Asinchroninio variklio veikimo principas pagrįstas besisukančių magnetinių laukų naudojimu ir pagrindiniais elektrotechnikos dėsniais.
Variklį prijungus prie trifazio srovės tinklo, statoriuje susidaro pastovaus dydžio, bet erdvėje besisukantis magnetinis laukas, kurio jėgos linijos kerta rotoriaus apvijų posūkius. Šiuo atveju pagal elektromagnetinės indukcijos dėsnį rotoriaus apvijoje indukuojamas EML, kurio reikšmė proporcinga susikirtimo dažniui. jėgos linijos. Veikiant sukeltam EML, voverės narvelio rotoriuje atsiranda didelės srovės.
Pagal Ampero dėsnį srovės laidininkus magnetiniame lauke veikia mechaninės jėgos, kurios pagal Lenco principą yra linkusios pašalinti priežastį, sukeliančią indukuotą srovę, t.y. rotoriaus apvijų strypų susikirtimas sukamojo lauko jėgos linijomis. Taigi susidariusios mechaninės jėgos suks rotorių lauko sukimosi kryptimi, sumažindamos rotoriaus apvijos strypų kirtimo greitį magnetinėmis jėgos linijomis.
Rotorius realiomis sąlygomis negali pasiekti lauko sukimosi dažnio, nes tada jo apvijos strypai būtų nejudantys magnetinių jėgos linijų atžvilgiu ir rotoriaus apvijoje išnyktų indukuotos srovės. Todėl rotorius sukasi mažesniu nei lauko sukimosi dažnis, t.y. nesinchronizuojamas su lauku arba asinchroniškai.
Norint pakeisti asinchroninio variklio rotoriaus sukimosi kryptį, reikia keisti magnetinio lauko sukimosi kryptį, t.y. pakeiskite statoriaus apvijų fazių seką perjungdami bet kuriuos du iš trijų varikliui tiekiančių fazių laidus.
Magnetinio lauko sukimosi dažnis n 1 (sinchroninis greitis) griežtai priklauso nuo dažnio f 1 įėjimo įtampa ir polių porų skaičius p variklis: n 1 = 60f 1 /p.
Iš to išplaukia, kad esant pramoniniam Rusijoje priimtos maitinimo įtampos dažniui ( f 1 \u003d 50 Hz), didžiausias magnetinio lauko apsisukimų skaičius yra 3000 aps./min. p= 1. Didėjant polių porų skaičiui, mažėja magnetinio lauko sukimosi dažnis, vadinasi, mažėja ir rotoriaus sukimosi dažnis. At p= 2,n= 1500 aps./min. ir kt.
Jei jėgos, lėtinančios rotoriaus sukimąsi, yra mažos, tai rotorius sukasi dažniu, artimu lauko sukimosi dažniui. Padidėjus variklio veleno apkrovai, rotoriaus greitis mažėja, jo apvijų posūkių srovės didėja, todėl padidėja variklio sukimo momentas. Esant tam tikram rotoriaus greičiui, susidaro pusiausvyra tarp stabdis ir sukimo momentas.
Slydimas ir rotoriaus greitis
Pažymėti n 2 asinchroninio variklio rotoriaus greitis ir per n 1 magnetinio lauko sukimosi dažnis. Ankstesnėje dalyje buvo parodyta, kad n 2 <n 1 .
Magnetinio lauko sukimosi dažnis rotoriaus atžvilgiu, t.y. skirtumas n 1 –n 2, paskambino stumdomas. Slydimas paprastai išreiškiamas lauko sukimosi dažnio dalimis ir žymimas simboliu s:
s = (n 1 – n 2)/ n 1 .
Slydimas priklauso nuo variklio veleno apkrovos. Esant vardinei apkrovai, jo vertė yra apie 0,05 mažoms mašinoms ir apie 0,02 galingiems varikliams.
Iš aukščiau pateiktos lygybės galime lengvai rasti ryšį: n 2 =n 1 (1 –s). Ir atlikę paprastą transformaciją, gauname variklio dažnio išraišką, patogią tolesniam samprotavimui: n 2 = 60f 1 (1 ‑s)/p.
Kadangi normaliai veikiant varikliui slydimas yra mažas, variklio greitis mažai skiriasi nuo lauko greičio.
Praktikoje slydimas dažnai išreiškiamas procentais:
b = 100 (n 1 – n 2)/ n 1 .
Daugumos asinchroninių variklių slydimas yra 2–6%.
Slydimas yra viena iš svarbiausių variklio savybių; Per jį išreiškiamas EMF ir rotoriaus srovė, sukimo momentas, rotoriaus greitis.
Kai stovi ( n 2 = 0) rotorius s= 1. Variklis turi tokį slydimą užvedimo momentu.
Kaip jau minėta, slydimas priklauso nuo variklio veleno apkrovos momento; vadinasi, rotoriaus greitis priklauso ir nuo veleno stabdymo momento. Vardinis rotoriaus greitis n 2,nom, atitinkanti apskaičiuotą apkrovos vertę M n, dažnis f 1,nomin ir tinklo įtampa U 1,nom, nurodyta vardinėje plokštelėje, pritvirtintoje prie asinchroninio variklio korpuso.
Indukcinio variklio greitis
n \u003d n 1 (1 - s) \u003d (60f 1 / p) (1 s) (85)
Iš šios išraiškos matyti, kad ją galima reguliuoti keičiant dažnį f1 maitinimo įtampa, polių porų skaičius R ir
slydimas s. Pastarasis, esant nurodytoms veleno momento vertėms M ext ir dažniui f 1, gali būti pakeistas įtraukiant reostatą į rotoriaus apvijos grandinę.
Reguliavimas keičiant maitinimo įtampos dažnį.Šis metodas reikalauja dažnio keitiklio, prie kurio turi būti prijungtas asinchroninis variklis. Valdomų puslaidininkinių vožtuvų (tiristorių) pagrindu sukurti statiniai dažnio keitikliai bei pastatyta nemažai eksperimentinių elektrinių ir dyzelinių lokomotyvų su asinchroniniais varikliais, kurių sukimosi greitis reguliuojamas keičiant maitinimo įtampos dažnį. Šis indukcinio variklio rotoriaus greičio valdymo būdas yra labai perspektyvus.
Reguliavimas keičiant polių porų skaičių.Šis metodas leidžia jums pakeisti greitį. Tuo tikslu atskiros ritės 1, 2 ir 3, 4, sudarančios vieną fazę (266 pav.), perjungiamos taip, kad jose atitinkamai pasikeistų srovės kryptis (pavyzdžiui, iš priebalsio nuoseklaus ryšio į priešingą). vienas). Su ričių priebalsiniu įtraukimu (266 pav., a) polių skaičius yra keturi, su priešingu inkliuzu (266 pav., b) - du. Kitų dviejų fazių ritės, pasislinkusios erdvėje 120 °, yra sujungtos taip pat. Tą patį polių skaičiaus sumažinimą galima pasiekti perjungiant ritinius iš nuoseklaus į lygiagretųjį jungimą. Pasikeitus polių skaičiui, keičiasi variklio magnetinio lauko sukimosi greitis n 1, taigi ir jo rotoriaus sukimosi greitis n. Jei jums reikia trijų ar keturių greičių n 1, tada ant statoriaus dedama kita apvija, kurią perjungiant galite gauti dar du dažnius. Yra variklių, kurie užtikrina greičio pokytį n 1 esant pastoviam didžiausiam sukimo momentui arba esant maždaug pastoviai galiai (267 pav.).
Asinchroniniame variklyje rotoriaus polių skaičius turi būti lygus statoriaus polių skaičiui. Voverės narvelio rotoriuje ši sąlyga įvykdoma automatiškai ir perjungiant statoriaus apviją nereikia keisti rotoriaus apvijos.
Variklyje su faziniu rotoriumi tokiu atveju tektų keisti rotoriaus apvijos polių skaičių, o tai labai apsunkintų jo konstrukciją, todėl toks greičio reguliavimo būdas naudojamas tik varikliuose su voverės narvelio rotoriumi. . Tokie varikliai turi didelius gabaritus ir svorį, palyginti su bendrosios paskirties varikliais, ir dėl to brangesni. Be to, reguliavimas atliekamas dideliais žingsniais; esant dažniui f 1 = 50 Hz, lauko sukimosi dažnis n 1 perjungimo metu kinta santykiu 3000:1500:1000:750.
Reguliavimas įtraukiant reostatą į rotoriaus grandinę.Į rotoriaus apvijų grandinę įtraukus skirtingų varžų reostatą (R p4, R pZ, R p2 ir kt.), gauname nemažai variklio reostatinių mechaninių charakteristikų 4, 3 ir 2. Šiuo atveju tam tikras apkrovos momentas M nom (268 pav.) atitiks mažesnius greičius n 4, n 3, n 2 ir tt, nei dažnis n e, kai variklis veikia pagal 1 natūralią charakteristiką (esant R p = 0). Šis valdymo būdas gali būti naudojamas tik varikliams su slydimo žiedais. Tai leidžia sklandžiai keisti greitį plačiame diapazone. Jo trūkumai – dideli energijos nuostoliai reguliavimo reostate, todėl naudojamas tik trumpalaikiams variklio darbo režimams (paleidžiant ir pan.).
Sukimosi krypties pakeitimas. Norint pakeisti variklio sukimosi kryptį, reikia pakeisti statoriaus apvijų sukuriamo magnetinio lauko sukimosi kryptį. Tai pasiekiama keičiant srovės kintamumo tvarką statoriaus apvijos fazėse. Pavyzdžiui, jei srovės maksimumai įeina į statoriaus apvijos 1 fazes (269 pav., a) tokia tvarka: fazė A - fazė B - fazė C, tai variklio rotorius 2 suksis pagal laikrodžio rodyklę. Tačiau jei jie tiekiami tokia seka: fazė B - fazė A - fazė C, tada rotorius pradės suktis prieš laikrodžio rodyklę. Tam reikia pakeisti statoriaus apvijų sujungimo su tinklu schemą, perjungiant bet kurias dvi fazes (laidus). Pavyzdžiui, statoriaus apvijos gnybtas A, kuris anksčiau buvo prijungtas prie linijinio laido L1, turi būti perjungtas į laidą L2, o šios apvijos gnybtas B, anksčiau prijungtas prie L2, turi būti perjungtas į laidą L1 (269 pav. b). Toks perjungimas gali būti atliekamas naudojant įprastą jungiklį.
Elektros varikliai. Asinchroniniai varikliai
Asinchroniniai varikliai vadinamos elektrinėmis mašinomis, turinčiomis bent dvi apvijas, kuriose kintamos įtampos yra fazinės viena kitos atžvilgiu.
Veikimo principas
Asinchroninėse sistemose tampa įmanoma sukurti besisukantį magnetinį lauką mechaniškai stacionariame įrenginyje. Ritė, prijungta prie kintamosios srovės šaltinio, sukuria pulsuojantį magnetinį lauką, tai yra magnetinį lauką, kurio vertė ir kryptis keičiasi.
Ryžiai. 16.6. Variklio ritės prijungimas prie trifazio įtampos šaltinio
Ryžiai. 16.7. Trifazės sistemos srovių kitimo grafikas
Cilindre, kurio vidinis skersmuo D, ant paviršiaus dedamos trys ritės, erdviškai pasislinkusios viena kitos atžvilgiu 120°. Ritės prijungtos prie trifazio įtampos šaltinio (16.6 pav.). Ant pav. 16.7 parodytas momentinių srovių, kurios sudaro trifazę sistemą, grafikas.
Kiekviena ritė sukuria pulsuojantį magnetinį lauką. Ričių magnetiniai laukai, sąveikaudami vienas su kitu, sudaro susidariusį besisukantį magnetinį lauką, kuriam būdingas susidariusios magnetinės indukcijos vektorius.
Ant pav. 16.8 parodytas kiekvienos fazės magnetinės indukcijos vektorius ir gautas vektorius, sudarytas tris kartus t 1, t 2, t 3. Ričių ašių teigiamos kryptys pažymėtos +1, +2, +3.
Šiuo metu t \u003d t 1 srovė ir magnetinė indukcija A-X ritėje yra teigiamos ir maksimalios, B-Y ir C-Z ritėse yra vienodos ir neigiamos. Susidariusios magnetinės indukcijos vektorius lygus ritinių magnetinių indukcijų vektorių geometrinei sumai ir sutampa su ritės A-X ašimi. Šiuo metu t \u003d t 2 srovės ritėse A-X ir C-Z yra vienodo dydžio ir priešingos krypties. Srovė B fazėje yra lygi nuliui. Gautas magnetinės indukcijos vektorius pasuko pagal laikrodžio rodyklę 30°.
Ryžiai. 16.8. Trijų laiko momentų magnetinės indukcijos vektoriai
Šiuo metu t \u003d t 3 srovės ritėse A-X ir B-Y yra vienodo dydžio ir teigiamos, srovė C-Z fazėje yra maksimali ir neigiama, susidariusio magnetinio lauko vektorius yra neigiama kryptimi. C-Z ritės ašis. Kintamosios srovės laikotarpiu susidariusio magnetinio lauko vektorius pasisuks 360°. Tiesinis magnetinės indukcijos vektoriaus judėjimo greitis
kur yra kintamosios įtampos dažnis; T – sinusinės srovės periodas; pg - magnetinio lauko sukimosi dažnis arba sinchroninis sukimosi dažnis. Per laikotarpį T magnetinis laukas pasislenka atstumu kur
Polių padalijimas arba atstumas tarp magneto polių
laukas palei cilindro, kurio skersmuo D, perimetrą.
Linijinis greitis nuo
kur n 1 - sinchroninis kelių polių magnetinio lauko sukimosi dažnis su polių porų skaičiumi R.
Ritės, parodytos fig. 16.6, sukurti bipolinį magnetinį lauką, kurio polių skaičius 2P = 2. Lauko sukimosi dažnis yra 3000 aps./min. Norint gauti keturių polių magnetinį lauką, į cilindrą, kurio skersmuo D, reikia įdėti šešias rites, po dvi kiekvienai fazei. Tada pagal (16.7) formulę magnetinis laukas suksis dvigubai lėčiau, n 1 = 1500 aps./min.
Norint gauti besisukantį magnetinį lauką, turi būti įvykdytos dvi sąlygos:
- 1 sąlyga – turėti bent dvi erdvėje pasislinkusias spirales.
- 2 sąlyga - prijunkite sroves, kurios nėra fazės, su ritėmis.
Dizainas
Indukciniame variklyje yra fiksuota dalis, vadinama statoriumi, ir besisukanti dalis, vadinama rotoriumi. Statoriuje yra apvija, kuri sukuria besisukantį magnetinį lauką. Yra asinchroniniai varikliai su voverės narveliu ir faziniu rotoriumi. Rotoriaus grioveliuose su trumpojo jungimo apvijaįdėti aliuminio arba vario strypai. Galuose strypai uždaromi aliuminio arba vario žiedais. Statorius ir rotorius pagaminti iš elektrotechninio plieno lakštų, siekiant sumažinti sūkurinių srovių nuostolius. Fazinis rotorius turi trifazę apviją (skirta trifazis variklis). Fazių galai sujungiami į bendrą mazgą, o pradžios išvedamos į tris kontaktinius žiedus, esančius ant veleno. Ant žiedų uždedami fiksuoto kontakto šepečiai. Prie šepečių prijungtas paleidimo reostatas. Užvedus variklį, paleidimo reostato varža palaipsniui mažinama iki nulio.
Indukcinio variklio veikimo principas
Asinchroninio variklio veikimo principas bus svarstomas paveikslėlyje parodytame modelyje. 16.9.
Statoriaus besisukantį magnetinį lauką pavaizduojame kaip nuolatinį magnetą, besisukantį sinchroniniu sukimosi dažniu u. Rotoriaus uždaros apvijos laidininkuose indukuojamos srovės. Magneto poliai juda pagal laikrodžio rodyklę. Stebėtojui, padėtam ant besisukančio magneto, atrodo, kad magnetas yra nejudantis, o laidininkai rotacinė apvija judėti prieš laikrodžio rodyklę. Rotoriaus srovių kryptys, nustatytos pagal dešinės rankos taisyklę, parodytos Fig. 16.9.
Ryžiai. 16.9. Indukcinio variklio modelis
Naudodami kairiosios rankos taisyklę, nustatome elektromagnetinių jėgų, veikiančių rotorių ir sukeliančių jo sukimąsi, kryptį. Variklio rotorius suksis n 1 greičiu statoriaus lauko sukimosi kryptimi. Rotorius sukasi asinchroniškai, ty jo sukimosi dažnis n 2 yra mažesnis už statoriaus lauko sukimosi dažnį w. Santykinis skirtumas tarp statoriaus ir rotoriaus laukų greičių vadinamas slydimu:
Slydimas negali būti lygus nuliui, nes esant vienodam lauko ir rotoriaus greičiui, srovių indukcija rotoriuje nutrūktų ir dėl to nebūtų elektromagnetinio sukimo momento.
Besisukantis elektromagnetinis sukimo momentas yra subalansuotas priešingo stabdymo momento.Didėjus variklio veleno apkrovai, stabdymo momentas tampa didesnis už sukimosi momentą, didėja slydimas. Dėl to padidėja EML ir rotoriaus apvijoje sukeltos srovės. Sukimo momentas didėja ir tampa lygus stabdymo momentui. Sukimo momentas gali padidėti didėjant slydimui iki tam tikros didžiausios vertės, po kurios, toliau didėjant stabdymo momentui, sukimo momentas smarkiai sumažėja ir variklis sustoja.
Jei užstrigusio variklio slydimas yra lygus vienetui, vadinasi, variklis veikia trumpojo jungimo režimu. Neapkrauto indukcinio variklio sukimosi greitis n 2 yra maždaug lygus sinchroniniam dažniui n 1 .
Jei neapkrauto variklio slydimas yra S = 0, vadinasi, variklis dirba tuščiąja eiga.
Asinchroninės mašinos, veikiančios variklio režimu, slydimas svyruoja nuo nulio iki vieneto. Asinchroninė mašina gali veikti generatoriaus režimu. Norėdami tai padaryti, jo rotorius turi būti sukamas trečiosios šalies varikliu statoriaus magnetinio lauko sukimosi kryptimi, kurio dažnis n 2 > n 1. Paslysti asinchroninis generatorius S< 0.
Asinchroninė mašina gali veikti elektros mašinos stabdžio režimu. Norėdami tai padaryti, jo rotorių reikia pasukti priešinga statoriaus magnetinio lauko sukimosi krypčiai. Šiuo režimu S > 1.
Paprastai asinchroninės mašinos naudojamos variklio režimu. Indukcinis variklis yra labiausiai paplitęs variklių tipas pramonėje. Lauko sukimosi dažnis asinchroniniame variklyje yra griežtai susijęs su tinklo dažniu f 1 ir statoriaus polių porų skaičiumi.
Esant dažniui f 1 = 50 Hz, yra taip greičio diapazonas(P – n 1, aps./min.):
Iš (16.7) formulės gauname
Statoriaus lauko greitis rotoriaus atžvilgiu vadinamas slydimo greičiu
Srovės dažnis ir EML rotoriaus apvijoje
Užrakinto rotoriaus asinchroninė mašina veikia kaip transformatorius. Pagrindinis magnetinis srautas sukelia statoriaus ir fiksuoto rotoriaus apvijų EMF E 1 ir E 2K:
kur Ф m - didžiausia pagrindinio magnetinio srauto, sujungto su statoriaus ir rotoriaus apvijomis, vertė; W 1 ir W 2 - statoriaus ir rotoriaus apvijų apsisukimų skaičius; - įtampos dažnis tinkle; K 01 ir K 02 - statoriaus ir rotoriaus apvijų apvijų koeficientai.
Norint gauti palankesnį magnetinės indukcijos pasiskirstymą oro tarpe tarp statoriaus ir rotoriaus, statoriaus ir rotoriaus apvijos nekoncentruojamos viename poliuje, o paskirstomos išilgai statoriaus ir rotoriaus perimetrų. Paskirstytos apvijos EML yra mažesnis nei vienkartinės apvijos EMF. Į šį faktą atsižvelgiama įvedant apvijų koeficientus į formules, kurios nustato apvijų elektrovaros jėgų dydį. Apvijų koeficientų reikšmės yra šiek tiek mažesnės už vienetą. EMF besisukančio rotoriaus apvijoje
Veikiančios mašinos rotoriaus srovė
kur R2 - aktyvus pasipriešinimas rotoriaus apvija; x 2 - rotoriaus apvijos indukcinė varža,
Kur x 2K yra užblokuoto rotoriaus indukcinė varža. Tada
Vienfazis variklis turi vieną apviją, esančią ant statoriaus. Vienfazė apvija, maitinama kintamoji srovė, sukurs pulsuojantį magnetinį lauką. Šiame lauke pastatykime rotorių su trumpo jungimo apvija. Rotorius nesisuks. Jei suksite rotorių bet kuria kryptimi su trečiosios šalies mechanine jėga, variklis veiks stabiliai. Tai galima paaiškinti taip.
Pulsuojantį magnetinį lauką galima pakeisti dviem magnetiniai laukai, besisukantis priešingomis kryptimis sinchroniniu dažniu n1 ir turintis magnetinių srautų amplitudes, lygias pusei pulsuojančio lauko magnetinio srauto amplitudės. Vienas iš magnetinių laukų vadinamas į priekį besisukančiu, kitas – atvirkštiniu. Kiekvienas magnetinis laukas rotoriaus apvijoje sukelia sūkurines sroves. Sūkurinėms srovėms sąveikaujant su magnetiniais laukais susidaro sukimo momentai, kurie nukreipti vienas prieš kitą. Ant pav. 16.10 rodo momento priklausomybes nuo tiesioginio lauko M ", momento nuo atvirkštinio lauko M" ir gauto momento M slydimo funkcijoje M \u003d M "- M ".
Ryžiai. 16.10. Tiesioginio lauko momento, atvirkštinio lauko ir susidariusio momento priklausomybė nuo slydimo
Stumdomos ašys yra nukreiptos viena priešais kitą. Paleidimo režimu rotorius yra veikiamas vienodo dydžio ir priešingos krypties sukimo momento. Pasukime rotorių trečiosios šalies jėga abipusio magnetinio lauko kryptimi. Atsiras perteklinis (atsiradęs) sukimo momentas, kuris pagreitins rotorių iki greičio, artimo sinchroniniam. Šiuo atveju variklio slydimas grįžtamojo magnetinio lauko atžvilgiu
Variklio slydimas atvirkščiai besisukančio magnetinio lauko atžvilgiu
Atsižvelgdami į gautą charakteristiką, galime padaryti tokias išvadas.
1 išvada. Vienfazis variklis neturi paleidimo momentas. Jis suksis ta kryptimi, kuria jį sukasi išorinė jėga.
2 išvada. Dėl atvirkštinio sukamojo lauko stabdymo vienfazio variklio našumas yra prastesnis nei trifazio variklio.
Norėdami sukurti pradžios momentą vienfaziai varikliai tiekimas su pradine apvija, erdviškai paslinkta pagrindinės apvija atžvilgiu, darbo apvija 90°. Pradinė apvija prijungiama prie tinklo per fazės poslinkius: kondensatorių arba aktyviąją varžą.
16.11 paveiksle pavaizduota variklio apvijos perjungimo grandinė, kur P – darbinė apvija, P – paleidimo apvija. Fazių poslinkio elemento C talpa parenkama taip, kad srovės darbo ir paleidimo apvijose fazėje skirtųsi 90 °. Trifazis asinchroninis variklis gali būti valdomas iš vienfazis tinklas jei sujungsite jo apvijas pagal toliau pateiktas schemas (16.12 pav.).
Diagramoje, parodytoje pav. 16.12, o statoriaus apvijos sujungtos žvaigždute, o schemoje pav. 16.12, b - trikampis. Talpos vertė C ~ 60 uF 1 kW galios.
Ryžiai. 16.11. Vienfazio variklio apvijų įjungimo schema
Ryžiai. 16.12. Trifazio variklio apvijų įjungimo vienai fazei schemos: a - pirmoji parinktis; b - antrasis variantas