สนามแม่เหล็กของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส มอเตอร์แบบอะซิงโครนัส โครงการคำอธิบาย

มอเตอร์ไฟฟ้า มอเตอร์แบบอะซิงโครนัส

มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสเรียกว่า เครื่องจักรไฟฟ้า ซึ่งมีขดลวดอย่างน้อย 2 เส้น โดยที่แรงดันไฟสลับจะเปลี่ยนเฟสสัมพันธ์กัน

หลักการทำงาน

ในระบบอะซิงโครนัส สามารถสร้างสนามแม่เหล็กหมุนได้ในอุปกรณ์ที่อยู่กับที่ ขดลวดที่เชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดกระแสสลับจะสร้างสนามแม่เหล็กที่เร้าใจ นั่นคือสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงค่าและทิศทาง

ข้าว. 16.6. การเชื่อมต่อคอยล์มอเตอร์กับแหล่งจ่ายแรงดันไฟสามเฟส

ข้าว. 16.7. กราฟการเปลี่ยนแปลงกระแสของระบบสามเฟส

ในกระบอกสูบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน D จะมีขดลวดสามขดลวดวางอยู่บนพื้นผิว โดยจะเคลื่อนที่สัมพันธ์กันในเชิงพื้นที่ 120 องศา ขดลวดเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟสามเฟส (รูปที่ 16.6) ในรูป 16.7 แสดงกราฟของกระแสชั่วขณะที่สร้างระบบสามเฟส

ขดลวดแต่ละอันสร้างสนามแม่เหล็กที่เต้นเป็นจังหวะ สนามแม่เหล็กของขดลวดซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่หมุนได้ซึ่งมีลักษณะเป็นเวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เกิดขึ้น

ในรูป 16.8 แสดงเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กของแต่ละเฟสและเวกเตอร์ผลลัพธ์ สร้างขึ้นสามครั้ง t 1, t 2, t 3 ทิศทางบวกของแกนของขดลวดจะถูกทำเครื่องหมาย +1, +2, +3

ในขณะนี้ เสื้อ \u003d เสื้อ 1 การเหนี่ยวนำกระแสและแม่เหล็กในขดลวด A-X เป็นค่าบวกและค่าสูงสุดในขดลวด B-Y และ C-Z มีค่าเท่ากันและเป็นลบ เวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่ได้จะเท่ากับผลรวมทางเรขาคณิตของเวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของขดลวดและเกิดขึ้นพร้อมกับแกนของขดลวด A-X ในขณะนี้ เสื้อ \u003d เสื้อ 2 กระแสในขดลวด A-X และ C-Z มีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้าม กระแสในเฟส B เป็นศูนย์ เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่ได้จะหมุนตามเข็มนาฬิกาไป 30°

ข้าว. 16.8. เวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเป็นเวลาสามช่วงเวลา

ในขณะนี้ t \u003d t 3 กระแสในขดลวด A-X และ B-Y มีขนาดและค่าบวกเท่ากัน กระแสในเฟส C-Z มีค่าสูงสุดและค่าลบ เวกเตอร์ของสนามแม่เหล็กที่ได้จะอยู่ในทิศทางลบของ แกนคอยล์ C-Z ในช่วงเวลาของกระแสสลับ เวกเตอร์ของสนามแม่เหล็กที่ได้จะหมุน 360° ความเร็วเชิงเส้นของการเคลื่อนที่ของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

ความถี่ของแรงดันไฟฟ้าสลับอยู่ที่ไหน T คือคาบของกระแสไซน์ pg - ความถี่การหมุนของสนามแม่เหล็กหรือความถี่การหมุนซิงโครนัส สำหรับคาบ T สนามแม่เหล็กจะเคลื่อนที่เป็นระยะทางโดยที่

การแบ่งขั้วหรือระยะห่างระหว่างขั้วของแม่เหล็ก

สนามตามเส้นรอบวงของทรงกระบอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง D.

ความเร็วเชิงเส้นจาก

โดยที่ n 1 - ความถี่ซิงโครนัสของการหมุนของสนามแม่เหล็กหลายขั้วพร้อมจำนวนขั้วคู่ R

ขดลวดที่แสดงในรูปที่ 16.6 สร้างสนามแม่เหล็กสองขั้วด้วยจำนวนขั้ว 2P = 2 ความถี่การหมุนของสนามคือ 3000 รอบต่อนาที เพื่อให้ได้สนามแม่เหล็กสี่ขั้ว จำเป็นต้องวางขดลวดหกเส้นในกระบอกสูบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง D สองอันสำหรับแต่ละเฟส จากนั้นตามสูตร (16.7) สนามแม่เหล็กจะหมุนช้าเป็นสองเท่าโดยที่ n 1 = 1500 rpm

เพื่อให้ได้สนามแม่เหล็กที่หมุนได้ จะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขสองประการ:

• เงื่อนไขที่ 1 - ต้องมีขดลวดเคลื่อนที่อย่างน้อยสองตัว
• เงื่อนไขที่ 2 - เชื่อมต่อกระแสนอกเฟสกับคอยส์

ออกแบบ

มอเตอร์เหนี่ยวนำมีส่วนคงที่ที่เรียกว่าสเตเตอร์และส่วนที่หมุนเรียกว่าโรเตอร์ สเตเตอร์ประกอบด้วยขดลวดที่สร้างสนามแม่เหล็กหมุน มีมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสที่มีกรงกระรอกและเฟสโรเตอร์ ในร่องของโรเตอร์ด้วย ขดลวดลัดวงจรวางแท่งอลูมิเนียมหรือทองแดง ที่ปลายแท่งปิดด้วยวงแหวนอลูมิเนียมหรือทองแดง สเตเตอร์และโรเตอร์ทำจากแผ่นเหล็กไฟฟ้าเพื่อลดการสูญเสียของกระแสวน เฟสโรเตอร์มีขดลวดสามเฟส (สำหรับ มอเตอร์สามเฟส). ปลายของเฟสเชื่อมต่อกันเป็นโหนดทั่วไป และจุดเริ่มต้นจะถูกนำออกมาเป็นวงแหวนสัมผัสสามวงที่วางอยู่บนเพลา วางแปรงสัมผัสคงที่ไว้บนวงแหวน รีโอสแตทเริ่มต้นเชื่อมต่อกับแปรง หลังจากสตาร์ทเครื่องยนต์ ความต้านทานของรีโอสแตตสตาร์ทจะค่อยๆ ลดลงจนเหลือศูนย์

หลักการทำงานของมอเตอร์เหนี่ยวนำ

หลักการทำงานของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสจะได้รับการพิจารณาในรุ่นที่แสดงในรูปที่ 16.9.

เราเป็นตัวแทนของสนามแม่เหล็กหมุนของสเตเตอร์ในฐานะแม่เหล็กถาวรที่หมุนด้วยความถี่การหมุนแบบซิงโครนัส u กระแสถูกเหนี่ยวนำในตัวนำของขดลวดปิดของโรเตอร์ ขั้วของแม่เหล็กเคลื่อนที่ตามเข็มนาฬิกา สำหรับผู้สังเกตที่วางบนแม่เหล็กหมุน ดูเหมือนว่าแม่เหล็กอยู่กับที่และตัวนำ ไขลานเลื่อนทวนเข็มนาฬิกา ทิศทางของกระแสโรเตอร์ที่กำหนดโดยกฎมือขวา แสดงในรูปที่ 16.9.

ข้าว. 16.9. รุ่นมอเตอร์เหนี่ยวนำ

เมื่อใช้กฎมือซ้าย เราจะค้นหาทิศทางของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่กระทำต่อโรเตอร์และทำให้หมุนได้ โรเตอร์มอเตอร์จะหมุนด้วยความเร็ว n 1 ในทิศทางการหมุนของสนามสเตเตอร์ โรเตอร์หมุนแบบอะซิงโครนัส นั่นคือ ความถี่การหมุน n 2 น้อยกว่าความถี่การหมุนของสนามสเตเตอร์ w ความแตกต่างสัมพัทธ์ระหว่างความเร็วของสนามสเตเตอร์และโรเตอร์เรียกว่าสลิป:

สลิปไม่สามารถเท่ากับศูนย์ได้ เนื่องจากที่ความเร็วเท่ากันของสนามและโรเตอร์ การเหนี่ยวนำกระแสในโรเตอร์จะหยุดลง ดังนั้นจึงไม่มีแรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้า

แรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้าแบบหมุนจะสมดุลโดยแรงบิดเบรกตรงข้ามกับภาระที่เพิ่มขึ้นบนเพลามอเตอร์แรงบิดในการเบรกจะมากกว่าแรงบิดในการหมุนและการลื่นเพิ่มขึ้น เป็นผลให้ EMF และกระแสเหนี่ยวนำในการหมุนของโรเตอร์เพิ่มขึ้น แรงบิดเพิ่มขึ้นและเท่ากับแรงบิดเบรก แรงบิดจะเพิ่มขึ้นตามการลื่นที่เพิ่มขึ้นจนถึงค่าสูงสุด หลังจากนั้นเมื่อแรงบิดเบรกเพิ่มขึ้น แรงบิดจะลดลงอย่างรวดเร็วและมอเตอร์จะหยุดทำงาน

หากสลิปของมอเตอร์จนตรอกเท่ากับหนึ่ง แสดงว่ามอเตอร์อยู่ในโหมดลัดวงจร ความเร็วในการหมุนของมอเตอร์เหนี่ยวนำที่ไม่ได้บรรจุ n 2 นั้นเท่ากับความถี่ซิงโครนัสโดยประมาณ n 1 .

หากสลิปของเครื่องยนต์ที่ไม่ได้บรรจุคือ S = 0 แสดงว่าเครื่องยนต์เดินเบา

สลิปของเครื่องอะซิงโครนัสที่ทำงานในโหมดมอเตอร์แตกต่างกันไปจากศูนย์ถึงหนึ่ง เครื่องอะซิงโครนัสสามารถทำงานในโหมดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ในการทำเช่นนี้โรเตอร์จะต้องหมุนด้วยมอเตอร์ของบุคคลที่สามในทิศทางการหมุนของสนามแม่เหล็กสเตเตอร์ด้วยความถี่ n 2 > n 1 . ลื่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสส< 0.

เครื่องอะซิงโครนัสสามารถทำงานในโหมดเบรกเครื่องไฟฟ้า ในการทำเช่นนี้จำเป็นต้องหมุนโรเตอร์ไปในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางการหมุนของสนามแม่เหล็กสเตเตอร์ ในโหมดนี้ S > 1

ตามกฎแล้วจะใช้เครื่องจักรแบบอะซิงโครนัสในโหมดมอเตอร์ มอเตอร์เหนี่ยวนำเป็นมอเตอร์ชนิดที่พบมากที่สุดในอุตสาหกรรม ความถี่ของการหมุนของสนามในมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสนั้นสัมพันธ์กับความถี่ของเครือข่าย f 1 และจำนวนคู่ของเสาสเตเตอร์

ที่ความถี่ f 1 = 50 Hz มีดังต่อไปนี้ ช่วงความเร็ว(P - n 1, รอบต่อนาที):

จากสูตร (16.7) เราได้รับ

ความเร็วของสนามสเตเตอร์ที่สัมพันธ์กับโรเตอร์เรียกว่าความเร็วสลิป

ความถี่ปัจจุบันและ EMF ในขดลวดโรเตอร์

เครื่องอะซิงโครนัสล็อคโรเตอร์ทำงานเหมือนหม้อแปลงไฟฟ้า ฟลักซ์แม่เหล็กหลักเหนี่ยวนำให้เกิดในสเตเตอร์และในขดลวดโรเตอร์คงที่ EMF E 1 และ E 2K:

โดยที่Ф m - ค่าสูงสุดของฟลักซ์แม่เหล็กหลักควบคู่กับขดลวดสเตเตอร์และโรเตอร์ W 1 และ W 2 - จำนวนรอบของขดลวดสเตเตอร์และโรเตอร์ - ความถี่แรงดันไฟฟ้าในเครือข่าย K 01 และ K 02 - ค่าสัมประสิทธิ์การพันของขดลวดสเตเตอร์และโรเตอร์

เพื่อให้ได้การกระจายตัวที่ดียิ่งขึ้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กในช่องว่างอากาศระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์ ขดลวดสเตเตอร์และโรเตอร์จะไม่กระจุกตัวอยู่ภายในขั้วเดียว แต่กระจายไปตามเส้นรอบวงของสเตเตอร์และโรเตอร์ EMF ของขดลวดแบบกระจายจะน้อยกว่า EMF ของขดลวดแบบก้อน ความจริงข้อนี้ถูกนำมาพิจารณาโดยการแนะนำค่าสัมประสิทธิ์การม้วนงอในสูตรที่กำหนดขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าของขดลวด ค่าสัมประสิทธิ์การคดเคี้ยวน้อยกว่าความสามัคคีเล็กน้อย EMF ในการหมุนของโรเตอร์หมุน

กระแสไฟของโรเตอร์ของเครื่องทำงาน

โดยที่ R 2 - ความต้านทานที่ใช้งานโรเตอร์ที่คดเคี้ยว; x 2 - ความต้านทานอุปนัยของขดลวดโรเตอร์

โดยที่ x 2K คือค่ารีแอกแตนซ์อุปนัยของโรเตอร์ที่ถูกล็อก แล้ว

มอเตอร์แบบเฟสเดียวมีหนึ่งขดลวดที่อยู่บนสเตเตอร์ ขดลวดเฟสเดียวขับเคลื่อน กระแสสลับจะสร้างสนามแม่เหล็กที่เร้าใจ ให้เราวางโรเตอร์ที่มีขดลวดลัดวงจรในฟิลด์นี้ โรเตอร์จะไม่หมุน หากคุณหมุนโรเตอร์ด้วยแรงกลไกของบุคคลที่สามในทุกทิศทาง เครื่องยนต์จะทำงานได้อย่างเสถียร สามารถอธิบายได้ดังนี้

สนามแม่เหล็กที่เร้าใจสามารถแทนที่ด้วยสอง สนามแม่เหล็ก, หมุนไปในทิศทางตรงกันข้ามด้วยความถี่ซิงโครนัส n1 และมีแอมพลิจูดของฟลักซ์แม่เหล็กเท่ากับครึ่งหนึ่งของแอมพลิจูดของฟลักซ์แม่เหล็กของสนามเร้าใจ สนามแม่เหล็กหนึ่งเรียกว่าการหมุนไปข้างหน้า อีกสนามแม่เหล็กหนึ่งเรียกว่าการหมุนย้อนกลับ สนามแม่เหล็กแต่ละแห่งทำให้เกิดกระแสน้ำวนในขดลวดของโรเตอร์ เมื่อกระแสน้ำวนทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็ก แรงบิดจะก่อตัวขึ้นในทิศทางตรงกันข้ามกัน ในรูป 16.10 แสดงการขึ้นต่อกันของโมเมนต์บนฟิลด์ไปข้างหน้า M " โมเมนต์บนฟิลด์ย้อนกลับ M" และโมเมนต์ผลลัพธ์ M ในฟังก์ชันสลิป M \u003d M "- M"

ข้าว. 16.10. การพึ่งพาโมเมนต์ของสนามตรง ฟิลด์ย้อนกลับ และโมเมนต์ผลลัพธ์บนสลิป

แกนเลื่อนจะอยู่ตรงข้ามกัน ในโหมดเริ่มต้น โรเตอร์จะอยู่ภายใต้แรงบิดที่มีขนาดเท่ากันและในทิศทางตรงกันข้าม ให้เราหมุนโรเตอร์ด้วยแรงของบุคคลที่สามในทิศทางของสนามแม่เหล็กส่วนกลับ แรงบิดส่วนเกิน (ผลลัพธ์) จะปรากฏขึ้น เร่งความเร็วของโรเตอร์ให้ใกล้เคียงกับความเร็วแบบซิงโครนัส ในกรณีนี้ สลิปของมอเตอร์สัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กแบบลูกสูบ

มอเตอร์สลิปสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กหมุนย้อนกลับ

เมื่อพิจารณาถึงลักษณะผลลัพธ์ เราสามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้

บทสรุป 1. มอเตอร์เฟสเดียวไม่มี แรงบิดเริ่มต้น. มันจะหมุนไปในทิศทางที่หมุนด้วยแรงภายนอก

สรุป 2เนื่องจากการเบรกของสนามหมุนย้อนกลับ ประสิทธิภาพของมอเตอร์แบบเฟสเดียวจึงแย่กว่ามอเตอร์แบบสามเฟส

เพื่อสร้างช่วงเวลาเริ่มต้น มอเตอร์เฟสเดียวจัดหาด้วยขดลวดเริ่มต้น, การเคลื่อนย้ายเชิงพื้นที่สัมพันธ์กับแกนหลัก การทำงานที่คดเคี้ยว 90 องศา ขดลวดเริ่มต้นเชื่อมต่อกับเครือข่ายผ่านองค์ประกอบการเปลี่ยนเฟส: ตัวเก็บประจุหรือความต้านทานแบบแอคทีฟ

รูปที่ 16.11 แสดงวงจรสวิตชิ่งขดลวดมอเตอร์ โดยที่ P คือขดลวดทำงาน P คือขดลวดสตาร์ท เลือกความจุขององค์ประกอบการเปลี่ยนเฟส C เพื่อให้กระแสในการทำงานและขดลวดเริ่มต้นแตกต่างกันในเฟส 90 ° มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสสามเฟสสามารถใช้งานได้ตั้งแต่ เครือข่ายเฟสเดียวหากคุณเชื่อมต่อขดลวดตามแผนภาพต่อไปนี้ (รูปที่ 16.12)

ในแผนภาพที่แสดงในรูปที่ 16.12 และขดลวดสเตเตอร์เชื่อมต่อด้วยดาวและในแผนภาพในรูปที่ 16.12, b - สามเหลี่ยม ค่าความจุ C ~ 60 uF ต่อกำลังไฟ 1 กิโลวัตต์

ข้าว. 16.11. แบบแผนของการเปิดขดลวดของมอเตอร์แบบเฟสเดียว

ข้าว. 16.12. แบบแผนสำหรับการเปิดขดลวดของมอเตอร์สามเฟสสำหรับหนึ่งเฟส: a - ตัวเลือกแรก; b - ตัวเลือกที่สอง