Elektromagnetizmo teorija, kuri yra raktas į elektros variklyje vykstančius procesus, yra per daug sudėtinga, todėl norint apskritai suprasti elektros variklio veikimo principą, pakaks supaprastinto teorinių pagrindų paaiškinimo.
Už nuoseklų perėjimą prie transformacijos supratimo elektros energijaį mechaninę, būtina atnaujinti pagrindinių sąvokų atmintį iš mokyklos kursas fizika:
- Aplink laidininką, apvyniotą ant ritės, kai jo viduje teka nuolatinė elektros srovė, atsiranda elektromagnetinis laukas, savo savybėmis identiškas įprasto magneto laukui;
- Ritės viduje esanti geležies ir jos lydinių šerdis pagerina elektromagnetinio srauto pralaidumą, o tai sustiprina magnetinę sąveiką;
- Kintamoji srovė ritėje nuolat permagnetina šerdį, vadinamą magnetine grandine, pagamintą iš specialaus elektromagnetinio plieno;
- Laidininko judėjimas per magnetines linijas sukelia jame elektrovaros jėgą (EMF);
- Magnetinis srautas perduodamas tarp dviejų magnetinių grandinių per nedidelį oro tarpą;
Statoriaus veikimo principas
Asinchroninio elektros variklio ritės vadinamos apvijomis, kurios yra statoriaus grioveliuose. Trifaziai asinchroniniai varikliai turi tas pačias fazines apvijas, išdėstytas simetriškai viena kitai, o jų ašys sudaro 120º kampą.
Kiekvienos variklio apvijos fazės sinusinė banga
Kaip žinote, kiekvienos fazės srovės sinusoidas, palyginti su ankstesne, pasislenka trečdaliu periodo, dėl kurio magnetinių srautų stiprumas apvijose keičiasi tuo pačiu principu. Pridėjus elektromagnetinio lauko krypties vektorius vienu momentu, galite gauti bendrą magnetinį srautą.
Pridėjus šiuos vektorius skirtingais periodo intervalais, matosi, kad bendro magnetinio srauto kryptis sukasi sinchroniškai su srovės svyravimais. Magnetinio srauto sukimosi duomenys gali būti vertinami kaip besisukantis nuolatinis pasagos magnetas.
Taigi, variklio veikimo principas kintamoji srovė(sinchroninis arba asinchroninis) susideda iš besisukančio statoriaus elektromagnetinio lauko sukūrimo.
Sinchroninio sukimosi principas
Jei eksperimentui prie sukimosi ašies pritvirtinamas pasagos formos magnetas, tai bet koks metalinis objektas, pritvirtintas tarp nepriklausomos ašies polių, judės sinchroniškai. Būtų logiška rotorių pastatyti statoriaus centre su trifazėmis apvijomis formoje nuolatinis magnetas gauti sinchroninį variklį.
Sinchroninis variklis
Tačiau net jei naudojami galingi šiuolaikiniai magnetai, kintamo elektromagnetinio lauko sukuriamos sūkurinės srovės įkaitins rotorių ir taip atims jo magnetines savybes, kurios priklauso nuo nuolatinio magneto temperatūros. Kalbant apie statorių, ši problema buvo išspręsta surenkant šerdį plokščių pavidalu iš specialaus elektrinio plieno.
Statorius surenkamas iš elektrotechninio plieno lakštų. a) Surinktas vaizdas, b) pats statorius
Tokiu būdu neįmanoma surinkti rotoriaus sluoksninio nuolatinio magneto pavidalu, todėl buvo naudojamos žadinimo ritės, kurios yra nuolatinis elektromagnetas. Toks elektros variklio veikimo principas yra sinchroninis – rotoriaus velenas juda sinchroniškai su besisukančio statoriaus elektromagnetiniu lauku.
Indukcinio variklio veikimo principas
Asinchroniniame variklyje su voverės narvelio rotorius Reikia pabrėžti du pagrindinius dalykus:
- Elektros srovės indukcija trumpuose rotoriaus apvijos posūkiuose, dėl besisukančio statoriaus elektromagnetinio lauko;
- Magnetinio srauto atsiradimas rotoriaus apvijos sąveikaujantis su besisukančiu statoriaus magnetiniu lauku.
Būtina atsižvelgti į rotoriaus magnetinio lauko atsiradimo procesus nuo variklio užvedimo momento. Statoriaus elektromagnetinis laukas pradeda suktis iš karto po to, kai įtampa įjungiama į statoriaus apvijas. Rotoriaus velenas šiuo metu yra ramybės būsenoje, o jo posūkiuose su lauko sukimosi dažniu indukuojama kintamoji srovė.
Kiekvienu laiko momentu, kai besisukančio elektromagnetinio lauko polius praeina šalia vienos trumpai sujungtos ritės, jame susidaro sąveikaujantis magnetinis laukas, kuris linkęs pritraukti rotoriaus ritę, einantį paskui judančio elektromagnetinio lauko tolstantį polių.
Šie procesai vyksta visuose trumpojo jungimo posūkiuose sukantis aplink juos laukui, dėl ko bendra sukimo momentas rotoriaus velenas. Taigi asinchroninio tipo elektros variklio veikimo principas yra statoriaus ir rotoriaus elektromagnetinių laukų sąveika.
slydimo efektas
Variklio velenui įsibėgėjus, pasisuka trumpojo jungimo rotoriaus susikirtimo dažnis jėgos linijos besisukantis magnetinis srautas sumažės. Variklio velenas bus linkęs pasivyti besisukantį lauką.
Tačiau kai tik rotoriaus velenas ir statoriaus laukas atsipalaiduoja vienas kito atžvilgiu, trumpieji posūkiai nebekirs elektromagnetinio lauko jėgos linijų, o tai reiškia, kad jie nebus indukuojami. elektros. EML išnykimas rotoriaus posūkiuose sukels sukimo momento praradimą. Tokia variklio būsena vadinama idealia tuščiąja eiga.
Tačiau realiomis sąlygomis dėl trinties jėgos prarandama inercija, o elektros variklio rotorius atsiliks nuo besisukančio statoriaus lauko, o tai sukels EML trumpojo jungimo posūkiuose. jų magnetinio srauto jėgos linijų sankirta.
Šis efektas vadinamas rotoriaus slydimu statoriaus lauko atžvilgiu, su kuriuo jis niekada negali nusistovėti ir sinchroniškai su juo suktis.
Todėl tokie varikliai vadinami asinchroniniais (ne sinchroniniais). Kitaip tariant, variklio su voverės narvelio rotoriumi veikimo principas yra slydimo efektas, būtinas EML atsiradimui rotoriaus posūkiuose.
Optimalus slydimo režimas
Akivaizdu, kad maksimalus EMF trumpojo jungimo posūkiuose bus indukuojamas paleidimo momentu, tačiau laminuoto rotoriaus magnetinė grandinė nėra skirta tokiam dažnam įmagnetinimo apsisukimui, todėl šiuo režimu elektros variklio efektyvumas ir jo sukimo momentas bus mažas.
Kita vertus, artėjant prie sinchroninio rotoriaus veleno ir statoriaus lauko judėjimo, EMF artėja prie nulio, o tai taip pat lems momento išnykimą. Štai kodėl asinchroninis elektros variklis, turintis trumpai sujungtus rotoriaus posūkius, apskaičiuojamas taip, kad slydimo koeficientas
buvo 2÷5 proc. Šiose ribose variklio charakteristikos bus maksimalios.
Pagal konstrukciją asinchroniniai varikliai skirstomi į į du pagrindinius tipus: su voverės narvelio rotoriumiir fazinis rotorius (pastarieji taip pat vadinami varikliaissu slydimo žiedais). Svarstomi varikliai yrajie turi tą pačią statoriaus konstrukciją ir skiriasi tik apvija rotorių.
Varikliai su voverės narveliais. Ant statoriaus (5.3 pav.) yra trifazė apvija, kuris prisijungus prie tinklo trifazė srovė sukuria besisukantį magnetinį lauką. Rotoriaus apvija pagaminta voverės pavidaluląstelėse, yra trumpasis jungimas ir išvadų nėra Tai turi.
„Voverės narvas“ sudarytas iš vario arba aliuminiostrypai, trumpai sujungti galuose su dviem žiedais(5.4 pav., a).Šios apvijos strypai įkišti į grioveliusrotoriaus šerdis be jokios izoliacijos. varikliuosemažas ir vidutinė galia„voverės narvas“ paprastai pagamintas pilant išlydytą aliuminį lydinio į rotoriaus šerdies griovelius (5.4 pav., b). Kartu su"voverės narvelio" strypai užmetė trumpąjį jungimąžiedai ir galinės mentės ventiliacijaiautomobiliai. Šiam tikslui ypač tinka aliuminis.turintis mažą tankį, tirpumą irtiksliai didelis elektros laidumas. dideli automobiliuoseveikia voverės narvelio rotoriaus galios lizdaipusiau uždaras, mažos galios mašinose - uždaras.Abi griovelių formos leidžia gerai sutvirtinti laidininkusrotoriaus apvijos, nors jos šiek tiek padidina srautusrotoriaus apvijos sklaida ir indukcinė varža.
Didelės galios varikliuose atliekamas „voverės narvas“. pagaminti iš varinių strypų, kurių galai suvirintiį trumpojo jungimo žiedus (5.4 pav., c). Įvairios formosrotoriaus angos parodytos fig. 5.4, G.
Elektriškai „voverės narvas“ yra yra daugiafazė apvija, sujungta pagal schemąΥ ir trumpasis jungimas. Apvijos fazių skaičius t 2 lygusrotoriaus lizdų skaičiusz 2 ir kiekviename
Ryžiai. 5.3.Voverės narvelio indukcinio variklio įtaisas
rotorius:
1 - rėmas; 2 - statoriaus šerdis; 3 - rotoriaus šerdis; 4 - apvija
rotorius „voverės narvas“; 5 - statoriaus apvija; 6 - ventiliacijos mentės
rotorius; 7 - guolio skydas; 8 - ventiliatoriaus korpusas; 9 - ventiliatorius
fazė apima vienas lazdele ir gretimose srityse trumpas veržiantys žiedai.
Dažnai indukciniai varikliai su faze ir trumpuoju uždaras rotorius turi nuožulnus plyšius ant statoriaus arba rotorius. Siekiant sumažinti, padaryti kūginiai grioveliaididesnė harmoninė EML, kurią sukelia magnetų pulsacijossrautą dėl dantų buvimo, sumažinti keliamą triukšmąmagnetinės priežastys, pašalinkite klijavimo reiškinįrotorius prie statoriaus, kuris kartais pastebimas mikro variklius.
Ryžiai. 5.4.Voverės narvelio dizainas:
1 - rotoriaus šerdis; 2 - strypai; 3 - ventiliatoriaus mentės; 4 - trumpasis jungimas -
duobių žiedai
Apvyniotų rotorių varikliai(5.5 pav., a). Statoriaus apvija pagaminta taip pat, kaip ir varikliuose su voverės narveliais. rotorius. Rotorius turi trifazę apviją su ta pačiastulpų skaičius. Rotoriaus apvija paprastai yra prijungta schema Y , kurių trys galai veda į tris kontaktusžiedai (5.5 pav., b) sukasi su mašinos velenu.Metalinių-grafito šepečių pagalba, slystančiais palei kon ciklo žiedai, paleidimo arba balasto reostatas yra įtrauktas į rotorių, ty jie įvedami į kiekvieną rotoriaus fazę papildomas aktyvus pasipriešinimas.
Siekiant sumažinti žiedų ir šepečių, fazių variklių susidėvėjimąkartais turi įtaisus kėlimuišepečiai ir trumpasis žiedų jungimas po išjungimoreostatas. Tačiau šių įrenginių įvedimas apsunkina elektros variklio konstrukcija ir šiek tiek sumažina patikimumą jo darbo, todėl dažniausiai naudojamos konstrukcijos, kurioje šepečiai nuolat liečiasi su kontaktu žiedai. Pagrindiniai variklio konstrukciniai elementaisu faziniu rotoriumi parodyta fig. 5.6.
Įvairių tipų variklių pritaikymo sritys. Autorius voverės narvelių variklių konstrukcijosdaugiau variklių su faziniu rotoriumi ir patikimesniveikia (jie neturi žiedų ir šepečių,reikalaujanti sistemingo stebėjimo, periodiškai
Ryžiai. 5.5.Asinchroninio variklio su faziniu rotoriumi įtaisas a)
ir jo įtraukimo schema (b):
1 - statoriaus apvija; 2 - statoriaus šerdis; 3 - rėmas; 4 - šerdisrotorius; 5 - rotoriaus apvija; 6 - velenas; 7-žiedai; 8 - paleidimo reostatas
pakaitalai ir pan.). Pagrindiniai šių variklių trūkumai yra santykinai mažas pradinis sukimo momentas ir reikšmingaspaleidimo srovė. Todėl jie naudojami tose elektros pavaros, kuriose nereikia didelio paleidimo momento(metalo apdirbimo staklių, ventiliatorių ir kt. elektrinės pavaros). Mažos galios asinchroniniai varikliai ir mikrovarikliai taip pat veikia su voverės narve rotorius.
Kaip parodyta toliau, varikliuose su slydimo žiedaisnaudojant paleidimo reostatą galima padidinti paleidimo momentą iki didžiausios vertės irsumažinti paleidimo srovę. Todėl šie varikliaigali būti naudojamas mašinoms ir mechanizmams vairuoti,
Ryžiai. 5.6.Indukcinio variklio su faziniu rotoriumi statorius ir rotorius:
1 - statoriaus apvija; 2 - rėmas; 3 - statoriaus šerdis; 4 - dėžėsu išvadomis; 5 - rotoriaus šerdis; 6 - rotoriaus apvija; 7 - slydimo žiedai
kurios paleidžiamos esant didelei apkrovai (elektros kėlimo mašinų pavaros ir kt.).
Kintamosios srovės varikliai, kurie savo darbui naudoja besisukantį statoriaus magnetinį lauką, šiuo metu yra labai paplitę. elektros mašinos. Vadinami tie, kurių rotoriaus greitis skiriasi nuo statoriaus magnetinio lauko sukimosi dažnio asinchroniniai varikliai.
Ryšium su dideli pajėgumai energijos sistemos ir ilgas elektros tinklai vartotojams visada tiekiama kintamoji srovė. Todėl natūralu siekti maksimalaus panaudojimo elektros varikliai kintamoji srovė. Atrodo, kad tai išlaisvina nuo kelių energijos konversijų poreikio.
Deja, kintamosios srovės varikliai savo savybėmis ir, svarbiausia, valdomumu, yra gerokai prastesni už variklius. nuolatinė srovė, todėl jie daugiausia naudojami įrenginiuose, kuriuose greičio reguliavimas nereikalingas.
Palyginti neseniai reguliuojamos kintamosios srovės sistemos buvo pradėtos aktyviai naudoti su kintamosios srovės variklių prijungimu.
Asinchroniniai varikliai yra plačiai naudojami įvairiuose ūkio ir gamybos sektoriuose dėl jų gamybos paprastumo ir didelio patikimumo. Tačiau yra keturi pagrindiniai tipai indukciniai varikliai:
vienfazis asinchroninis variklis su voverės narvelio rotoriumi;
dviejų fazių asinchroninis variklis su voverės narvelio rotoriumi;
trifazis asinchroninis variklis su voverės narvelio rotoriumi;
trifazis asinchroninis variklis su faziniu rotoriumi.
Vienfaziame asinchroniniame variklyje yra tik vienas darbo apvija, kuri variklio veikimo metu tiekiama kintama srove. Bet varikliui užvesti ant jo statoriaus yra papildoma apvija, kuri trumpam per kondensatorių ar induktyvumą prijungiama prie tinklo arba trumpai jungiama. Tai būtina norint sukurti pradinį fazės poslinkį, kad rotorius pradėtų suktis, kitaip pulsuojantis statoriaus magnetinis laukas nepastumtų rotoriaus iš savo vietos.
Tokio variklio, kaip ir bet kurio kito asinchroninio variklio su voverės narveliu, rotorius yra cilindrinė šerdis su aliuminio užpildytais grioveliais, su vienu metu išlietomis ventiliacijos mentėmis. Toks „voverės narvelio“ tipo rotorius vadinamas voverės narvelio rotoriumi. Vienfaziai varikliai naudojami mažos galios prietaisuose, tokiuose kaip kambario ventiliatoriai ar maži siurbliai.
Dviejų fazių indukciniai varikliai yra efektyviausi, kai jie veikia iš vienfazio kintamosios srovės tinklo. Juose yra dvi darbinės statoriaus apvijos, išdėstytos statmenai, o viena iš apvijų yra tiesiogiai prijungta prie kintamosios srovės tinklo, o antroji - per fazės poslinkio kondensatorių, taip gaunamas besisukantis magnetinis laukas ir be kondensatoriaus, pats rotorius nejudėtų.
Šie varikliai taip pat turi voverės narvelio rotorių, o jų pritaikymas yra daug platesnis nei vienfazių variklių. Čia jau Skalbimo mašinos, ir įvairios mašinos. Dviejų fazių varikliai maitinimo tiekimui iš vienfaziai tinklai paskambino kondensatorių varikliai, nes fazių poslinkio kondensatorius dažnai yra neatsiejama jų dalis.
Trifaziame asinchroniniame variklyje yra trys darbinės statoriaus apvijos, paslinktos viena kitos atžvilgiu taip, kad prijungus prie trifazio tinklo, jos magnetiniai laukai gaunami erdvėje paslinkę vienas kito atžvilgiu 120 laipsnių. Prijungiant trifazį variklį prie trifazis tinklas kintamoji srovė, atsiranda besisukantis magnetinis laukas, paleidžiantis voverės narvelio rotorių.
Trifazio variklio statoriaus apvijos gali būti prijungtos pagal „žvaigždės“ arba „trikampio“ schemą, o norint maitinti variklį pagal „žvaigždės“ schemą, reikia didesnės įtampos nei „trikampio“ schemai, ir todėl ant variklio nurodomos dvi įtampos, pavyzdžiui: 127 / 220 arba 220/380. Trifaziai varikliai nepamainomas vairuojant įvairias stakles, gerves, diskinius pjūklus, kranus ir kt.
Trifazis asinchroninis variklis su faziniu rotoriumi turi statorių, panašų į aukščiau aprašytus variklių tipus - laminuotą magnetinę grandinę su trimis apvijomis, kurios įdėtos į jos griovelius, tačiau į fazinį rotorių pilami ne aliuminio strypai, o pilnas. vingiuota trifazė apvija jau paklota, į. Fazinio rotoriaus apvijos žvaigždės galai nukreipiami į tris kontaktinius žiedus, sumontuotus ant rotoriaus veleno ir elektra izoliuotus nuo jo.
1 - korpusas su langinėmis, 2 - šepečiai, 3 - šepečio traversas su šepečių laikikliais, 4 - šepečio skersinis tvirtinimo kaištis, 5 - šepečių laidai, 6 - blokas, 7 - izoliacinė įvorė, 8 - kontaktiniai žiedai, 9 - išorinis guolio dangtis, 10 - kaištis dėžutės ir guolių dangtelių tvirtinimui, 11 - galinis skydas, 12 - rotoriaus apvija, 13 - apvijos laikiklis, 14 - rotoriaus šerdis, 15 - rotoriaus apvija, 16 - priekinio galo skydas, 7 - išorinis guolio dangtis, 18 - ventiliacijos angos, 19 - rėmas, 20 - statoriaus šerdis, 21 - vidinio guolio dangtelio smeigės, 22 - tvarstis, 23 - vidinis guolio gaubtas, 21 - guolis, 25 - velenas, 26 - slydimo žiedai, 27 - rotoriaus apvijų laidai
Per šepetėlius žiedai taip pat tiekiami trifaziai kintamoji įtampa, o jungtis galima tiek tiesiogiai, tiek per reostatus. Žinoma, suvyniotų rotorių varikliai yra brangesni, tačiau jų apkrova yra žymiai didesnė nei variklių tipo su voverės narveliais. Būtent dėl padidėjusios galios ir didelių paleidimo momentas, šio tipo varikliai buvo pritaikyti liftų ir kranų pavarose, tai yra, kai įrenginys įjungiamas esant apkrovai, o ne tuščiąja eiga.