асинхронен двигател. Принцип на действие

Условия за получаване:

1) наличието на поне две намотки;

2) токовете в намотките трябва да се различават по фаза

3) осите на намотките трябва да бъдат изместени в пространството.

В трифазна машина, с една двойка полюси (p = 1), осите на намотките трябва да бъдат изместени в пространството под ъгъл от 120 °, с две двойки полюси (p = 2), осите на намотките трябва да бъдат да се измести в пространството под ъгъл от 60 ° и т.н.

Помислете за магнитно поле, което се създава с помощта на трифазна намотка, която има една двойка полюси (p=1). Осите на фазовите намотки са изместени в пространството на ъгъл 120° и създадените от тях магнитни индукции на отделните фази (BA, BB, BC) също са изместени в пространството на ъгъл 120°.

Индукциите на магнитното поле, генерирани от всяка фаза, както и напреженията, приложени към тези фази, са синусоидални и се различават във фазите под ъгъл от 120°.

Принцип на действие

Към намотките на статора се прилага напрежение, под действието на което през тези намотки протича ток и създава въртящо се магнитно поле. Магнитното поле действа върху прътите на ротора и, съгласно закона за магнитната индукция, индуцира в тях ЕМП. В прътите на ротора под действието на индуцираната ЕМП възниква ток. Токовете в прътите на ротора създават собствено магнитно поле на прътите, което взаимодейства с въртящото се магнитно поле на статора. В резултат на това върху всеки прът действа сила, която, добавяйки се около обиколката, създава въртящ се електромагнитен момент на ротора.

Приемайки началната фаза на индукция във фаза A (φA) равна на нула, можем да запишем:

Магнитната индукция на полученото магнитно поле се определя от векторната сума на тези три магнитни индукции.

Нека намерим получената магнитна индукция с помощта на векторни диаграми, конструирайки ги за няколко точки във времето.

Начертайте векторни диаграми

Както следва от диаграмите, магнитната индукция B на полученото магнитно поле на машината се върти, оставайки непроменена по величина. Така трифазната статорна намотка създава кръгово въртящо се магнитно поле в машината. Посоката на въртене на магнитното поле зависи от реда на фазите. Стойността на получената магнитна индукция.

Честотата на въртене на магнитното поле зависи от честотата на мрежата и броя на двойките полюси на магнитното поле.

, [rpm].

В този случай честотата на въртене на магнитното поле не зависи от режима на работа на асинхронната машина и нейното натоварване.

Когато се анализира работата на асинхронна машина, често се използва концепцията за скоростта на въртене на магнитното поле ω0, която се определя от връзката:

, [рад/сек].

За да се сравни честотата на въртене на магнитното поле и ротора, е въведен коефициент, който се нарича приплъзване и се обозначава с буква. Плъзгането може да се измерва в относителни единици и като процент.

или

Процеси в асинхронна машина Статорна верига

а) ЕДС на статора.

Магнитното поле, създадено от намотката на статора, се върти спрямо неподвижния статор с честота и ще индуцира ЕМП в намотката на статора. Ефективната стойност на ЕМП, предизвикана от това поле в една фаза на намотката на статора, се определя от израза:

където: =0,92÷0,98 – коефициент на намотка;

– честота на мрежата;

- броя на завъртанията на една фаза на намотката на статора;

е резултантното магнитно поле в машината.

б) Уравнението на електрическото равновесие на фазата на намотката на статора.

Това уравнение е написано по аналогия с бобина със сърцевина, работеща с променлив ток.

Тук и са мрежовото напрежение и напрежението, подадено към намотката на статора.

- активно съпротивление на намотката на статора, свързано със загубите при нагряване на намотката.

е индуктивното съпротивление на намотката на статора, свързано с изтичащия поток.

е общото съпротивление на намотката на статора.

е токът в намотката на статора.

При анализ на работата синхронни машиничесто се приема. След това можете да напишете:

От този израз следва, че магнитният поток в асинхронна машина не зависи от нейния режим на работа, а при дадена честота на мрежата зависи само от ефективната стойност на приложеното напрежение. Подобна връзка има и в другата машина променлив ток- в трансформатора.

Магнитно поле, чиято ос се върти в пространството с постоянна ъглова честота, се нарича въртящо се магнитно поле. Ако в този случай величината на индукцията във всяка точка на оста на магнитното поле остава постоянна, тогава такова поле се нарича кръгово въртящо се магнитно поле. Това се дължи на факта, че той може да бъде изобразен като вектор с постоянна дължина, въртящ се в пространството, чийто край описва окръжност по време на въртене.

Образуването на кръгово въртящо се магнитно поле е необходимо условие за работата на асинхронни и синхронни машини. За целта в жлебовете на статорния пакет (фиг. 1) се поставят три еднакви намотки (намотки), състоящи се от две части, разположени диаметрално срещуположно в статорния пакет. Освен това осите на трите статорни намотки са изместени една спрямо друга на 120°.

Ако схематично представим намотките на статора като състоящи се от един оборот, тогава на статора ще има само шест слота, всеки от които ще съдържа половин оборот на намотката. Ние обозначаваме началото на завоите на намотките с букви А, бИ ° С, а краищата на завоите с букви X, YИ З. Ние също така обозначаваме посоката на протичане на тока в завоите на намотките, като се има предвид положителната посока от началото до края на намотката. Тогава за положителни странични токове А, бИ ° Сще бъдат отбелязани с кръст, а страните X, YИ З- точка (фиг. 2).

При свързване на намотките на статора към трифазна мрежапроменлив ток в намотките ще текат токове, изместени във времето (във фаза) един спрямо друг с 120 ° електрически, както е показано на фигурата. Нека разпределим в периода шест момента от време, отдалечени един от друг на 60° ел. и за всеки от тях отбелязваме посоките на токовете в намотките, като отчитаме знаците на токовете в съответния момент от времето. Лесно се вижда, че във всеки момент токовете в двете половини на пакета на статора протичат в различни посоки и образуват магнитно поле, чиято ос съвпада с оста на разделяне на посоките на тока, т.е. всеки 60° ел. оста на магнитното поле се завърта в пространството на 60°. Така с тази симетрична система от намотки, захранвани от симетрична система от трифазна мрежа, получихме кръгово въртящо се магнитно поле.

Ъгловата честота, с която магнитното поле се върти в пространството, се определя изцяло от честотата на захранващата мрежа и електрическа вериганамотки. Ако удвоим броя на навивките и ги свържем в намотки, така че две редуващи се двойки групи с една и съща посока на тока да са разположени около обиколката на пакета на статора, тогава се образува магнитно поле с две двойки полюси (фиг. 3) . Той също така ще се върти в пространството, движейки се в един период на текущи трептения под ъгъл, съответстващ на разстоянието между едноименните полюси, т.е. 180°. Това означава, че ъгловата скорост на въртене на полето ще бъде наполовина по-малка.

По този начин ъгловата честота на въртене на магнитното поле е равна на [rad / s] или [rpm], където е честотата на захранващата мрежа и стр- брой двойки полюси на намотката на статора. Това води до редица възможни скорости на въртене на магнитното поле за индустриална мрежа с честота 50 Hz: 3000, 1500, 1000, 750, 600 и т.н. [rpm]

Посоката на въртене на магнитното поле се определя от последователността на свързване на намотките към трифазна мрежа. За да промените посоката на въртене, достатъчно е да размените точките на свързване на всеки две намотки.

Основни понятия и принцип на действие на асинхронна машина

Структурната схема на асинхронната машина е показана на фигура 1. Състои се от пакет от статор 1 с жлебове 2 за полагане на намотката и цилиндричен ротор 3, в чиито кръгли жлебове има проводници (пръчки) 4 на неговата намотка. Пръчките са затворени по краищата с пръстени (не са показани на фигурата), така че намотката на ротора се нарича късо съединение. Този тип ротор е най-често срещан в асинхронните машини, т.к. той е прост, надежден и технологично напреднал. Ако мислено премахнете намотката на ротора от пакета на ротора, тогава тя ще има формата, показана на фигура 2. Този тип намотка се нарича "катерица".

В допълнение към роторите тип "катерица", в асинхронните машини се използват ротори, в които същата трифазна намотка е положена в жлебовете (фиг. 3 1), както в статора. За свързване към външен електрически вериги(5) краищата на намотката се извеждат през контактни пръстени (3) и четки (4) (виж фигурата). Този тип ротор се нарича фаза

Намотката на ротора няма електрическа връзкас външни вериги и токът в него възниква в резултат на електромагнитна индукция. Този процес протича по следния начин. Трифазната намотка на статора е свързана към AC мрежата и токът на намотката () образува кръгово въртящо се магнитно поле. Полето на статора () се върти в пространството спрямо оста на въртене на ротора () и пресича прътите на неговата намотка. В резултат на това се предизвикват Индукция на ЕМП() и защото краищата на роторните пръти са електрически затворени с пръстени, след това под действието на ЕМП, електричество(). Взаимодействието на тока, протичащ в прътите, с външно магнитно поле предизвиква действието на сила ( Е) и съответния електромагнитен момент ( М), което кара ротора да се върти (). По този начин възникването на въртящ момент е възможно само ако прътите на ротора пресичат магнитното поле на статора и за това е необходимо роторът да се върти със скорост, различна от скоростта на въртене на магнитното поле, т.е. така че да се върти извън синхрон с полето. Оттук и името на тази машина - асинхронна.

Горното може да бъде представено като логическа последователност, в която има само един условен преход от въртящото се поле към ЕМП и тока на ротора. Ако , тогава полето и роторът се въртят синхронно и ЕМП на ротора не се възбужда. Този режим се нарича празен ход и може да се създаде само поради външен въртящ момент.

Ако скоростта на въртене на ротора е по-малка от скоростта на въртене на полето, тогава електромагнитният момент, действащ върху ротора, е положителен и се стреми да го ускори. Когато скоростта на ротора е по-висока от скоростта на полето, посоките на ЕМП и тока в ротора се обръщат. Електромагнитният момент също променя знака и става забавящ.

За да се опишат електромеханичните процеси в асинхронна машина, обикновено се използва концепцията за приплъзване s. Тя е равна на разликата между скоростите или честотите на въртене на магнитното поле () и ротора () по отношение на скоростта или честотата на въртене на магнитното поле . Оттук скоростта или честотата на въртене могат да бъдат изразени чрез приплъзване. Скоростта или честотата на въртене на магнитното поле се нарича още синхронна скорост или честота.

Основен магнитен поток и потоци на разсейване. Индуктивни реактивни съпротивления

В намотката на ротора протичат токове, предизвикани от индукционната ЕМП. Те образуват собствено поле на ротора, въртящо се спрямо тялото на ротора с честота на приплъзване. Така полето на ротора участва в две въртеливи движения - движение спрямо тялото на тора и заедно с него спрямо статора с честота. Следователно честотата на въртене на роторното поле е , т.е. полето на ротора се върти в пространството със същата честота като полето на статора. Следователно тези полета са неподвижни едно спрямо друго и образуват едно поле на машината. Основната част от магнитния поток на полето обхваща намотките на статора и ротора, пресичайки въздушната междина. Тази част се нарича главен магнитен поток Ф. Другите две части са свързани само с една от намотките и образуват съответните потоци на изтичане и. Образуват се разсейващи потоци EMF намоткиутечка или самоиндукция ЕМП, която може да бъде представена чрез токовете на намотката и съответната индуктивност на утечка, като се вземе предвид факта, че токовете в намотките на статора и ротора имат различни честоти ( и ): и , където и са индуктивни съпротивления на утечка на честотата на статора.

Електродвижещи сили на намотките

Въртящото се магнитно поле пресича навивките на намотката на статора и индуцира в тях ЕМП. По аналогия с трансформатор, можем да напишем , където е коефициентът на намотка, като се вземе предвид характеристики на дизайнастаторни намотки (скъсяване на стъпката, разпределение на намотките в канали, скосяване на канали). В трансформаторите картината на магнитното поле е по-проста, т.к основният магнитен поток обхваща почти всички завъртания на намотката и не се изисква въвеждане на коефициента на намотка.

Намотката на ротора се пресича от главния магнитен поток с честота . Следователно ЕМП на намотката е , където е ЕМП на намотката на ротора при честотата на статора, т.е. със стационарен ротор.

Магнитодвижещи сили и токове на статора и ротора

Оптималното преобразуване на енергията в асинхронна машина е възможно при условие, че магнитодвижещите сили (MMS) на намотките са разпределени по обиколката на междината по синусоидален начин. Намотките на статора обаче са намотки, които създават MMF с разпределение, близко до правоъгълно. Поради това те са разделени на секции и са разположени по протежение на пролуката в съседни жлебове. В резултат на това MMF придобива разпределение, близко до синусоидалното, но ако изберем основния пространствен хармоник, който всъщност е необходим за работата на машината, се оказва, че изчисляването на MMF според израза е валидно за a съчетана намотка , където wИ аз- броят на завоите и токът в намотката ще бъдат твърде високи. Следователно, за да се изчисли MMF на една асинхронна машина, т.нар. коефициент на намотка, като се вземат предвид конструктивните характеристики на намотките - разпределение по пролуката, скосяване на жлебовете и скъсяване на стъпката. В резултат на въвеждането на този коефициент реалната разпределена намотка се трансформира в групирана намотка, която при ток равен на токав реална намотка създава MMF със синусоидално разпределение, съответстващо на MMF на основния хармоник на реалната намотка.

- тока на статора, намален до параметрите на намотката на ротора, и - коефициента на трансформация на токовете на асинхронната машина.

Трябва да се отбележи, че броят на фазите на намотката на ротора с катерица е равен на броя на прътите, а броят на завоите е 0,5.

§ 65. РОТАЦИОННО МАГНИТНО ПОЛЕ

Действието на многофазна променливотокова машина се основава на използването на феномена на въртящо се магнитно поле.

Въртящо се магнитно поле се създава от всяка многофазна AC система, т.е. система с две, три и т.н. фази.

По-горе беше отбелязано, че най-широко използваният трифазен променлив ток. Следователно, помислете за въртящото се магнитно поле на трифазна намотка на машина за променлив ток (фиг. 70).

На статора има три намотки, чиито оси са взаимно изместени под ъгъл от 120°. За по-голяма яснота всяка намотка е показана като състояща се от един намотка, разположен в два жлеба (кухини) на статора. В действителност намотките имат голям брой навивки. Буквите A, B, C означават началото на намотките, X Y, Z - техните краища. Бобините са свързани със звезда, т.е. краищата на X, Y, Z са свързани помежду си, образувайки обща неутрала, а началото на A, B, C е свързано към трифазна AC мрежа. Намотките също могат да бъдат свързани в триъгълник.

През бобините протичат синусоидални токове с еднакви амплитуди Im и честота ω = 2πf, чиито фази са изместени с 1/3 от периода (фиг. 71).

Токовете, протичащи в намотките, възбуждат променливи магнитни полета, чиито магнитни линии ще проникнат в намотките в посока, перпендикулярна на техните равнини. Следователно средната магнитна линия или ос на магнитното поле, създадено от намотката A - X, ще бъде насочена под ъгъл от 90 ° спрямо равнината на тази намотка.

Посоките на магнитните полета и на трите намотки са показани на фиг. 70 вектора B A, B B и B C, изместени един спрямо друг също на 120°.

В този случай в проводниците на статора, свързани към началните точки A, B, C, токовете, взети за положителни, ще бъдат насочени към зрителя, а в проводниците, свързани към крайните точки X, Y и Z, от зрителя ( виж Фиг. 70).

Положителните посоки на токовете ще съответстват на положителните посоки на магнитните полета, показани на същата фигура и определени от правилото на гимлета.

Фигура 71 показва кривите на тока и на трите намотки, които ви позволяват да намерите моментната стойност на тока на всяка намотка за всеки момент от времето.

Без да засягаме количествената страна на явлението, нека първо определим посоката на магнитното поле, създадено от трифазната намотка за различни моменти от време.

В момента t \u003d 0 токът в намотката A - X е нула, в намотката B - Y е отрицателен, в намотката C - Z е положителен. Следователно в този момент няма ток в проводниците A и X, в проводниците C и Z има положителна посока, а в проводниците B и Y има отрицателна посока (фиг. 72, А).

Така в момента t=0, който сме избрали, в проводниците C и Y токът е насочен към зрителя, а в проводниците B и Z е насочен встрани от зрителя.

При тази посока на тока, съгласно правилото на гимлета, магнитните линии на създаденото магнитно поле са насочени отдолу нагоре, x. т.е. в долната част на вътрешната обиколка на статора е северният полюс, а в горната част - южният.

В момента t 1 във фаза A токът е положителен, във фази B и C е отрицателен. Следователно в проводниците Y, A и Z токът е насочен към зрителя, а в проводниците C, X и B - далеч от зрителя (фиг. 72, b), а магнитните линии на магнитното поле се завъртат на 90 ° по посока на часовниковата стрелка спрямо първоначалната им посока.

В момента t 2 токът във фази A и B е положителен, а във фаза C е отрицателен. Следователно в проводниците A, Z и B токът е насочен към зрителя, а в проводниците Y, C и X - далеч от зрителя, а магнитните линии на магнитното поле се завъртат на още по-голям ъгъл спрямо техните първоначална посока (фиг. 72, в).

Така във времето има непрекъсната и равномерна промяна в посоките на магнитните линии на магнитното поле, създадено от трифазна намотка, т.е. това магнитно поле се върти с постоянна скорост.

В нашия случай въртенето на магнитното поле се извършва по посока на часовниковата стрелка.

Ако промените фазовата последователност на трифазна намотка, тоест промените връзката към мрежата на всеки две от трите намотки, тогава посоката на въртене на магнитното поле също ще се промени. На фиг. 73 показва трифазна намотка, в която връзката на намотките B и C към мрежата е променена. Може да се види от посоката на магнитните линии на магнитното поле за предварително избраните времена t=0, t 1 и t 2, че въртенето на магнитното поле сега е обратно на часовниковата стрелка.

Магнитният поток, създаден от трифазна система с променлив ток в симетрична намотка, е постоянна стойност и във всеки момент е равен на една и половина стойност на максималния поток на една фаза.

Това може да се докаже чрез определяне на резултантния магнитен поток Ф за произволен момент от време.

И така, за момента t 1, когато ωt 1 \u003d= 90 °, токовете в намотките приемат следните стойности:

Следователно магнитният поток F A на намотката A в избрания момент има най-голяма стойност и е насочен по оста на тази намотка, т.е. положително. Магнитните потоци на бобината B и C са половината от максималните и отрицателни (фиг. 74).

Геометричната сума на потоците Ф, Фв, Фс може да се намери, като се построят последователно в приетия мащаб под формата на сегменти. Свързвайки началото на първия сегмент с края на последния, получаваме сегмент от резултантния магнитен поток Ф. Числено този поток ще бъде един и половина пъти по-голям от максималния поток на една фаза.

Например, за време А (виж Фиг. 74), резултантният магнитен поток

тъй като в този момент резултантният поток съвпада с потока Ф и се измества спрямо потоците Фв и Фс с 60°.

Като се има предвид, че в момента t 1 магнитните потоци на намотките приемат стойностите, резултантният магнитен поток може да се изрази, както следва:

В момента t=0, полученото магнитно поле беше насочено по вертикалната ос (виж фиг. 72, а). За време, равно на един период на изменение на тока в намотките, магнитният поток ще направи един оборот в пространството и отново ще бъде насочен по вертикалната ос, както и в момента t=0.

Ако честотата на тока е f, т.е. токът претърпява f периоди на промяна за една секунда, тогава магнитният поток на трифазната намотка ще направи f (обороти в секунда или 60f оборота в минута, m, e,

n 1 - броят на оборотите на въртящото се магнитно поле в минута.

Разгледахме най-простия случай, когато намотката има една двойка полюси.

Ако намотката на статора е направена по такъв начин, че проводниците на всяка фаза са разделени на 2, 3, 4 и т.н. еднакви групи, разположени симетрично около обиколката на статора, тогава броят на двойките полюси ще бъде съответно равен на 2, 3, 4 и т.н.

На фиг. 75 показва намотка на една фаза, състояща се от три намотки, разположени симетрично около обиколката на статора и образуващи шест полюса или три двойки полюси.

В многополюсните намотки магнитното поле се завърта под ъгъл, съответстващ на разстоянието между два едноименни полюса за един период на промяна на тока.

Така, ако намотката има 2, 3, 4 и т.н. двойки полюси, тогава магнитното поле по време на един период на промяна на тока включва и т.н., част от обиколката на статора. Като цяло, обозначавайки Рброя на двойките полюси, намираме пътя, изминат от магнитното поле за един период на промяна на тока, равен на едно Р- тази част от обиколката на статора. Следователно броят на оборотите в минута на магнитното поле е обратно пропорционален на броя на двойките полюси, т.е.

Пример 1Определете броя на оборотите на магнитното поле на машините с броя на двойките полюси Р\u003d 1, 2, 3 и 4, работещи от мрежата с текуща честота f \u003d 50 Hz.

Решение. Брой навивки на магнитното поле

Пример 2. Магнитното поле на машина, включена в мрежа с честота на тока 50 Hz, прави 1500 оборота в минута. Определете броя на оборотите на магнитното поле на тази машина, ако тя е свързана към мрежа с честота на тока 60 Hz.

Решение. Брой двойки полюси на машината

Броят обороти на магнитното поле при новата честота

Контролни въпроси

1. Обяснете устройството и принципа на работа на трифазен генератор.
2. В какъв случай не е необходим неутрален проводник при свързване на намотката на генератора и приемниците със звезда?
3. Каква е връзката между линейните и фазовите стойности на напреженията и токовете при свързване на източници на енергия и потребители със звезда и триъгълник?
4. Какви са предимствата на триъгълната схема за свързване на приемници?
5. Какъв израз определя мощността на трифазен ток със симетричен товар?
6. Как може да се промени посоката на въртене на магнитното поле на симетрична трифазна намотка?
7. Какво определя скоростта на въртене на магнитното поле на симетрична трифазна система?

Простотата на техническото изпълнение на кръговото движение за въртене на магнитното поле е в основата на работата на всички трифазни машини, включително електрически генератори и двигатели.

Условия за създаване на въртящо се магнитно поле. Създаването му се постига чрез едновременното изпълнение на две условия:

1. Чрез поставяне на три намотки с еднакви електрически параметрив една и съща равнина на въртене с еднакво ъглово преместване (Δα=360°/3=120°);

2. Чрез преминаване през тези намотки синусоидални хармоници на токове, равни по големина и форма, които се изместват във времето с една трета от периода (с 120 ° по ъглова честота).

Образуваното кръгово магнитно поле ще започне да се върти. Постоянната индукция на създаденото поле има максимална амплитуда със стойност Bmax, насочена по оста на полето с постоянна ъглова скорост на въртене ωp.

Разположението на трите намотки на бобината в една и съща равнина на въртене е показано на фигурата и отговаря на изискванията на първото условие.

Чрез намотките на бобината ОХ, B-Y, C-Zот началото им (входа) А, IN, СЪСдо края (изход) х, Y, Зпреминава електрически симетричен 3-фазен ток, чиято стойност за всеки момент от време се изчислява по изразите:

iA=Im*sin(ωt+0);
iВ=Im∙sin(ωt-120°);
iС=Im∙sin(ωt+120°).

Всеки оборот на намотката на бобината образува свое собствено магнитно поле, в което индукцията е пропорционална на тока, преминаващ през оборота (B=k*i). Сумирането на полетата на всички завои във всяка намотка образува система от три индукции, симетрични по отношение на центъра на въртене (началото на координатите):

VA=Bm∙sin(ωt+0);
ВB=Вm∙sin(ωt+0);
ВC=Вm∙sin(ωt+0).

Магнитните полета като индукционни вектори Вирджиния, ВB, слънцеимат строго изразена ориентация в пространството, определена от добре известното правило на гимлета по отношение на положителната посока на тока в намотката на бобината.

Общият (резултатен) вектор на магнитна индукция B от генерираното магнитно поле в електрическа машина се изчислява чрез геометричното добавяне на фазови вектори Вирджиния, ВB, слънцеот всички бобини.

В конкретен случай, за времева оценка на вектора на магнитната индукция, се избират няколко точки от периода, например тези, които съответстват на 0, 30 и 60 градуса на неговото въртене спрямо началната ордината.

Пространственото разположение на индукционните вектори на всяка фаза и резултантният вектор, получен от тяхното геометрично добавяне за всеки случай на комплексната равнина, е показано чрез графики.

Резултатите от графичното добавяне са удобни за анализ след представянето им. отделна маса:

Резултатите от анализа показват, че общият вектор на индукция B на всички магнитни полета на фазите на машината има една постоянна стойност във всички разглеждани точки. Подобни заключения ще бъдат получени чрез математическо решаване на подобен проблем за всеки друг момент от време.

Свойства на вектора на магнитната индукция IN :

Посоката на нейното въртене в пространството съответства на движението в най-близката посока от намотката Акъм намотката IN;

Известно е, че около проводник с ток винаги се образува магнитно поле. Посоката му се определя от правилото на десния винт ("гимлет").

Нека начертаем магнитна силова линия около проводниците C и Y и съответно B и Z (вижте пунктираните линии на фиг. 5.2.2 a).

Помислете сега за времето t 2 . През това време във фаза B няма да има ток. В проводник A на фаза A-X той ще има знак (+), а в проводник C на фаза C-Z ще има знак (·). Сега нека поставим знаците: в проводника X - (·), а в проводника Z - (+).

представлява общата механична мощност, развивана от двигателя.

5.8. СХЕМА НА ЗАМЕСТВАНЕ НА АСИНХРОНЕН ДВИГАТЕЛ

ЕМП и токовите уравнения съответстват на еквивалентна схемазамествания (фиг. 5.8.1.). Така сложната магнитна верига на електрическа машина може да бъде заменена с електрическа верига. Съпротивлението r 2 "(1 - S) / S може да се разглежда като външно съпротивление, включено в намотката на ротора. Това е единственият променлив параметър на веригата. Промяната в това съпротивление е еквивалентна на промяна в натоварването на двигателя вал и следователно промяна в приплъзването S.

5.9. ЗАГУБИ И КПД НА АСИНХРОНЕН ДВИГАТЕЛ

Мощност P 1 се подава към намотката на статора от мрежата. Част от тази мощност отива за загуби в стомана P sl, както и загуби в намотката на статора Р e1:

Останалата мощност се прехвърля към ротора с помощта на магнитен поток и се нарича електромагнитна мощност:

Част от електромагнитната мощност се изразходва за покриване на електрическите загуби в намотката на ротора:

Останалата мощност се преобразува в механична мощност, наречена обща механична мощност:

R 2 "= R em -R e2

Използвайки предварително получената формула

записваме израза за общата механична мощност:

P e2 \u003d SP em,

тези. мощността на електрическите загуби е пропорционална на приплъзването.

Мощността на вала на двигателя P 2 е по-малка от общата механична мощност P 2 ’ със стойността на механичните P mech и допълнителните загуби P ext:

P 2 \u003d P 2 '- (P мех. + P екст.).

По този начин:

SP \u003d P sl + R e1 + R e2 + R мех. +R вътр.

Ефективността е съотношението на мощността на вала P 2 към консумираната мощност P 1:

5.10. УРАВНЕНИЕ НА ВЪРТЯЩИЯ МОМЕНТ

Въртящият момент в асинхронния двигател се създава от взаимодействието на тока на ротора с магнитното поле на машината. Въртящият момент може да бъде изразен математически чрез електромагнитната мощност на машината:

където w 1 =2pn 1 /60 е ъгловата честота на въртене на полето.

На свой ред, n 1 \u003d f 1 60 / P, тогава

Заместваме израза R em \u003d R e2 / S във формулата M 1 и, разделяйки на 9,81, получаваме:

От това следва, че въртящият момент на двигателя е пропорционален на електрическите загуби в ротора. Заместете в последната формула стойността на тока I 2 ’:

Въпреки това, широкото развитие на технологиите, техническото творчество на учениците изисква познаване на редица допълнителни възможности за използване на тези материали. Нека разгледаме само няколко от тях.

5.18.2 Индукционни и фазови регулатори

Индукционните регулатори на напрежението са заключен асинхронен двигател с фазов ротор. Те могат да регулират напрежението в широк диапазон. Намотките на статора и ротора в регулатора са електрически свързани, но по такъв начин, че да могат да се изместват една спрямо друга чрез завъртане на ротора. Когато индукционният регулатор е свързан към мрежата, въртящият се магнитен поток индуцира EMF E 1 и E 2 в намотките на статора и ротора. Когато осите съвпадат в намотките, EMF E 1 и E 2 са във фаза, а максималната стойност на напрежението се задава на изходните клеми на регулатора.

Когато роторът се върти, осите на намотката се завъртат на определен ъгъл a. Векторът E 2 също се измества със същия ъгъл. В този случай изходното напрежение намалява. Чрез завъртане на ротора на 180 ° задаваме минималното напрежение на изхода.

Фазовият регулатор е предназначен да променя фазата на вторичното напрежение спрямо първичното. В този случай стойността на вторичното напрежение остава непроменена.

Фазорегулаторът е асинхронна машина, спираща се от специално ротационно устройство. Напрежението се подава към намотката на статора и се отстранява от ротора. За разлика от индукционния регулатор, тук намотките на статора и ротора не са електрически свързани. Промяната във фазата на вторичното напрежение се извършва чрез завъртане на ротора спрямо статора.

Използва се в автоматизацията и измервателната техника.

5.18.3 Асинхронен честотен преобразувател

Както знаете, честотата на тока в роторната верига на асинхронен двигател зависи от приплъзването, т.е. се определя от разликата между честотите на въртене на роторното и статорното поле.

Посоченото свойство позволява използването на двигателя като честотен преобразувател (фиг. 5.18.3.1). Ако намотката на статора е свързана към мрежата индустриална честота f 1 и роторът се завърта срещу полето на статора от външен двигател, след което приплъзването се увеличава и честотата на тока на ротора f 2 съответно се увеличава в сравнение с честотата на мрежата f 1 няколко пъти. Ако е необходимо да се намали текущата честота, тогава роторът на преобразувателя трябва да се завърти в посоката на въртящото се статорно поле.

5.18.4 Електромагнитен асинхронен съединител

Електромагнитният асинхронен съединител (фиг. 5.18.4.1) е подреден на принципа a синхронен двигатели служи за свързване на двете части на вала. На водещата част на вала 1 е поставена полюсната система 2, която представлява система от ясно изразени полюси с възбудителни намотки. Постоянният ток във възбудителната намотка се подава през контактни пръстени 4. Задвижваната част на съединителя 3 е направена според вида на роторната намотка на двигателя.

Принципът на работа на съединителя е подобен на работата на асинхронен двигател, само въртящият се магнитен поток тук се създава от механичното въртене на полюсната система. Въртящият момент от задвижващата част на вала към задвижваната част се предава електромагнитно. Съединителят се изключва чрез изключване на възбудителния ток.

Кръглото въртящо се магнитно поле има следните характерни свойства:

а) максимумите на получените MMF и индукционните вълни винаги съвпадат с оста на фазата, в която токът има максимум. Тази позиция може лесно да се провери чрез задаване на количеството ωt,съответстваща на максималния ток във фазата и определяща чрез (3.15) координатата на точката х, в който МДС Е" хмаксимум;

б) магнитното поле се движи към оста на фазата, в която се очаква най-близкият максимум. Това свойство следва пряко от предишното;

в) за да промените посоката на въртене на полето, е необходимо да промените реда на редуване на тока във фазите. При трифазни машини за това е необходимо да смените проводниците, които подават ток от трифазна мрежа към всеки две фази на намотката. При двуфазни машини трябва да превключите проводниците, които свързват фазите на намотката към двуфазната мрежа.

Елиптично поле.Възниква кръгово въртящо се магнитно поле със симетрията на токовете, преминаващи през фазите (симетрии на MMF на намотките на отделните фази), симетричното разположение на тези фази в пространството, времевото изместване между фазовите токове, равно на пространственото изместване между фази и синусоидалното разпределение на индукцията във въздушната междина на машината по обиколката на статора (ротора). Ако поне едно от посочените условия не е спазено, възниква не кръгово, а елипсовидно въртящо се поле, в което максималната стойност на резултантния MMF и индукция за различни моменти от време не остават постоянни, както в случая на кръгло поле. В такова поле пространственият вектор на MDS описва елипса (виж фиг. 3.12, V).

Елиптичното поле може да бъде представено като две еквивалентни кръгови полета, въртящи се в противоположни посоки. Нарича се поле, въртящо се в посоката на въртене на полученото елиптично поле директен;поле, въртящо се в обратна посока обратен.Разлагането на елиптичното поле на право и обратно кръгови полета се извършва по метода на симетричните компоненти, с помощта на който се определя ММП на правата и обратната последователности.

Помислете например за двуфазна машина, в която две фазови намотки (фази) са разположени на статора ОХИ ОТ, чиито оси са изместени в пространството с някакъв ъгъл α (фиг. 3.16, А). Токовете, преминаващи през тези фази и съответните MMF вектори FxAИ FxBизместен във времето с някакъв ъгъл β. Фази ОХИ ОТсъздават пулсиращи магнитни полета, синусоидално разпределени в пространството. MDS на тези фази, действащи във всяка точка хвъздушна междина,

FxA = FmA sin ωt cos(πx/τ); FxB = FmB sin(ωt + β)cos(πx/τ + α).

MMF на фазите AX и BY, подобно на (3.15), може да се представи като сума от две пътуващи вълни на MMF с противоположни посоки:

В изразите (3.21) времевите и пространствените ъгли се събират или изваждат, т.е. стават еквивалентни. Това се обяснява с факта, че пространственото положение на MMF вектора на въртящото се поле се определя от времето и честотата на тока, захранващ фазите - за един период полето се премества към двойка полюси. Полученото магнитно поле, създадено от комбинираното действие на двете намотки, може да се получи чрез добавяне на компонентите на MMF векторите на положителната последователност, въртящи се по посока на часовниковата стрелка (образувайки директно поле):

F "xA \u003d 0.5FmA sin (ωt - πx / τ) и F"xB \u003d 0.5FmB sin (ωt + β - πx / τ ± α),

Както и MDS вектори на отрицателната последователност, въртящи се обратно на часовниковата стрелка (образувайки обратно поле)

Общият ФПП на полета, въртящи се в противоположни посоки, т.е. F"x \u003d F"xA + F"xBИ F""x = F"xA + F"xB, не са равни по големина (фиг. 3.16.6), поради което резултантното поле на машината не е пулсиращо, а въртящо се. В това поле максималната стойност на резултантния MMF в различно време не остава постоянна, както в случая на кръгло поле, т.е. полето е елиптично. В двуфазна машина може да се получи и кръгово въртящо се поле; докато един от компонентите на MDS F"xили F"xтрябва да отсъства. Условията за получаване на кръгово поле в такава машина се свеждат до взаимно компенсиране на една от двойките MMF F"xAИ F"xBили F"xAИ F"xB. Последното може да бъде, ако посочените MDS са равни по амплитуда, но противоположни по фаза, т.е. α ± β = π .

Един от най-разпространените електрически двигатели, който се използва в повечето електрически задвижващи устройства, е асинхронният двигател. Този двигател се нарича асинхронен (несинхронен) поради това, че неговият ротор се върти с по-ниска скорост от тази на синхронния двигател, спрямо скоростта на въртене на вектора на магнитното поле.

Необходимо е да се обясни какво е синхронна скорост.

Синхронната скорост е скоростта, с която се върти магнитното поле в ротационна машина, за да бъдем точни, това е ъгловата скорост на въртене на вектора на магнитното поле. Скоростта на въртене на полето зависи от честотата на протичащия ток и броя на полюсите на машината.

Асинхронният двигател винаги работи със скорост, по-малка от скоростта на синхронно въртене, тъй като магнитното поле, образувано от намотките на статора, ще генерира противомагнитен поток в ротора. Взаимодействието на този генериран противомагнитен поток с магнитния поток на статора ще накара ротора да започне да се върти. Тъй като магнитният поток в ротора ще изостане, роторът никога няма да може самостоятелно да достигне синхронната скорост, тоест същата, с която се върти векторът на магнитното поле на статора.

Има два основни вида асинхронни двигатели, които се определят от вида на захранването. Това:

• монофазен асинхронен двигател;
• трифазен асинхронен двигател.

Трябва да се отбележи, че еднофазен асинхронен двигател не може самостоятелно да започне движение (въртене). За да започне да се върти, е необходимо да се създаде известно изместване от равновесното положение. Това се постига различни начини, с помощта на допълнителни намотки, кондензатори, превключване в момента на стартиране. За разлика от еднофазния асинхронен двигател, трифазният двигател може да започне независимо движение (въртене), без да прави промени в конструкцията или стартовите условия.

Индукционните двигатели с променлив ток (AC) са структурно различни от двигателите с постоянен ток (DC) по това, че захранването се подава към статора, за разлика от двигателя с постоянен ток, при който захранването се подава към арматурата (ротора) чрез четковия механизъм.

Принципът на работа на асинхронен двигател

Прилагайки напрежение само към намотката на статора, асинхронният двигател започва да работи. Интересно е да разберете как работи, защо се случва това? Много е просто, ако разберете как възниква процесът на индукция, когато в ротора се индуцира магнитно поле. Например в машините с постоянен ток е необходимо отделно да се създаде магнитно поле в арматурата (ротора) не чрез индукция, а чрез четки.

Когато подадем напрежение към намотките на статора, в тях започва да тече електрически ток, който създава магнитно поле около намотките. Освен това, от многото намотки, които са разположени на магнитната верига на статора, се образува общо статорно магнитно поле. Това магнитно поле се характеризира с магнитен поток, чиято величина се променя във времето, в допълнение към това посоката на магнитния поток се променя в пространството или по-скоро се върти. В резултат на това се оказва, че векторът на магнитния поток на статора се върти като неусукана прашка с камък.

В пълно съответствие със закона за електромагнитната индукция на Фарадей, в ротор, който има намотка с късо съединение (ротор с катерица). В тази намотка на ротора ще тече индуциран електрически ток, тъй като веригата е затворена и е в режим късо съединение. Този ток, точно като захранващия ток в статора, ще създаде магнитно поле. Роторът на двигателя се превръща в магнит вътре в статора, който има магнитно въртящо се поле. И двете магнитни полета от статора и ротора ще започнат да си взаимодействат, подчинявайки се на законите на физиката.

Тъй като статорът е неподвижен и магнитното му поле се върти в пространството, а в ротора се индуцира ток, което всъщност го прави постоянен магнит, подвижният ротор започва да се върти, защото магнитното поле на статора започва да го тласка, увличайки го със себе си. Роторът, така да се каже, е свързан с магнитното поле на статора. Може да се каже, че роторът се стреми да се върти синхронно с магнитното поле на статора, но това е непостижимо за него, тъй като в момента на синхронизация магнитните полета взаимно се компенсират, което води до асинхронна работа. С други думи, когато асинхронният двигател работи, роторът се плъзга в магнитното поле на статора.

Плъзгането може да бъде забавено или напреднало. Ако има закъснение, тогава имаме двигателен режим на работа, когато електрическата енергия се преобразува в механична, ако се получава плъзгане с ход на ротора, тогава имаме генераторен режим на работа, когато механичната енергия се преобразува в електрическа енергия.

Генерираният въртящ момент на ротора зависи от честотата на захранването на статора с променлив ток, както и от величината на захранващото напрежение. Чрез промяна на честотата на тока и големината на напрежението е възможно да се повлияе на въртящия момент на ротора и по този начин да се контролира работата на асинхронен двигател. Това важи както за монофазни, така и за трифазни асинхронни двигатели.

Видове асинхронни двигатели

Еднофазният асинхронен двигател е разделен на следните видове:

• С отделни намотки (двигател с раздвоена фаза);
• Със стартов кондензатор (Capacitor start motor);
• Със стартов кондензатор и кондензатор за работа (индукционен двигател за стартиране на кондензатор с кондензатор);
• С изместен полюс (двигател със засенчен полюс).

Трифазният асинхронен двигател е разделен на следните видове:

• С ротор с катерица във формата на катерица (асинхронен двигател с катерица);
• С контактни пръстени, фазов ротор (асинхронен двигател с контактни пръстени);

Както бе споменато по-горе, еднофазен асинхронен двигател не може сам да започне движение (въртене). Какво се има предвид под независимост? Това е моментът, в който машината започва да работи автоматично без влияние от външната среда. Когато включим домакински уред, например вентилатор, той започва да работи веднага, с натискане на клавиш. Трябва да се отбележи, че в ежедневието се използва еднофазен асинхронен двигател, например двигател във вентилатор. Как се получава такова самостоятелно изстрелване, ако по-горе е казано, че този тип двигател не го позволява? За да се разбере този въпрос, е необходимо да се проучат начините за стартиране на еднофазни двигатели.

Защо трифазният асинхронен двигател се стартира самостоятелно?

В трифазна система всяка фаза спрямо другите две има ъгъл, равен на 120 градуса. Така и трите фази са равномерно разположени в кръг, кръгът има 360 градуса, което е три пъти по 120 градуса (120+120+120=360).

Ако разгледаме три фази, A, B, C, тогава можем да видим, че само една от тях в началния момент от време ще има максималната стойност на моментната стойност на напрежението. Втората фаза ще увеличи стойността на напрежението си след първата, а третата фаза ще последва втората. Така имаме реда на фазите A-B-C при нарастване на стойността им и е възможен друг ред в низходящ ред напрежение C-B-A. Дори ако редуването е написано по различен начин, например вместо A-B-C, напишете B-C-A, тогава редуването ще остане същото, тъй като веригата на редуване във всеки ред образува порочен кръг.

Как ще се върти роторът на асинхронен трифазен двигател? Тъй като роторът се увлича от магнитното поле на статора и се плъзга в него, съвсем очевидно е, че роторът ще се движи в посоката на вектора на магнитното поле на статора. В каква посока ще се върти магнитното поле на статора? Тъй като намотката на статора е трифазна и трите намотки са равномерно разположени върху статора, генерираното поле ще се върти в посоката на фазовото въртене на намотките. Оттук вадим извод. Посоката на въртене на ротора зависи от реда на фазите на намотките на статора. Променяйки реда на редуване, фази, получаваме въртене на двигателя в обратна посока. На практика, за да промените въртенето на двигателя, е достатъчно да размените всеки две захранващи фази на статора.

Защо еднофазен асинхронен двигател не започва да се върти сам?

Поради причината, че се захранва от една фаза. Магнитното поле на монофазен двигател е пулсиращо, а не въртящо се. Основната задача на изстрелването е да се създаде въртящо се поле от пулсиращо поле. Този проблем се решава чрез създаване на фазово изместване в другата намотка на статора с помощта на кондензатори, индуктивности и пространственото разположение на намотките в конструкцията на двигателя.

Трябва да се отбележи, че еднофазните асинхронни двигатели са ефективни при използване при наличие на постоянно механично натоварване. Ако натоварването е по-малко и двигателят работи под максималното си натоварване, тогава неговата ефективност е значително намалена. Това е недостатък на еднофазния асинхронен двигател и затова, за разлика от трифазните машини, те се използват там, където механичното натоварване е постоянно.