Indukční motor s rotujícím magnetickým polem. Rotující magnetické pole. Zařízení třífázového asynchronního stroje

Strana 1

Rotující magnetické pole statoru, křižující těleso kotvy, v něm indukuje vířivé proudy. Interakcí vířivých proudů v kotvě s magnetickým polem statoru vzniká krouticí moment, který způsobuje otáčení kotvy. Pokud na ose kotvy není žádné zatížení, bude rychlost otáčení kotvy co rovna rychlosti otáčení coc magnetické pole.

V čase 7 proud odpovídá okamžité 1, kdy se pole šíří dolů a opět doprava. Úplná rotace bipolárního pole tak byla dokončena prostřednictvím jednoho kompletního cyklu 360 elektrických stupňů třífázových proudů protékajících statorovými vinutími.

Termín "pól" by měl brát v úvahu termíny použité v kapitole 2 o magnetismu. Následující definice pólu motoru mu dává praktický aplikační význam: Pól motoru je kompletní obvod vinutí statoru motoru, který, když je nabuzen proudem, bude vytvářet koncentraci magnetického pole nebo polaritu.

Rotující magnetické pole statoru současně protíná vinutí statoru a rotoru a budí v nich sinusové indukční EMF.

Jak vzniká rotující magnetické pole statoru.

Magnetické čáry rotujícího magnetického pole statoru mají tendenci sledovat dráhu s menším magnetickým odporem.

Zvažte charakteristiky rotujícího magnetického pole statoru za předpokladu, že obvod rotoru je otevřený.

Rychlost rotujícího pole statoru se nazývá synchronní rychlost. Synchronní rychlost závisí na dvou faktorech. Počet pólů. - Frekvence napájení. Synchronní rychlost zase určuje rychlost otáčení rotoru motoru. Stejně jako u rychlosti generátoru hlavního tahu jsou otáčky a otáčky rotoru přímo související. Počet pólů v motoru určuje, jak rychle se bude rotující pole pohybovat po vnitřním obvodu krytu motoru při dané frekvenci.

Čím více pólů má motor, tím déle trvá aktivace všech sad pólů a tím pomaleji se bude pole motoru otáčet rychlostí 60 hertzů. Tabulka ukazuje rychlost rotujícího pole pro napájecí zdroj 60 Hz. To lze zkontrolovat ze spínače.

Rozdíl mezi frekvencí točivého magnetického pole statoru o a rychlostí rotoru n se nazývá zpoždění nebo prokluz rotoru.

Při tomto zařazení stroje vytváří rotující magnetické pole statoru v interakci s polem stacionárního rotoru moment na hřídeli, jehož znaménko se mění s frekvencí 100 Hz. Například když se jižní pól statorového pole přiblíží k severnímu pólu rotoru, vznikne moment, který působí proti směru otáčení. Když se kladný pól statorového pole vzdaluje od severního pólu rotoru, vzniká kladný moment, který dává rotoru opačný impuls. Rotor se nestihne otočit, protože jeho mechanická setrvačnost je příliš velká.

Sada indikátorů indikuje sled fází z napájecího zdroje. Při otáčení generátoru vzniká v kotvě proud. Každá fáze kotvy se stává elektricky aktivní. Pořadí, ve kterém jsou fáze elektricky aktivní, určuje pořadí, ve kterém stator motoru přijímá proud. Tím se změní směr otáčení rotujícího magnetického pole ve statoru.

Když točivé pole ve statoru motoru změní směr, motor otočí směr rotoru. Reverzace výstupu generátoru také pohání rotor motoru v opačném směru. Přehozením jakýchkoli dvoufázových vodičů, jak na kotvě generátoru, tak na svorkách motoru, se pořadí fází v tomto bodě obrátí. Manipulace s libovolnými dvěma svody ve stejném bodě obnoví normální sled fází.

Rozdíl mezi počtem otáček točivého magnetického pole statoru a počtem otáček rotoru je charakterizován skluzem.

Rozdíl mezi počtem otáček točivého magnetického pole statoru a počtem otáček rotoru závisí na skluzu.

Relativní zpoždění rotoru od rotujícího magnetického pole statoru se nazývá skluz. Výkon elektrických ztrát v rotoru indukčního motoru je úměrný skluzu.

Rotor je na obou koncích podepřen ložisky. Stator je uvolněn v poloze uvnitř rámu motoru. Rám zakrývá všechny součásti motoru. Rozhodujícím faktorem pro umístění motoru je mimo jiné rám motoru. Každá skříň rámu motoru má specifické vlastnosti a speciální použití pro lodě. Existuje sedm hlavních typů těla.

V případě otevřený typ koncové zvony jsou otevřené a zajišťují maximální ventilaci motoru. Jedná se o nejlevnější kryt motoru. V částečně omezeném případě jsou koncové zvony otevřené, ale jsou k dispozici zástěny, které zabraňují vniknutí předmětů do motoru. Žádná ochrana proti vodě nebo kapalinám.

Když je rotor v točivém magnetickém poli statoru, probíhá v něm proces rotačního magnetizačního obrácení aktivního magnetického materiálu. Ten se projevuje zpožděním vektoru magnetické indukce Bp od vektoru intenzity pole H v libovolném bodě materiálu o nějaký prostorový úhel ar. Velikost tohoto úhlu a ztráty hystereze na cyklus, jak bylo uvedeno, nezávisí na frekvenci remagnetizace.

V chráněném pouzdře jsou nad jakýmkoli otvorem ve skříni motoru stínění a kryty. V krytu motoru jsou omezené otvory, které omezují přístup k živým a rotujícím součástem. V hermeticky uzavřeném krytu jsou koncové zvony uzavřeny, aby se zabránilo vniknutí kapaliny do krytu pod úhlem ne větším než 15 stupňů od svislice.

V krytu odolném proti stříkající vodě jsou otvory motoru navrženy tak, aby zabránily vniknutí kapaliny nebo pevných částic do motoru pod jakýmkoli úhlem až 100 stupňů od svislice. Vodotěsné pouzdro zabraňuje vnikání vlhkosti nebo vody do motoru a brání jeho úspěšnému provozu.

Když je rotor v točivém magnetickém poli statoru, probíhá v něm proces rotačního magnetizačního obrácení aktivního magnetického materiálu. To se však projevuje zpožděním vektoru magnetické indukce Bp od vektoru intenzity pole R v určitém bodě materiálu o nějaký prostorový úhel ar. Velikost tohoto úhlu a ztráta hystereze za cyklus, jak bylo uvedeno, nezávisí na frekvenci remagnetizace.

Vodotěsné pouzdro zabraňuje toku vody z hadice v libovolném směru ze vstupu motoru po dobu nejméně 15 minut. Elektrické zařízení vystavené povětrnostním vlivům nebo v prostoru, kde je vystaveno moři, stříkající vodě nebo podobným podmínkám, musí být vodotěsné nebo ve vodotěsném krytu. Elektromotory však musí být buď vodotěsné, nebo vodotěsné.

Stator motoru je pevné vinutí přišroubované k vnitřní straně krytu motoru. Vinutí statoru má velmi nízký odpor. Každý stroj má stacionární vinutí drátu izolované po celé délce, aby se zabránilo přetočení zkratů do zatáčky. Vinutí je také izolováno od rámu. Vinutí statoru motoru je shodné s kotvou generátoru, která má stejný počet pólů. Každé vinutí se překrývá a je elektricky a mechanicky od sebe vzdáleno 120 stupňů.

Pomocí těchto vinutí se vytváří točivé magnetické pole statoru, které s sebou táhne rotor elektromotoru. Pokud jsou obě vinutí napájena ze stejné sítě, pak je budicí vinutí připojeno přes kondenzátor C.

Motor využívá principu interakce mezi točivým magnetickým polem statoru a vícepólovým permanentním magnetem pohyblivého rotoru. Pro určení polohy os magnetu rotoru vůči vinutí statoru a pro řízení obvodu komutátoru slouží tři fotoelektrické snímače polohy rotoru. Světelným zdrojem snímačů je žárovka EL1, jejíž světlo štěrbinami rotorové membrány střídavě vstupuje do fotodiod desky komutátoru.

Obrázek výše ukazuje pohled shora na pevná vinutí. Každé z třífázových vinutí je rozděleno do mnoha dalších cívek rovnoměrně rozmístěných po celém statoru. Toto rovnoměrné rozložení lépe využívá magnetická pole, která se vyvinou uvnitř statorového vinutí, když je přítomen proud. Poskytuje také rovnoměrnější točivý moment rotoru.

Rotor vypadá jako pevný válec podepřený na každém konci ložisky. Při bližším pohledu můžete vidět tenké tyče zapuštěné do vrstveného válce pod úhlem téměř rovnoběžným s hřídelí rotoru. Na každém konci válcového jádra rotoru jsou koncové kroužky. Každý konec tyče je spojen s uzavíracími kroužky. Tato rotorová vinutí mají podobnou konstrukci jako tlumiče nebo tlumicí vinutí, která se nacházejí v generátoru.

Charakteristickým rysem vícefázových systémů je schopnost vytvářet rotující magnetické pole v mechanicky stacionárním zařízení.
Cívka připojená ke zdroji střídavý proud, tvoří pulzující magnetické pole, tzn. magnetické pole, které se mění ve velikosti a směru.

Vezmeme válec o vnitřním průměru D. Na povrch válce umístíme tři cívky, vzájemně vůči sobě prostorově posunuté o 120 o . Cívky připojíme ke zdroji třífázového napětí (obr. 12.1). Na Obr. 12.2 ukazuje graf okamžitých proudů, které tvoří třífázovou soustavu.

Tyto zkratované tyče rotoru se stávají sekundární transformátory. Rotorové tyče a koncové kroužky doplňují obvod a v těchto rotorových tyčích je zaveden proud. Pamatujte, že kdykoli je nastaven proud, vzniká magnetické pole. Protože toto magnetické pole je vlastností indukce a indukce je protikladem toho, co jej vytváří, má pól magnetického pole v rotoru opačnou polaritu než pól statorového pole, který jej generoval. Jsou aplikovány principy magnetismu a polarita rotoru je přitahována k opačné polaritě statoru.

Každá z cívek vytváří pulzující magnetické pole. Magnetická pole cívek, která se vzájemně ovlivňují, tvoří výsledné točivé magnetické pole, charakterizované vektorem výsledné magnetické indukce
Na Obr. 12.3 ukazuje vektory magnetické indukce každé fáze a výsledný vektor sestrojený pro trojnásobek t1, t2, t3. Kladné směry os cívek jsou označeny +1, +2, +3.

Rotující pole statoru, vlastně rotující magnetická polarita, táhne a tlačí původně vytvořené pole rotoru v rotoru. Tažením a tlačením vzniká krouticí moment a rotor motoru se otáčí. Slova často používaná k popisu pevných vinutí tyčí nalezených v rotoru indukčního motoru jsou „tyče nakrátko“. Zkrat je situace s velmi nízkým odporem, která má velmi malé omezení při snižování proudu.

Stav zkrat může mít ničivé účinky na celé elektrické prostředí. Rotorové tyče jsou navrženy pro velmi nízký odpor k dosažení specifického výkonu motoru. Samotné rotory nejsou zcela příčinou zkratu. V důsledku relativního pohybu mezi stacionárním vinutím rotoru a rotujícím polem statoru je iniciován velký rozběh motoru. To je zlomek maximálního proudu, který motor odebere z rozvodu.

V okamžiku t \u003d t 1 jsou proud a magnetická indukce v cívce A-X kladné a maximální, při cívky B-Y a C-Z jsou stejné a záporné. Vektor výsledné magnetické indukce je roven geometrickému součtu vektorů magnetických indukcí cívek a shoduje se s osou cívky A-X. V tuto chvíli t \u003d t 2 proudy v cívky A-X a C-Z mají stejnou velikost a opačný směr. Proud ve fázi B je nulový. Výsledný vektor magnetické indukce se otočil ve směru hodinových ručiček o 30°. V okamžiku t \u003d t 3 jsou proudy v cívkách A-X a B-Y stejné velikosti a kladné, proud v fáze C-Z je maximální a záporný, vektor výsledného magnetického pole je umístěn v záporném směru osy C-Z cívky. Po dobu střídavého proudu se vektor výsledného magnetického pole otočí o 360 o.

S rostoucí rychlostí rotoru se ostrost výrazně sníží. Krátce po připojení napájení k motoru klesne proud na 10 procent. Jakmile motor běží normální rychlostí, je zachován proud při plné zátěži uvedený na výkonovém štítku. Mechanické přetížení motoru zpomaluje rotor a zvyšuje proud. Toto je zvýšení proudu, bez ohledu na to, jak malé, což má za následek dostatek tepla ke zničení motorů.

Pokud se rotor může otáčet synchronní rychlostí, pak mezi magnetickým polem statoru a vodivými pásy rotoru nebude žádný relativní pohyb. Tím by skončil indukční proces v rotoru a rotor by ztratil své magnetické pole. To u asynchronního motoru není možné. Pokud se rychlost rotoru rovná synchronní rychlosti, rotor se zastaví. Rychlost rotoru bude udržována někde pod synchronní rychlostí. Skluz je rozdíl mezi synchronní rychlostí a skutečnou rychlostí rotoru.

Rychlost magnetického pole nebo synchronní rychlost

(12.1)

kde P je počet párů pólů.

Cívky zobrazené na Obr. 12.1, vytvořte bipolární magnetické pole s počtem pólů 2P = 2. Frekvence rotace pole je 3000 ot./min.
Pro získání čtyřpólového magnetického pole je nutné umístit do válce šest cívek, dvě pro každou fázi. Potom se podle vzorce (12.1) bude magnetické pole otáčet dvakrát pomaleji, s n 1 = 1500 ot./min.
Pro získání rotujícího magnetického pole musí být splněny dvě podmínky.

Skluz se často vyjadřuje v procentech. Indukční motor bude mít vždy rozdíl v rychlosti mezi rotorem a statorovým polem. Bez tohoto rozlišení by nedocházelo k relativnímu pohybu mezi polem a rotorem a indukčním nebo magnetickým polem v rotoru.

Rotor, a tedy i rychlost motoru, je určena počtem pólů, frekvencí a procentem skluzu. Odpor v rotoru určuje relativní snadnost, se kterou se magnetické pole v rotoru vytvoří. Rozběhový proud, skluz a moment motoru se mění odporem rotoru. Vývojem motoru s vysokým odporem rotoru vzniká větší skluz, protože magnetické pole rotoru se nemůže vyvinout velmi rychle. Postupný sled událostí znázorňuje akce mezi statorem a rotorem v indukčním motoru s relativně vysokým odporem rotoru.

1. Mít alespoň dvě prostorově vychýlené cívky.

2. Připojte mimofázové proudy k cívkám.

12.2. asynchronní motory.
Konstrukce, princip činnosti

Asynchronní motor má bez hnutí část s názvem stator , a rotující část s názvem rotor . Stator obsahuje vinutí, které vytváří rotující magnetické pole.
Existují asynchronní motory s klecí nakrátko a fázovým rotorem.
Ve štěrbinách rotoru s vinutím nakrátko jsou umístěny hliníkové nebo měděné tyče. Na koncích jsou tyče uzavřeny hliníkovými nebo měděnými kroužky. Stator a rotor jsou vyrobeny z elektrotechnických ocelových plechů pro snížení ztrát vířivými proudy.
Fázový rotor má třífázové vinutí(pro třífázový motor). Konce fází jsou spojeny do společného uzlu a začátky jsou vyvedeny na tři kontaktní kroužky umístěné na hřídeli. Na kroužcích jsou umístěny pevné kontaktní kartáče. Ke kartáčům je připojen startovací reostat. Po nastartování motoru se odpor startovacího reostatu postupně snižuje až na nulu.
Princip činnosti indukčního motoru bude uvažován na modelu znázorněném na obrázku 12.4.

Vysoký odpor rotoru zabraňuje rychlá tvorba magnetické pole rotoru. Neschopnost rotoru rychle vytvořit magnetické pole neumožňuje rychle zvýšit rychlost otáčení rotoru. Protože se rotor s rostoucí rychlostí rychle nezvětšuje, dochází k vyššímu relativnímu pohybu mezi rotujícím polem statoru a pomalým rotorem.

Zvýšený proud zvyšuje magnetické pole rotoru. Zvýšené magnetické pole zvyšuje magnetickou přitažlivost rotoru k rotujícímu pólu statoru. Rotor vyvine větší točivý moment, aby zvládl větší zatížení. Dodatečný točivý moment se však neobejde bez určitých komplikací. Zvýšení točivého momentu znamená zvýšenou potřebu proudu v distribuční soustavě. Dochází také ke zvýšení prokluzu při plném zatížení. Vyšší odpory rotoru jsou nepřijatelné pro všechny aplikace.

Rotační magnetické pole statoru znázorňujeme jako permanentní magnet rotující synchronní rychlostí n 1 .
Ve vodičích uzavřeného vinutí rotoru se indukují proudy. Póly magnetu se pohybují ve směru hodinových ručiček.
Pozorovateli umístěnému na rotujícím magnetu se zdá, že magnet je nehybný a vodiče vinutí rotoru se pohybují proti směru hodinových ručiček.
Směry rotorových proudů, určené pravidlem pravé ruky, jsou znázorněny na Obr. 12.4.

To je důvodem mnoha konstrukcí rotorů. Odpor rotoru je určen National Electrical Manufacturers Association a je určen konstrukcí. Magnetická ložiska, která se již používají v průmyslu ropy a zemního plynu, energetiky, polovodičů a obráběcích strojů v mnoha náročných aplikacích, mají významný potenciál pro účinnější řešení čištění odpadních vod.

Jmenovitý výstupní výkon těchto motorů se pohybuje od 75 kW do 350 kW při otáčkách do 000 min. Bezolejové vysoce výkonné motory mají různé funkce pro zvýšení výkonu dmychadla. Magnetická ložiska mají výkonné monitorovací a diagnostické funkce, které pomáhají zákazníkům identifikovat potenciální problémy a předcházet selhání zařízení.

Rýže. 12.4

Pomocí pravidla levé ruky zjistíme směr elektromagnetických sil působících na rotor a způsobujících jeho otáčení. Rotor motoru se bude otáčet rychlostí n 2 ve směru otáčení pole statoru.
Rotor se otáčí asynchronně, to znamená, že jeho otáčky n2 jsou menší než otáčky statorového pole n1.
Relativní rozdíl mezi rychlostmi polí statoru a rotoru se nazývá skluz.

Skluz nemůže být roven nule, protože při stejných rychlostech pole a rotoru by se indukce proudů v rotoru zastavila a následně by nevznikl elektromagnetický moment.
Rotující elektromagnetický moment je vyvážen proti působícím brzdným momentem M em \u003d M 2.
Se zvyšujícím se zatížením hřídele motoru se brzdný moment stává větší než točivý moment a zvyšuje se skluz. V důsledku toho se zvyšuje EMF a proudy indukované ve vinutí rotoru. Točivý moment se zvyšuje a rovná se brzdnému momentu. Točivý moment se může s rostoucím skluzem zvyšovat až do určité maximální hodnoty, načež s dalším nárůstem brzdného momentu točivý moment prudce klesá a motor se zastaví.
Prokluz zastaveného motoru je roven jedné. Říká se, že motor je v režimu zkratu.
Rychlost otáčení nezatíženého indukčního motoru n 2 je přibližně rovna synchronní frekvenci n 1 . Prokluz nezatíženého motoru S 0. Motor prý běží naprázdno.
Uklouznutí asynchronní stroj, pracující v režimu motoru, se mění od nuly do jedné.
Asynchronní stroj může pracovat v režimu generátoru. K tomu musí být jeho rotor roztáčen cizím motorem ve směru otáčení magnetického pole statoru s frekvencí n 2 > n 1 . Uklouznutí asynchronní generátor.
Asynchronní stroj může pracovat v režimu elektrické strojní brzdy. K tomu je nutné otáčet jeho rotorem ve směru opačném ke směru otáčení magnetického pole statoru.
V tomto režimu je S > 1. Asynchronní stroje se zpravidla používají v režimu motoru. Indukční motor je nejběžnějším typem motoru v průmyslu. Frekvence rotace pole u asynchronního motoru je pevně spojena s frekvencí sítě f 1 a počtem párů pólů statoru. Při frekvenci f 1 = 50 Hz existuje následující řada rotačních frekvencí.

Asynchronní stroj s uzavřeným rotorem funguje jako transformátor. Hlavní magnetický tok se indukuje ve statoru a v pevných rotorových vinutích EMF E 1 a E 2k.

kde Ф m - maximální hodnota hlavního magnetického toku spojená s
vinutí statoru a rotoru;
W 1 a W 2 - počet závitů vinutí statoru a rotoru;
f 1 - frekvence napětí v síti;
K 01 a K 02 - poměry vinutí vinutí statoru a rotoru.

Aby se dosáhlo příznivějšího rozložení magnetické indukce ve vzduchové mezeře mezi statorem a rotorem, nejsou vinutí statoru a rotoru soustředěna do jednoho pólu, ale rozložena po obvodech statoru a rotoru. EMF distribuovaného vinutí je menší než EMF soustředěného vinutí