Motore a induzione di campo magnetico rotante. Campo magnetico rotante. Il dispositivo di una macchina asincrona trifase

Pagina 1

Il campo magnetico rotante dello statore, attraversando il corpo dell'indotto, induce in esso correnti parassite. L'interazione delle correnti parassite nell'indotto con il campo magnetico dello statore crea una coppia che fa ruotare l'indotto. Se non c'è carico sull'asse dell'indotto, la velocità di rotazione dell'indotto co sarà uguale alla velocità di rotazione coc campo magnetico.

All'istante 7, la corrente corrisponde all'istantanea 1, quando il campo si propaga in basso e di nuovo a destra. Pertanto, una rotazione completa del campo bipolare è stata completata attraverso un ciclo completo di 360 gradi elettrici di correnti trifase che fluiscono attraverso gli avvolgimenti dello statore.

Il termine "polo" dovrebbe tenere conto dei termini usati nel capitolo 2 sul magnetismo. La seguente definizione di polo motore gli conferisce un significato applicativo pratico: Un polo motore è un circuito completo di avvolgimento dello statore del motore che, quando alimentato dalla corrente, produrrà una concentrazione o polarità del campo magnetico.

Il campo magnetico dello statore rotante attraversa simultaneamente gli avvolgimenti dello statore e del rotore ed eccita in essi l'EMF a induzione sinusoidale.

Come si forma il campo magnetico rotante dello statore.

Le linee magnetiche del campo magnetico rotante dello statore tendono a seguire un percorso con minore resistenza magnetica.

Considerare le caratteristiche del campo magnetico rotante dello statore, supponendo che il circuito del rotore sia aperto.

La velocità del campo dello statore rotante è chiamata velocità sincrona. La velocità sincrona dipende da due fattori. Numero di poli. - Frequenza di alimentazione. La velocità sincrona, a sua volta, determina la velocità di rotazione del rotore del motore. Come per la velocità del generatore del motore primo, RPM e RPM del rotore sono direttamente correlati. Il numero di poli nel motore determina la velocità con cui il campo rotante si sposterà lungo la periferia interna dell'alloggiamento del motore a una data frequenza.

Più poli ha il motore, più tempo ci vorrà per attivare tutte le serie di poli e più lentamente il campo del motore ruoterà a 60 hertz. La tabella mostra la velocità del campo rotante per un alimentatore da 60 hertz. Questo può essere verificato dall'interruttore.

La differenza tra la frequenza del campo magnetico rotante dello statore o e la velocità del rotore n è chiamata ritardo o scorrimento del rotore.

Con questa inclusione della macchina, il campo magnetico rotante dello statore, interagendo con il campo del rotore stazionario, crea un momento sull'albero, il cui segno cambia con una frequenza di 100 Hz. Ad esempio, quando il polo sud del campo statorico si avvicina al polo nord del rotore, si crea un momento che agisce contro il senso di rotazione. Quando il polo positivo del campo dello statore si allontana dal polo nord del rotore, si forma un momento positivo, che dà un impulso inverso al rotore. Il rotore non ha il tempo di girare, poiché la sua inerzia meccanica è troppo grande.

Una serie di indicatori indica la sequenza delle fasi dall'alimentazione. Quando il generatore ruota, nell'armatura viene generata una corrente. Ogni fase dell'indotto diventa elettricamente attiva. L'ordine in cui le fasi diventano attive elettricamente determina l'ordine in cui lo statore del motore riceve corrente. Questo cambia il senso di rotazione del campo magnetico rotante nello statore.

Quando il campo rotante nello statore del motore cambia direzione, il motore ruota nella direzione del rotore. L'inversione dell'uscita del generatore aziona anche il rotore del motore nella direzione opposta. Invertendo qualsiasi filo bifase, sia all'indotto del generatore che ai terminali del motore, la sequenza delle fasi verrà invertita in quel punto. La gestione di due conduttori qualsiasi nello stesso punto ripristinerà la normale sequenza di fase.

La differenza tra il numero di giri del campo magnetico rotante dello statore e il numero di giri del rotore è caratterizzata dallo scorrimento.

La differenza tra il numero di giri del campo magnetico rotante dello statore e il numero di giri del rotore dipende dallo scorrimento.

Il ritardo relativo del rotore dal campo magnetico rotante dello statore è chiamato scorrimento. La potenza delle perdite elettriche nel rotore di un motore a induzione è proporzionale allo scorrimento.

Il rotore è supportato da cuscinetti a ciascuna estremità. Lo statore viene rilasciato in posizione all'interno del telaio del motore. Il telaio copre tutti i componenti del motore. Il telaio del motore, tra l'altro, è un fattore determinante nel posizionamento del motore. Ogni alloggiamento del telaio del motore ha caratteristiche specifiche e applicazioni speciali per le navi. Ci sono sette tipi di corpo principali.

Nel caso tipo aperto le campane terminali sono aperte e forniscono la massima ventilazione del motore. Questo è il case del motore più economico. In un caso semi-ristretto, le campane terminali sono aperte, ma sono previsti schermi per impedire l'ingresso di oggetti nel motore. Nessuna protezione contro acqua o liquidi.

Quando il rotore si trova nel campo magnetico rotante dello statore, in esso avviene il processo di inversione della magnetizzazione rotazionale del materiale magnetico attivo. Quest'ultimo si manifesta nel ritardo del vettore di induzione magnetica Bp dal vettore di intensità di campo H in qualsiasi punto del materiale di un angolo spaziale ar. L'entità di questo angolo e le perdite di isteresi per ciclo, come è stato notato, non dipendono dalla frequenza di rimagnetizzazione.

In un alloggiamento protetto, sono presenti schermi e protezioni su qualsiasi apertura nell'alloggiamento del motore. Sono previste aperture limitate nell'alloggiamento del motore per limitare l'accesso ai componenti sotto tensione e rotanti. In un alloggiamento ermeticamente sigillato, le campane terminali sono chiuse per impedire al liquido di entrare nell'alloggiamento con un angolo non superiore a 15 gradi rispetto alla verticale.

Nell'alloggiamento a prova di schizzi, le aperture del motore sono progettate per impedire l'ingresso di particelle liquide o solide nel motore con qualsiasi angolo fino a 100 gradi rispetto alla verticale. L'alloggiamento impermeabile impedisce all'umidità o all'acqua di entrare nel motore e ostacolarne il corretto funzionamento.

Quando il rotore si trova nel campo magnetico rotante dello statore, in esso avviene il processo di inversione della magnetizzazione rotazionale del materiale magnetico attivo. Quest'ultimo, tuttavia, si manifesta nel ritardo del vettore di induzione magnetica Bp dal vettore di intensità di campo R in un punto del materiale di un certo angolo spaziale ar. L'entità di questo angolo e la perdita di isteresi per ciclo, come è stato notato, non dipendono dalla frequenza di rimagnetizzazione.

L'alloggiamento impermeabile impedisce il flusso d'acqua dal tubo in qualsiasi direzione dall'ingresso del motore per almeno 15 minuti. Le apparecchiature elettriche esposte alle intemperie o in uno spazio esposto al mare, agli schizzi o a condizioni simili devono essere a tenuta stagna o in un involucro a tenuta stagna. I motori elettrici, tuttavia, devono essere impermeabili o impermeabili.

Lo statore del motore è un avvolgimento fisso imbullonato all'interno dell'alloggiamento del motore. Gli avvolgimenti dello statore hanno una resistenza molto bassa. Ogni macchina ha un avvolgimento di filo stazionario isolato su tutta la sua lunghezza per evitare che i cortocircuiti girino per girare. Anche l'avvolgimento è isolato dal telaio. L'avvolgimento dello statore del motore è identico all'indotto del generatore, che ha lo stesso numero di poli. Ogni avvolgimento si sovrappone ed è elettricamente e meccanicamente distanziato di 120 gradi l'uno dall'altro.

Con l'aiuto di questi avvolgimenti viene creato un campo magnetico rotante dello statore, che trascina con sé il rotore del motore elettrico. Se entrambi gli avvolgimenti sono alimentati dalla stessa rete, l'avvolgimento di eccitazione è collegato tramite il condensatore C.

Il motore sfrutta il principio dell'interazione tra il campo magnetico rotante dello statore e il magnete permanente multipolare del rotore mobile. Per determinare la posizione degli assi del magnete del rotore rispetto agli avvolgimenti dello statore e per controllare il circuito del commutatore, vengono utilizzati tre sensori fotoelettrici di posizione del rotore. La sorgente luminosa dei sensori è la lampadina EL1, la cui luce, attraverso le fessure del diaframma del rotore, entra alternativamente nei fotodiodi della scheda del commutatore.

La figura sopra mostra la vista dall'alto degli avvolgimenti fissi. Ciascuno degli avvolgimenti trifase è suddiviso in molte bobine aggiuntive distribuite uniformemente nello statore. Questa distribuzione uniforme sfrutta al meglio i campi magnetici che si svilupperanno all'interno degli avvolgimenti dello statore in presenza di corrente. Fornisce inoltre una coppia più uniforme al rotore.

Il rotore si presenta come un solido cilindro supportato a ciascuna estremità da cuscinetti. A un esame più attento, puoi vedere sottili aste incastonate in un cilindro laminato ad un angolo quasi parallelo all'albero del rotore. Ci sono anelli terminali a ciascuna estremità del nucleo cilindrico del rotore. Ciascuna estremità dell'asta è collegata agli anelli di chiusura. Questi avvolgimenti del rotore sono simili nel design agli ammortizzatori o agli avvolgimenti degli ammortizzatori che si trovano in un generatore.

Una caratteristica dei sistemi multifase è la capacità di creare un campo magnetico rotante in un dispositivo meccanicamente stazionario.
Bobina collegata alla sorgente corrente alternata, forma un campo magnetico pulsante, cioè un campo magnetico che cambia in intensità e direzione.

Prendi un cilindro con un diametro interno D. Sulla superficie del cilindro posizioniamo tre bobine, spostate spazialmente l'una rispetto all'altra di 120 o . Colleghiamo le bobine a una fonte di tensione trifase (Fig. 12.1). Sulla fig. 12.2 mostra un grafico delle correnti istantanee che formano un sistema trifase.

Queste aste del rotore in cortocircuito diventano trasformatori secondari. Le barre del rotore e gli anelli terminali completano il circuito e la corrente viene stabilita in queste barre del rotore. Ricorda, ogni volta che viene impostata una corrente, c'è un campo magnetico. Poiché questo campo magnetico è una proprietà dell'induzione e l'induzione si oppone a ciò che lo crea, il polo del campo magnetico nel rotore ha la polarità opposta al polo del campo dello statore che lo ha generato. Vengono applicati i principi del magnetismo e la polarità del rotore viene attratta dalla polarità opposta dello statore.

Ciascuna delle bobine crea un campo magnetico pulsante. I campi magnetici delle bobine, interagendo tra loro, formano il risultante campo magnetico rotante, caratterizzato dal vettore dell'induzione magnetica risultante
Sulla fig. 12.3 mostra i vettori di induzione magnetica di ciascuna fase e il vettore risultante costruito per tre volte t1, t2, t3. Le direzioni positive degli assi delle bobine sono contrassegnate +1, +2, +3.

Il campo rotante dello statore, in realtà ruotando la polarità magnetica, tira e spinge il campo del rotore inizialmente stabilito nel rotore. Tirando e spingendo si ottiene coppia e il rotore del motore gira. Le parole spesso usate per descrivere gli avvolgimenti solidi delle aste che si trovano nel rotore di un motore a induzione sono "asta in cortocircuito". Un cortocircuito è una situazione di resistenza molto bassa che ha pochissime limitazioni nella riduzione della corrente.

Condizione corto circuito possono avere effetti devastanti sull'intero ambiente elettrico. Le barre del rotore sono progettate per una resistenza molto bassa per ottenere prestazioni specifiche del motore. I rotori stessi non sono interamente la causa del cortocircuito. Viene avviato un grande avviamento della corrente del motore a causa del movimento relativo tra l'avvolgimento del rotore stazionario e il campo dello statore rotante. Questa è una frazione della corrente massima che il motore assorbirà dal sistema di distribuzione.

Al momento t \u003d t 1, la corrente e l'induzione magnetica nella bobina A-X sono positive e massime, a bobine B-Y e C-Z sono gli stessi e negativi. Il vettore dell'induzione magnetica risultante è uguale alla somma geometrica dei vettori delle induzioni magnetiche delle bobine e coincide con l'asse della bobina A-X. Al momento t \u003d t 2 correnti in bobine A-X e C-Z sono uguali in grandezza e opposte nella direzione. La corrente nella fase B è zero. Il vettore di induzione magnetica risultante ruotava di 30° in senso orario. Al momento t \u003d t 3, le correnti nelle bobine A-X e B-Y sono le stesse in grandezza e positive, la corrente in fase C-Zè massimo e negativo, il vettore del campo magnetico risultante è posto nella direzione negativa dell'asse della bobina C-Z. Per un periodo di corrente alternata, il vettore del campo magnetico risultante girerà di 360°.

All'aumentare della velocità del rotore, la nitidezza sarà drasticamente ridotta. Poco dopo aver applicato l'alimentazione al motore, la corrente scende al 10 percento. Una volta che il motore gira a velocità normale, viene mantenuta la corrente a pieno carico indicata sulla targa dati. Il sovraccarico meccanico del motore rallenta il rotore e aumenta la corrente. Questo è un aumento di corrente, non importa quanto piccolo, che si traduce in calore sufficiente per distruggere i motori.

Se il rotore può ruotare a velocità sincrona, non ci sarà movimento relativo tra il campo magnetico dello statore e le strisce conduttrici del rotore. Ciò porrebbe fine al processo di induzione nel rotore e il rotore perderebbe il suo campo magnetico. Questo non è possibile con un motore asincrono. Se la velocità del rotore è uguale alla velocità sincrona, il rotore si fermerà. La velocità del rotore sarà mantenuta al di sotto della velocità sincrona. Lo scorrimento è la differenza tra la velocità sincrona e la velocità effettiva del rotore.

Velocità del campo magnetico o velocità sincrona

(12.1)

dove P è il numero di coppie di poli.

Le bobine mostrate in fig. 12.1, creare un campo magnetico bipolare, con il numero di poli 2P = 2. La frequenza di rotazione del campo è 3000 rpm.
Per ottenere un campo magnetico quadripolare è necessario posizionare all'interno del cilindro sei bobine, due per ogni fase. Quindi, secondo la formula (12.1), il campo magnetico ruoterà due volte più lentamente, con n 1 = 1500 giri/min.
Per ottenere un campo magnetico rotante, devono essere soddisfatte due condizioni.

Lo slittamento è spesso espresso in percentuale. Un motore a induzione avrà sempre una differenza di velocità tra il rotore e il campo dello statore. Senza questa distinzione, non ci sarebbe movimento relativo tra il campo e il rotore e il campo induttivo o magnetico nel rotore.

Il rotore, e quindi la velocità del motore, è determinato dal numero di poli, dalla frequenza e dalla percentuale di scorrimento. La resistenza nel rotore determina la relativa facilità con cui si stabilisce il campo magnetico nel rotore. La corrente di avviamento, lo scorrimento e la coppia del motore vengono modificati dalla resistenza del rotore. Sviluppando un motore con un'elevata resistenza del rotore, si sviluppa uno scorrimento maggiore perché il campo magnetico del rotore non può svilupparsi molto rapidamente. La sequenza graduale di eventi descrive le azioni tra lo statore e il rotore in un motore a induzione con resistenza del rotore relativamente elevata.

1. Avere almeno due bobine spazialmente polarizzate.

2. Collegare le correnti sfasate alle bobine.

12.2. motori asincroni.
Design, principio di funzionamento

Il motore asincrono ha immobile la parte chiamata statore , e rotante la parte chiamata rotore . Lo statore contiene un avvolgimento che crea un campo magnetico rotante.
Ci sono motori asincroni con gabbia di scoiattolo e rotore di fase.
Nelle fessure del rotore con avvolgimento in cortocircuito sono posizionate aste in alluminio o rame. Alle estremità, le aste sono chiuse con anelli in alluminio o rame. Lo statore e il rotore sono realizzati con lamiere di acciaio elettrico per ridurre le perdite di correnti parassite.
Il rotore di fase ha avvolgimento trifase(per motore trifase). Le estremità delle fasi sono collegate in un nodo comune e gli inizi sono portati a tre anelli di contatto posti sull'albero. Le spazzole a contatto fisso sono posizionate sugli anelli. Alle spazzole è collegato un reostato di avviamento. Dopo aver avviato il motore, la resistenza del reostato di avviamento viene gradualmente ridotta a zero.
Il principio di funzionamento di un motore a induzione sarà considerato sul modello mostrato in Figura 12.4.

L'elevata resistenza del rotore impedisce rapida creazione campo magnetico del rotore. L'incapacità del rotore di creare rapidamente un campo magnetico non consente di aumentare rapidamente la velocità di rotazione del rotore. Poiché il rotore non aumenta rapidamente all'aumentare della velocità, vi è un movimento relativo maggiore tra il campo dello statore rotante e il rotore lento.

L'aumento della corrente aumenta il campo magnetico del rotore. L'aumento del campo magnetico aumenta l'attrazione magnetica del rotore sul polo rotante dello statore. Il rotore sviluppa più coppia per gestire carichi più pesanti. Tuttavia, la coppia aggiuntiva non si verifica senza alcune complicazioni. Un aumento della coppia significa una maggiore richiesta di corrente nel sistema di distribuzione. C'è anche un aumento dello slittamento a pieno carico. Resistenze del rotore più elevate sono inaccettabili per tutte le applicazioni.

Rappresentiamo il campo magnetico rotante dello statore come un magnete permanente rotante a velocità sincrona n 1 .
Le correnti sono indotte nei conduttori dell'avvolgimento chiuso del rotore. I poli del magnete si muovono in senso orario.
A un osservatore posizionato su un magnete rotante, sembra che il magnete sia fermo e che i conduttori dell'avvolgimento del rotore si muovano in senso antiorario.
Le direzioni delle correnti del rotore, determinate dalla regola della mano destra, sono mostrate in Fig. 12.4.

Questo è il motivo di molti modelli di rotori. La resistenza del rotore è determinata dalla National Electrical Manufacturers Association ed è designata in base alla progettazione. Già utilizzati nei settori del petrolio e del gas, dell'energia, dei semiconduttori e delle macchine utensili in molte applicazioni impegnative, i cuscinetti magnetici hanno un potenziale significativo per soluzioni di trattamento delle acque reflue più efficienti.

La potenza di uscita nominale di questi motori varia da 75 kW a 350 kW a velocità fino a 000 min. I motori oil-free ad alte prestazioni hanno varie caratteristiche per aumentare la potenza del ventilatore. I cuscinetti magnetici hanno potenti capacità di monitoraggio e diagnostica per aiutare i clienti a identificare potenziali problemi e prevenire guasti alle apparecchiature.

Riso. 12.4

Usando la regola della mano sinistra, troviamo la direzione delle forze elettromagnetiche che agiscono sul rotore e lo fanno ruotare. Il rotore del motore ruoterà ad una velocità n 2 nel senso di rotazione del campo dello statore.
Il rotore ruota in modo asincrono, ovvero la sua velocità di rotazione n 2 è inferiore alla velocità di rotazione del campo dello statore n 1.
La differenza relativa tra le velocità dei campi dello statore e del rotore è chiamata scorrimento.

Lo scorrimento non può essere uguale a zero, poiché a parità di velocità del campo e del rotore, l'induzione di correnti nel rotore si fermerebbe e, di conseguenza, non ci sarebbe coppia elettromagnetica.
Rotante momento elettromagneticoè bilanciato dal momento frenante contrastante M em \u003d M 2.
Con un aumento del carico sull'albero motore, la coppia frenante diventa maggiore della coppia e lo scorrimento aumenta. Di conseguenza, l'EMF e le correnti indotte nell'avvolgimento del rotore aumentano. La coppia aumenta e diventa uguale alla coppia frenante. La coppia può aumentare con l'aumentare dello scorrimento fino ad un certo valore massimo, dopodiché, con un ulteriore aumento della coppia frenante, la coppia diminuisce bruscamente e il motore si ferma.
Lo scorrimento del motore in stallo è uguale a uno. Si dice che il motore è in modalità di cortocircuito.
La velocità di rotazione di un motore a induzione n 2 senza carico è approssimativamente uguale alla frequenza sincrona n 1 . Slittamento di un motore scarico S 0. Si dice che il motore sia al minimo.
Scontrino macchina asincrona, operando in modalità motore, varia da zero a uno.
Una macchina asincrona può funzionare in modalità generatore. Per fare ciò, il suo rotore deve essere ruotato da un motore di terze parti nel senso di rotazione del campo magnetico dello statore con una frequenza n 2 > n 1 . Scontrino generatore asincrono.
Una macchina asincrona può funzionare nella modalità di un freno di macchina elettrico. Per fare ciò, è necessario ruotare il suo rotore nella direzione opposta al senso di rotazione del campo magnetico dello statore.
In questa modalità, S > 1. Di norma, le macchine asincrone vengono utilizzate nella modalità motore. Il motore a induzione è il tipo di motore più comune nel settore. La frequenza di rotazione del campo in un motore asincrono è rigidamente correlata alla frequenza della rete f 1 e al numero di coppie di poli dello statore. Ad una frequenza f 1 = 50 Hz, si ha la seguente serie di frequenze di rotazione.

Una macchina asincrona a rotore bloccato funziona come un trasformatore. Il flusso magnetico principale induce nello statore e negli avvolgimenti del rotore fisso EMF E 1 ed E 2k.

dove Ф m - il valore massimo del flusso magnetico principale accoppiato con
avvolgimenti dello statore e del rotore;
W 1 e W 2 - il numero di giri degli avvolgimenti dello statore e del rotore;
f 1 - frequenza della tensione nella rete;
K 01 e K 02 - rapporti di avvolgimento avvolgimenti dello statore e del rotore.

Per ottenere una distribuzione più favorevole dell'induzione magnetica nel traferro tra statore e rotore, gli avvolgimenti dello statore e del rotore non sono concentrati all'interno di un polo, ma distribuiti lungo la circonferenza dello statore e del rotore. L'EMF dell'avvolgimento distribuito è inferiore all'EMF dell'avvolgimento concentrato