võimsusega mootoreid realiseeritakse enamasti kahefaasilistena... Erinevalt kolmefaasilistest on neil kaks staatorimähist, mille voolud peavad olema nurga all nihutatud, et tekiks pöörlev magnetväli π/2.

Kui mähistes olevad voolud on suuruselt võrdsed ja faasis nihutatud 90 ° võrra, siis ei erine sellise mootori töö kuidagi kolmefaasilise mootori tööst. Sellised kahe staatorimähisega mootorid saavad aga enamikul juhtudel toite ühefaasilisest võrgust ja 90 °-le lähenev nihe luuakse kunstlikult, tavaliselt kondensaatorite tõttu.

Ühefaasiline mootor on praktiliselt mitteaktiivne ainult üks staatori mähis.Kui rootor on paigal, tekib mootoris ainult pulseeriv magnetväli ja pöördemoment on null. On tõsi, et kui sellise masina rootor pöörleb teatud kiirusel, siis suudab see täita mootori funktsioone.

Kuigi sel juhul on ainult pulseeriv väli, koosneb see kahest sümmeetrilisest - edasi- ja tagasisuunast, mis tekitavad ebavõrdseid pöördemomente - suuremast mootorist ja väiksemast pidurdamisest, mis tuleneb rootori suurenenud sagedusega vooludest (libisemine vastu tagurpidi sünkroonset). väli on suurem kui 1).

Seoses ülaltooduga on ühefaasilised mootorid varustatud teise mähisega, mida kasutatakse käivitusmähisena. Selle mähise vooluringis on kondensaatorid, mis tekitavad voolu faasinihke, mille võimsus võib olla üsna suur (kümned mikrofaradid mootori võimsusega alla 1 kW).

Juhtsüsteemides kasutatakse kahefaasilisi mootoreid, mida mõnikord nimetatakse ka täitevmootoriteks... Neil on kaks staatorimähist, mis on ruumis nihkes 90 ° võrra. Üks mähistest, mida nimetatakse väljamähiseks, on otse ühendatud 50 või 400 Hz võrguga. Teist kasutatakse juhtmähisena.

Pöörleva magnetvälja ja vastava pöördemomendi loomiseks tuleb juhtpooli voolu nihutada 90 ° lähedase nurga võrra. Mootori kiiruse reguleerimine, nagu allpool näidatud, toimub selle mähise voolu väärtuse või faasi muutmisega. Vastupidine on voolu faasi muutmine juhtmähises 180 ° võrra (mähise ümberlülitamine).

Kahefaasilisi mootoreid toodetakse mitmes versioonis:

• orava puuri rootoriga,

• õõnsa mittemagnetilise rootoriga,

• õõnsa magnetrootoriga.

Lineaarmootorid

Mootori pöörleva liikumise ümberkujundamine töömasina organite translatsiooniliikumiseks on alati seotud vajadusega kasutada mis tahes mehaanilisi üksusi: hammasrattad, kruvi jne.ainult tinglikult — liikuva organina).

Sel juhul öeldakse, et mootor on kasutusele võetud. Lineaarmootori staatori mähis viiakse läbi samamoodi nagu mahtmootori puhul, kuid see tuleks asetada ainult soontesse kogu libiseva rootori maksimaalse võimaliku liikumise pikkuses. Liugurrootor on tavaliselt lühises, mehhanismi töökorpus on sellega liigendatud. Staatori otstes peavad loomulikult olema tõkked, mis takistavad rootori väljumist trajektoori tööpiiridest.