Индукционен двигател с въртящо се магнитно поле. Въртящо се магнитно поле. Устройството на трифазна асинхронна машина

Страница 1

Въртящото се магнитно поле на статора, пресичайки тялото на котвата, индуцира в него вихрови токове. Взаимодействието на вихрови токове в котвата с магнитното поле на статора създава въртящ момент, който кара котвата да се върти. Ако няма натоварване върху оста на котвата, тогава скоростта на въртене на котвата co ще бъде равна на скоростта на въртене coc магнитно поле.

В момент 7 токът съответства на моментно 1, когато полето се разпространява отново надолу и надясно. Така пълно завъртане на биполярното поле беше завършено чрез един пълен цикъл от 360 електрически градуса на трифазни токове, протичащи през намотките на статора.

Терминът "полюс" трябва да вземе предвид термините, използвани в глава 2 за магнетизма. Следната дефиниция на полюса на двигателя му придава практическо приложение: Полюсът на двигателя е цялостна верига на намотката на статора на двигателя, която, когато се захранва от ток, ще произведе концентрация или полярност на магнитното поле.

Магнитното поле на въртящия се статор едновременно пресича намотките на статора и ротора и възбужда в тях синусоидална индукционна ЕМП.

Как се формира въртящото се магнитно поле на статора.

Магнитните линии на въртящото се магнитно поле на статора са склонни да следват път с по-малко магнитно съпротивление.

Помислете за характеристиките на въртящото се магнитно поле на статора, като приемем, че веригата на ротора е отворена.

Скоростта на въртящото се статорно поле се нарича синхронна скорост. Синхронната скорост зависи от два фактора. Брой полюси. - Честота на захранване. Синхронната скорост от своя страна определя скоростта на въртене на ротора на двигателя. Както при скоростта на главния генератор, RPM и RPM на ротора са пряко свързани. Броят на полюсите в двигателя определя колко бързо ще се движи въртящото се поле по вътрешната периферия на корпуса на двигателя при дадена честота.

Колкото повече полюси има моторът, толкова повече време е необходимо за активиране на всички комплекти полюси и толкова по-бавно ще се върти полето на мотора при 60 херца. Таблицата показва скоростта на въртящото се поле за 60 херцово захранване. Това може да се провери от превключвателя.

Разликата между честотата на въртящото се магнитно поле на статора o и скоростта на ротора n се нарича забавяне или приплъзване на ротора.

При това включване на машината въртящото се магнитно поле на статора, взаимодействащо с полето на неподвижния ротор, създава момент на вала, чийто знак се променя с честота 100 Hz. Например, когато южният полюс на статорното поле се доближи до северния полюс на ротора, се създава момент, който действа срещу посоката на въртене. Когато положителният полюс на полето на статора се отдалечи от северния полюс на ротора, се образува положителен момент, който дава обратен импулс на ротора. Роторът няма време да се завърти, тъй като неговата механична инерция е твърде голяма.

Набор от индикатори показва последователността на фазите от захранването. Когато генераторът се върти, в арматурата се генерира ток. Всяка фаза на котвата става електрически активна. Редът, в който фазите стават електрически активни, определя реда, в който статорът на двигателя получава ток. Това променя посоката на въртене на въртящото се магнитно поле в статора.

Когато въртящото се поле в статора на двигателя промени посоката, двигателят върти посоката на ротора. Обръщането на изхода на генератора също ще задвижи ротора на двигателя в обратна посока. Чрез обръщане на всички двуфазни проводници, както на арматурата на генератора, така и на клемите на двигателя, последователността на фазите ще бъде обърната в тази точка. Боравенето с всеки два проводника в една и съща точка ще възстанови нормалната фазова последователност.

Разликата между броя на оборотите на въртящото се магнитно поле на статора и броя на оборотите на ротора се характеризира с приплъзване.

Разликата между броя на оборотите на въртящото се магнитно поле на статора и броя на оборотите на ротора зависи от приплъзването.

Относителното изоставане на ротора от въртящото се магнитно поле на статора се нарича приплъзване. Мощността на електрическите загуби в ротора на асинхронния двигател е пропорционална на приплъзването.

Роторът се поддържа от лагери във всеки край. Статорът се освобождава в позиция вътре в рамката на двигателя. Рамката покрива всички компоненти на двигателя. Рамката на двигателя, наред с други неща, е определящ фактор при разположението на двигателя. Всеки корпус на рамата на двигателя има специфични характеристики и специални приложения за кораби. Има седем основни типа тяло.

В случай отворен типкрайните камбани са отворени и осигуряват максимална вентилация на двигателя. Това е най-евтиният корпус на двигателя. В полуограничен корпус, крайните камбани са отворени, но са предвидени екрани, за да се предотврати навлизането на предмети в двигателя. Без защита срещу вода или течности.

Когато роторът е във въртящото се магнитно поле на статора, в него протича процесът на ротационно намагнитване на активния магнитен материал. Последното се проявява в изоставането на вектора на магнитната индукция Bp от вектора на напрегнатостта на полето H във всяка точка на материала с някакъв пространствен ъгъл ar. Големината на този ъгъл и хистерезисните загуби за цикъл, както беше отбелязано, не зависят от честотата на повторно намагнитване.

В защитен корпус има екрани и предпазители над всеки отвор в корпуса на двигателя. В корпуса на двигателя са предвидени ограничени отвори за ограничаване на достъпа до живи и въртящи се компоненти. В херметически затворен корпус крайните камбани са затворени, за да се предотврати навлизането на течност в корпуса под ъгъл не повече от 15 градуса от вертикалата.

В защитения от пръски корпус отворите на двигателя са проектирани да предотвратят навлизането на течност или твърди частици в двигателя под всякакъв ъгъл до 100 градуса от вертикалата. Водоустойчивият корпус предотвратява навлизането на влага или вода в двигателя и възпрепятства успешната му работа.

Когато роторът е във въртящото се магнитно поле на статора, в него протича процесът на ротационно намагнитване на активния магнитен материал. Последното обаче се проявява в изоставане на вектора на магнитната индукция Bp от вектора на напрегнатост на полето R в дадена точка на материала с някакъв пространствен ъгъл ar. Големината на този ъгъл и загубата на хистерезис за цикъл, както беше отбелязано, не зависи от честотата на повторно намагнитване.

Водоустойчивият корпус предотвратява изтичането на вода от маркуча във всяка посока от входа на двигателя за най-малко 15 минути. Електрическото оборудване, изложено на атмосферни влияния или в пространство, където е изложено на морета, пръски или подобни условия, трябва да бъде водоустойчиво или във водонепропусклив корпус. Електрическите двигатели обаче трябва да бъдат или водоустойчиви, или водоустойчиви.

Статорът на двигателя е неподвижна намотка, закрепена с болтове към вътрешността на корпуса на двигателя. Намотките на статора имат много ниско съпротивление. Всяка машина има стационарна намотка на проводник, изолирана по цялата й дължина, за да се предотврати завъртане на къси съединения. Намотката също е изолирана от рамката. Намотката на статора на двигателя е идентична с арматурата на генератора, която има същия брой полюси. Всяка намотка се припокрива и е електрически и механично раздалечена на 120 градуса.

С помощта на тези намотки се създава въртящо се магнитно поле на статора, което увлича със себе си ротора на електродвигателя. Ако и двете намотки се захранват от една и съща мрежа, тогава възбуждащата намотка е свързана чрез кондензатор С.

Двигателят използва принципа на взаимодействие между въртящото се магнитно поле на статора и многополюсния постоянен магнит на подвижния ротор. За определяне на местоположението на осите на магнита на ротора спрямо намотките на статора и за управление на комутаторната верига се използват три фотоелектрични сензора за положение на ротора. Източникът на светлина на сензорите е електрическата крушка EL1, чиято светлина през процепите на диафрагмата на ротора последователно влиза във фотодиодите на комутаторната платка.

Фигурата по-горе показва изглед отгоре на неподвижните намотки. Всяка от трифазните намотки е разделена на много допълнителни намотки, равномерно разпределени в статора. Това равномерно разпределение прави по-добро използване на магнитните полета, които ще се развият вътре в намотките на статора, когато има ток. Освен това осигурява по-равномерен въртящ момент на ротора.

Роторът изглежда като твърд цилиндър, поддържан от всеки край от лагери. При по-внимателно разглеждане можете да видите тънки пръти, вградени в ламиниран цилиндър под ъгъл, почти успореден на вала на ротора. Във всеки край на цилиндричната сърцевина на ротора има крайни пръстени. Всеки край на пръта е свързан със затварящите пръстени. Тези намотки на ротора са подобни по дизайн на амортисьори или намотки на амортисьори, намиращи се в генератор.

Характеристика на многофазните системи е възможността за създаване на въртящо се магнитно поле в механично неподвижно устройство.
Бобина, свързана към източника променлив ток, образува пулсиращо магнитно поле, т.е. магнитно поле, което се променя по големина и посока.

Вземете цилиндър с вътрешен диаметър D. На повърхността на цилиндъра поставяме три намотки, пространствено изместени една спрямо друга на 120 o . Свързваме намотките към трифазен източник на напрежение (фиг. 12.1). На фиг. 12.2 показва графика на моментните токове, които образуват трифазна система.

Тези късо съединени роторни пръти стават вторични трансформатори. Роторните пръти и крайните пръстени завършват веригата и в тези роторни пръти се установява ток. Запомнете, че винаги, когато е зададен ток, има магнитно поле. Тъй като това магнитно поле е свойство на индукцията и индукцията се противопоставя на това, което го създава, полюсът на магнитното поле в ротора има обратната полярност на полюса на полето на статора, който го е генерирал. Прилагат се принципите на магнетизма и полярността на ротора се привлича към противоположната полярност на статора.

Всяка от намотките създава пулсиращо магнитно поле. Магнитните полета на намотките, взаимодействащи помежду си, образуват полученото въртящо се магнитно поле, характеризиращо се с вектора на получената магнитна индукция
На фиг. 12.3 показва векторите на магнитната индукция на всяка фаза и резултантния вектор, конструиран за три пъти t1, t2, t3. Положителните посоки на осите на бобините са маркирани с +1, +2, +3.

Въртящото се статорно поле, всъщност въртяща се магнитна полярност, дърпа и избутва първоначално установеното роторно поле в ротора. Дърпането и натискането води до въртящ момент и роторът на двигателя се завърта. Думите, които често се използват за описание на твърдите намотки на пръти, намиращи се в ротора на асинхронен двигател, са "късо свързани пръти". Късо съединение е ситуация с много ниско съпротивление, която има много малко ограничение за намаляване на тока.

Състояние късо съединениеможе да има опустошителни ефекти върху цялата електрическа среда. Роторните лостове са проектирани за много ниско съпротивление, за да се постигне специфична производителност на двигателя. Самите ротори не са изцяло причина за късото съединение. Голям старт на тока на двигателя се инициира поради относителното движение между неподвижната роторна намотка и въртящото се статорно поле. Това е част от максималния ток, който двигателят ще черпи от разпределителната система.

В момента t \u003d t 1, токът и магнитната индукция в намотката A-X са положителни и максимални, при намотки B-Yи C-Z са еднакви и отрицателни. Векторът на получената магнитна индукция е равен на геометричната сума на векторите на магнитните индукции на намотките и съвпада с оста на намотката A-X. В момента t \u003d t 2 тока в бобини A-Xи C-Z са равни по големина и противоположни по посока. Токът във фаза B е нула. Полученият вектор на магнитна индукция се завърта по посока на часовниковата стрелка с 30 o . В момента t \u003d t 3, токовете в намотките A-X и B-Y са еднакви по големина и положителни, токът в фаза C-Zе максимално и отрицателно, векторът на резултантното магнитно поле е поставен в отрицателната посока на оста C-Z намотка. За период на променлив ток векторът на полученото магнитно поле ще се завърти на 360 o.

С увеличаване на скоростта на ротора остротата ще намалее драстично. Малко след подаване на захранване към двигателя, токът пада до 10 процента. След като двигателят работи с нормална скорост, токът на пълно натоварване, посочен на табелката с данни, се поддържа. Механичното претоварване на двигателя забавя ротора и увеличава тока. Това е увеличение на тока, независимо колко малко е, което води до достатъчно топлина, за да разруши двигателите.

Ако роторът може да се върти със синхронна скорост, тогава няма да има относително движение между магнитното поле на статора и проводниковите ленти на ротора. Това би сложило край на процеса на индукция в ротора и роторът би загубил своето магнитно поле. При асинхронен двигател това не е възможно. Ако скоростта на ротора е равна на синхронната скорост, роторът ще спре. Скоростта на ротора ще се поддържа някъде под синхронната скорост. Приплъзването е разликата между синхронната скорост и действителната скорост на ротора.

Скорост на магнитното поле или синхронна скорост

(12.1)

където P е броят на двойките полюси.

Показаните на фиг. 12.1, създайте биполярно магнитно поле с брой полюси 2P = 2. Честотата на въртене на полето е 3000 rpm.
За да се получи четириполюсно магнитно поле, е необходимо да се поставят шест намотки вътре в цилиндъра, по две за всяка фаза. Тогава, съгласно формула (12.1), магнитното поле ще се върти два пъти по-бавно, с n 1 = 1500 rpm.
За да се получи въртящо се магнитно поле, трябва да бъдат изпълнени две условия.

Приплъзването често се изразява като процент. Индукционният двигател винаги ще има разлика в скоростта между полето на ротора и статора. Без това разграничение не би имало относително движение между полето и ротора и индуктивното или магнитното поле в ротора.

Роторът и следователно скоростта на двигателя се определят от броя на полюсите, честотата и процента на приплъзване. Съпротивлението в ротора определя относителната лекота, с която се установява магнитното поле в ротора. Стартовият ток, приплъзването и въртящият момент на двигателя се променят от съпротивлението на ротора. Чрез разработването на двигател с високо съпротивление на ротора се развива по-голямо приплъзване, тъй като магнитното поле на ротора не може да се развие много бързо. Постепенната последователност от събития изобразява действията между статора и ротора в асинхронен двигател с относително високо съпротивление на ротора.

1. Имате поне две пространствено предубедени намотки.

2. Свържете токове извън фаза към бобините.

12.2. асинхронни двигатели.
Дизайн, принцип на действие

Асинхронният двигател има неподвижен наречената част статор , и въртящ се наречената част ротор . Статорът съдържа намотка, която създава въртящо се магнитно поле.
Има асинхронни двигатели с катерица и фазов ротор.
В прорезите на ротора с намотка с късо съединение се поставят алуминиеви или медни пръти. В краищата прътите са затворени с алуминиеви или медни пръстени. Статорът и роторът са направени от листове от електротехническа стомана, за да се намалят загубите от вихрови токове.
Фазовият ротор има трифазна намотка(за трифазен двигател). Краищата на фазите са свързани в общ възел, а началото е изведено към три контактни пръстена, поставени на вала. Върху пръстените са поставени неподвижни контактни четки. Към четките е свързан стартов реостат. След стартиране на двигателя съпротивлението на стартовия реостат постепенно се намалява до нула.
Принципът на работа на асинхронен двигател ще бъде разгледан на модела, показан на фигура 12.4.

Високото съпротивление на ротора предотвратява бързо създаванемагнитно поле на ротора. Неспособността на ротора бързо да създаде магнитно поле не ви позволява бързо да увеличите скоростта на въртене на ротора. Тъй като роторът не се увеличава бързо с увеличаване на скоростта, има по-голямо относително движение между полето на въртящия се статор и бавния ротор.

Увеличеният ток увеличава магнитното поле на ротора. Увеличеното магнитно поле увеличава магнитното привличане на ротора към въртящия се полюс на статора. Роторът развива повече въртящ момент, за да се справи с по-тежки товари. Допълнителният въртящ момент обаче не възниква без някои усложнения. Увеличаването на въртящия момент означава увеличено потребление на ток в разпределителната система. Има и увеличение на приплъзването при пълно натоварване. По-високите съпротивления на ротора са неприемливи за всички приложения.

Ние представяме въртящото се магнитно поле на статора като постоянен магнит, въртящ се със синхронна скорост n 1 .
В проводниците на затворената намотка на ротора се индуцират токове. Полюсите на магнита се движат по посока на часовниковата стрелка.
За наблюдател, поставен върху въртящ се магнит, изглежда, че магнитът е неподвижен, а проводниците на намотката на ротора се движат обратно на часовниковата стрелка.
Посоките на роторните токове, определени по правилото на дясната ръка, са показани на фиг. 12.4.

Това е причината за много дизайни на ротори. Съпротивлението на ротора се определя от Националната асоциация на производителите на електротехника и е определено от проекта. Вече използвани в нефтената и газовата, енергийната, полупроводниковата и машиностроителната промишленост в много предизвикателни приложения, магнитните лагери притежават значителен потенциал за по-ефективни решения за пречистване на отпадъчни води.

Номиналната изходна мощност на тези двигатели варира от 75 kW до 350 kW при скорости до 000 min. Безмаслените високоефективни двигатели имат различни функции за увеличаване на мощността на вентилатора. Магнитните лагери имат мощни възможности за наблюдение и диагностика, за да помогнат на клиентите да идентифицират потенциални проблеми и да предотвратят повреда на оборудването.

Ориз. 12.4

Използвайки правилото на лявата ръка, намираме посоката на електромагнитните сили, действащи върху ротора и каращи го да се върти. Роторът на двигателя ще се върти със скорост n 2 в посоката на въртене на полето на статора.
Роторът се върти асинхронно, т.е. неговата скорост на въртене n 2 е по-малка от скоростта на въртене на статорното поле n 1.
Относителната разлика между скоростите на полетата на статора и ротора се нарича приплъзване.

Приплъзването не може да бъде равно на нула, тъй като при еднакви скорости на полето и ротора, индукцията на токове в ротора ще спре и следователно няма да има електромагнитен момент.
Въртящ се електромагнитен моментсе балансира от противодействащия спирачен момент M em \u003d M 2.
С увеличаване на натоварването на вала на двигателя, спирачният момент става по-голям от въртящия момент и приплъзването се увеличава. В резултат на това ЕМП и токовете, индуцирани в намотката на ротора, се увеличават. Въртящият момент се увеличава и става равен на спирачния момент. Въртящият момент може да се увеличи с увеличаване на приплъзването до определена максимална стойност, след което при по-нататъшно увеличаване на спирачния момент моментът рязко намалява и двигателят спира.
Приплъзването на закъсалия двигател е равно на единица. Твърди се, че двигателят е в режим на късо съединение.
Скоростта на въртене на ненатоварен асинхронен двигател n 2 е приблизително равна на синхронната честота n 1 . Приплъзване на ненатоварен двигател S 0. Твърди се, че двигателят работи на празен ход.
приплъзване асинхронна машина, работещ в режим на двигател, варира от нула до единица.
Асинхронна машина може да работи в генераторен режим. За да направите това, неговият ротор трябва да се завърти от двигател на трета страна в посоката на въртене на магнитното поле на статора с честота n 2 > n 1 . приплъзване асинхронен генератор.
Асинхронна машина може да работи в режим на електрическа машинна спирачка. За да направите това, е необходимо да завъртите ротора му в посока, обратна на посоката на въртене на магнитното поле на статора.
В този режим S > 1. По правило асинхронните машини се използват в двигателен режим. Асинхронният двигател е най-често срещаният тип двигател в индустрията. Честотата на въртене на полето в асинхронен двигател е твърдо свързана с честотата на мрежата f 1 и броя на двойките полюси на статора. При честота f 1 = 50 Hz има следната поредица от честоти на въртене.

Асинхронна машина със заключен ротор работи като трансформатор. Основният магнитен поток индуцира в статора и в намотките на неподвижния ротор EMF E 1 и E 2k.

където Ф m - максималната стойност на главния магнитен поток, свързан с
статорни и роторни намотки;
W 1 и W 2 - броят на завъртанията на намотките на статора и ротора;
f 1 - честота на напрежението в мрежата;
K 01 и K 02 - коефициенти на намоткастаторни и роторни намотки.

За да се получи по-благоприятно разпределение на магнитната индукция във въздушната междина между статора и ротора, намотките на статора и ротора не са концентрирани в един полюс, а са разпределени по обиколките на статора и ротора. ЕМП на разпределената намотка е по-малка от ЕМП на групираната намотка