Roterende magnetfelt induksjonsmotor. Roterende magnetfelt. Enheten til en trefaset asynkron maskin

Side 1

Det roterende magnetfeltet til statoren, som krysser armaturets kropp, induserer virvelstrømmer i den. Samspillet mellom virvelstrømmer i ankeret med magnetfeltet til statoren skaper et dreiemoment som får ankeret til å rotere. Hvis det ikke er noen belastning på ankeraksen, vil ankerrotasjonshastigheten co være lik rotasjonshastigheten coc magnetfelt.

På tidspunkt 7 tilsvarer strømmen momentan 1, når feltet forplanter seg nedover og til høyre igjen. Dermed ble en fullstendig rotasjon av det bipolare feltet fullført gjennom en komplett syklus på 360 elektriske grader av trefasestrømmer som strømmet gjennom statorviklingene.

Begrepet "pol" bør ta hensyn til begrepene som brukes i kapittel 2 om magnetisme. Følgende definisjon av en motorpol gir den praktisk bruksbetydning: En motorpol er en komplett motorstatorviklingskrets som, når den blir energisert av strøm, vil produsere en magnetisk feltkonsentrasjon eller polaritet.

Det roterende statormagnetfeltet krysser stator- og rotorviklingene samtidig og eksiterer sinusformet induksjons-EMK i dem.

Hvordan dannes det roterende magnetiske feltet til statoren.

De magnetiske linjene i det roterende magnetfeltet til statoren har en tendens til å følge en bane med mindre magnetisk motstand.

Vurder egenskapene til statorens roterende magnetiske felt, forutsatt at rotorkretsen er åpen.

Hastigheten til det roterende statorfeltet kalles synkronhastigheten. Synkron hastighet avhenger av to faktorer. Antall stolper. - Strømforsyningsfrekvens. Den synkrone hastigheten bestemmer på sin side rotasjonshastigheten til motorrotoren. Som med hastigheten til drivkraftgeneratoren, er RPM og rotor RPM direkte relatert. Antall poler i motoren bestemmer hvor raskt rotasjonsfeltet vil bevege seg langs den indre periferien av motorhuset ved en gitt frekvens.

Jo flere poler motoren har, jo lengre tid tar det å aktivere alle sett med poler, og jo langsommere vil motorfeltet rotere med 60 hertz. Tabellen viser rotasjonsfelthastigheten for en 60 hertz strømforsyning. Dette kan sjekkes fra bryteren.

Forskjellen mellom frekvensen til det roterende magnetiske feltet til statoren o og rotorhastigheten n kalles rotorens etterslep eller slip.

Når maskinen slås på på denne måten, skaper det roterende magnetiske feltet til statoren, i samspill med feltet til den stasjonære rotoren, et øyeblikk på akselen, hvis fortegn endres med en frekvens på 100 Hz. For eksempel når sørpolen til statorfeltet nærmer seg rotorens nordpol, skapes et moment som virker mot rotasjonsretningen. Når den positive polen til statorfeltet beveger seg bort fra nordpolen til rotoren, dannes et positivt moment som gir en omvendt impuls til rotoren. Rotoren har ikke tid til å snu, siden dens mekaniske treghet er for stor.

Et sett med indikatorer indikerer rekkefølgen av faser fra strømforsyningen. Når generatoren roterer, genereres en strøm i ankeret. Hver ankerfase blir elektrisk aktiv. Rekkefølgen som fasene blir elektrisk aktive bestemmer i hvilken rekkefølge motorstatoren mottar strøm. Dette endrer rotasjonsretningen til det roterende magnetfeltet i statoren.

Når rotasjonsfeltet i motorstatoren endrer retning, roterer motoren rotorens retning. Reversering av generatorutgangen vil også drive motorrotoren i motsatt retning. Ved å reversere eventuelle tofaseledninger, både ved generatorankeret og ved motorterminalene, vil fasesekvensen reverseres på det punktet. Håndtering av to avledninger på samme punkt vil gjenopprette den normale fasesekvensen.

Forskjellen mellom antall omdreininger av det roterende magnetiske feltet til statoren og antall omdreininger av rotoren er preget av slip.

Forskjellen mellom antall omdreininger av det roterende magnetfeltet til statoren og antall omdreininger av rotoren avhenger av slipingen.

Den relative forsinkelsen til rotoren fra det roterende magnetfeltet til statoren kalles slip. Kraften til elektriske tap i rotoren til en induksjonsmotor er proporsjonal med slip.

Rotoren er støttet av lagre i hver ende. Statoren frigjøres på plass inne i motorrammen. Rammen dekker alle motorkomponenter. Rammen på motoren er blant annet en avgjørende faktor for plasseringen av motoren. Hvert motorrammehus har spesifikke egenskaper og spesielle bruksområder for skip. Det er syv hovedkroppstyper.

I tilfelle åpen type endeklokkene er åpne og gir maksimal motorventilasjon. Dette er det billigste motorhuset. I et semi-begrenset tilfelle er endeklokkene åpne, men skjermer er gitt for å forhindre at gjenstander kommer inn i motoren. Ingen beskyttelse mot vann eller væsker.

Når rotoren er i det roterende magnetiske feltet til statoren, foregår prosessen med roav det aktive magnetiske materialet i den. Sistnevnte manifesterer seg imidlertid i etterslepet til den magnetiske induksjonsvektoren Bp fra feltstyrkevektoren H på et eller annet punkt i materialet med en romlig vinkel ar. Størrelsen på denne vinkelen og hysteresetapene per syklus, som nevnt, avhenger ikke av remagnetiseringsfrekvensen.

I et beskyttet hus finnes skjermer og vern over enhver åpning i motorhuset. Det er begrensede åpninger i motorhuset for å begrense tilgangen til strømførende og roterende komponenter. I et hermetisk forseglet hus er endeklokkene lukket for å hindre at væske kommer inn i huset i en vinkel på ikke mer enn 15 grader fra vertikalen.

I det sprutsikre huset er motoråpningene utformet for å hindre at flytende eller faste partikler kommer inn i motoren i alle vinkler opp til 100 grader fra vertikalen. Det vanntette huset hindrer fuktighet eller vann i å komme inn i motoren og hindrer dens vellykkede drift.

Når rotoren er i det roterende magnetiske feltet til statoren, foregår prosessen med roav det aktive magnetiske materialet i den. Sistnevnte manifesterer seg imidlertid i etterslepet til den magnetiske induksjonsvektoren Bp fra feltstyrkevektoren R på et eller annet punkt i materialet med en romlig vinkel ar. Størrelsen på denne vinkelen og hysteresetapet per syklus, som nevnt, avhenger ikke av remagnetiseringsfrekvensen.

Det vanntette huset hindrer vannstrøm fra slangen i alle retninger fra motorinntaket i minst 15 minutter. Elektrisk utstyr som er utsatt for vær eller i et rom hvor det er utsatt for sjø, sprut eller lignende forhold skal være vanntett eller i en vanntett innkapsling. Elektriske motorer må imidlertid enten være vanntette eller vanntette.

Motorstatoren er en fast vikling boltet på innsiden av motorhuset. Statorviklingene har svært lav motstand. Hver maskin har en stasjonær trådvikling som er isolert langs hele dens lengde for å hindre kortslutninger i å snu. Viklingen er også isolert fra rammen. Motorens statorvikling er identisk med generatorarmaturen, som har samme antall poler. Hver vikling overlapper og er elektrisk og mekanisk plassert 120 grader fra hverandre.

Ved hjelp av disse viklingene skapes et roterende magnetfelt av statoren, som drar rotoren til den elektriske motoren med seg. Hvis begge viklingene får strøm fra samme nettverk, kobles eksitasjonsviklingen gjennom kondensator C.

Motoren bruker prinsippet om interaksjon mellom det roterende magnetiske feltet til statoren og den flerpolede permanentmagneten til den bevegelige rotoren. For å bestemme plasseringen av aksene til rotormagneten i forhold til statorviklingene og for å kontrollere kommutatorkretsen, brukes tre fotoelektriske rotorposisjonssensorer. Lyskilden til sensorene er lyspæren EL1, hvis lys, gjennom sporene på rotormembranen, vekselvis kommer inn i fotodiodene til kommutatorkortet.

Figuren over viser ovenfra av de faste viklingene. Hver av trefaseviklingene er delt inn i mange ekstra spoler jevnt fordelt over statoren. Denne jevne fordelingen utnytter de magnetiske feltene som vil utvikle seg inne i statorviklingene bedre når det er strøm. Det gir også jevnere dreiemoment til rotoren.

Rotoren ser ut som en solid sylinder støttet i hver ende av lagre. Ved nærmere ettersyn kan man se tynne stenger innebygd i en laminert sylinder i en vinkel nesten parallelt med rotorakselen. Det er enderinger i hver ende av den sylindriske kjernen til rotoren. Hver ende av stangen er koblet til lukkeringene. Disse rotorviklingene ligner i design på støtdempere eller demperviklinger som finnes i en generator.

Et trekk ved flerfasesystemer er muligheten til å skape et roterende magnetfelt i en mekanisk stasjonær enhet.
Spole koblet til kilden vekselstrøm, danner et pulserende magnetfelt, dvs. et magnetfelt som endrer seg i størrelse og retning.

Ta en sylinder med en indre diameter D. På overflaten av sylinderen legger vi tre spoler, romlig forskjøvet i forhold til hverandre med 120 o . Vi kobler spolene til en trefase spenningskilde (fig. 12.1). På fig. 12.2 viser en graf over momentane strømmer som danner et trefasesystem.

Disse kortsluttede rotorstengene blir sekundære transformatorer. Rotorstengene og enderingene fullfører kretsen, og det etableres strøm i disse rotorstengene. Husk at når en strøm er satt, så er det et magnetfelt. Siden dette magnetfeltet er en egenskap ved induksjon og induksjon motsetter seg det som skaper det, har magnetfeltpolen i rotoren motsatt polaritet av statorfeltpolen som genererte den. Prinsippene for magnetisme brukes og rotorens polaritet tiltrekkes mot statorens motsatte polaritet.

Hver av spolene skaper et pulserende magnetfelt. De magnetiske feltene til spolene, som interagerer med hverandre, danner det resulterende roterende magnetiske feltet, preget av vektoren til den resulterende magnetiske induksjonen
På fig. 12.3 viser de magnetiske induksjonsvektorene for hver fase og den resulterende vektoren konstruert for tre ganger t1, t2, t3. De positive retningene til spolenes akser er merket +1, +2, +3.

Det roterende statorfeltet, faktisk roterende magnetisk polaritet, trekker og skyver det opprinnelig etablerte rotorfeltet i rotoren. Å trekke og skyve resulterer i dreiemoment og rotoren på motoren går rundt. Ord som ofte brukes for å beskrive de solide viklingene til stenger som finnes i rotoren til en induksjonsmotor, er "kortsluttede stenger". En kortslutning er en situasjon med svært lav motstand som har svært liten begrensning i å redusere strøm.

Tilstand kortslutning kan ha ødeleggende effekter på hele det elektriske miljøet. Rotorstenger er designet for svært lavt luftmotstand for å oppnå spesifikk motorytelse. Rotorene i seg selv er ikke helt årsaken til kortslutningen. En stor start av motorstrømmen initieres på grunn av den relative bevegelsen mellom den stasjonære rotorviklingen og det roterende statorfeltet. Dette er en brøkdel av den maksimale strømmen som motoren vil trekke fra distribusjonssystemet.

For øyeblikket t \u003d t 1 er strømmen og magnetisk induksjon i A-X-spolen positive og maksimale, i BY- og C-Z-spolene er de de samme og negative. Vektoren til den resulterende magnetiske induksjonen er lik den geometriske summen av vektorene til de magnetiske induksjonene til spolene og faller sammen med aksen til spolen A-X. For øyeblikket strømmer det inn 2 strømmer spoler A-X og C-Z er like store og motsatte i retning. Strømmen i fase B er null. Den resulterende magnetiske induksjonsvektoren roterte med klokken 30 o . I øyeblikket t \u003d t 3 er strømmene i spolene A-X og B-Y de samme i størrelse og positive, strømmen i fase C-Z er maksimal og negativ, plasseres vektoren til det resulterende magnetfeltet i aksens negative retning C-Z spoler. I en periode med vekselstrøm vil vektoren til det resulterende magnetfeltet snu 360 o.

Når rotorhastigheten øker, vil skarpheten reduseres drastisk. Kort tid etter at motoren settes på, synker strømmen til 10 prosent. Når motoren går med normal hastighet, opprettholdes fulllaststrømmen som er angitt på typeskiltet. Mekanisk overbelastning av motoren bremser rotoren og øker strømmen. Dette er en økning i strøm, uansett hvor liten, som resulterer i nok varme til å ødelegge motorene.

Hvis rotoren kan rotere med synkron hastighet, vil det ikke være noen relativ bevegelse mellom statormagnetfeltet og rotorlederstripene. Dette ville avslutte induksjonsprosessen i rotoren og rotoren ville miste sitt magnetiske felt. Dette er ikke mulig med en asynkronmotor. Hvis rotorhastigheten er lik den synkrone hastigheten, vil rotoren stoppe. Rotorhastigheten vil holdes et sted under synkron hastighet. Slip er forskjellen mellom synkron hastighet og faktisk rotorhastighet.

Magnetisk felthastighet eller synkron hastighet

(12.1)

hvor P er antall polpar.

Spolene vist i fig. 12.1, skap et bipolart magnetfelt, med antall poler 2P = 2. Feltrotasjonsfrekvensen er 3000 rpm.
For å oppnå et fire-polet magnetfelt, er det nødvendig å plassere seks spoler inne i sylinderen, to for hver fase. Da vil magnetfeltet ifølge formel (12.1) rotere dobbelt så sakte, med n 1 = 1500 rpm.
For å få et roterende magnetfelt må to betingelser være oppfylt.

Slip uttrykkes ofte i prosent. En induksjonsmotor vil alltid ha en forskjell i hastighet mellom rotoren og statorfeltet. Uten denne forskjellen ville det ikke vært noen relativ bevegelse mellom feltet og rotoren og det induktive eller magnetiske feltet i rotoren.

Rotoren, og dermed hastigheten til motoren, bestemmes av antall poler, frekvensen og prosentandelen av slip. Motstanden i rotoren bestemmer den relative lettheten som magnetfeltet i rotoren etableres med. Startstrømmen, slip og dreiemoment til motoren endres av rotorens motstand. Ved å utvikle en motor med høy rotormotstand, utvikles en større slip fordi rotormagnetfeltet ikke kan utvikle seg veldig raskt. Den trinnvise hendelsesforløpet viser handlingene mellom statoren og rotoren i en induksjonsmotor med relativt høy rotormotstand.

1. Ha minst to romlig forspente spoler.

2. Koble ut-fasestrømmer til spolene.

12.2. asynkrone motorer.
Design, operasjonsprinsipp

Asynkronmotoren har ubevegelig delen som heter stator , og roterende delen som heter rotor . Statoren inneholder en vikling som skaper et roterende magnetfelt.
Det er asynkronmotorer med ekorn-bur og faserotor.
I sporene til rotoren med en kortsluttet vikling er aluminium- eller kobberstenger plassert. I endene er stengene lukket med aluminium- eller kobberringer. Statoren og rotoren er laget av elektriske stålplater for å redusere virvelstrømstap.
Faserotoren har trefase vikling(til trefase motor). Endene av fasene kobles til en felles node, og begynnelsen bringes ut til tre kontaktringer plassert på akselen. Fastkontaktbørster plasseres på ringene. En startreostat er koblet til børstene. Etter start av motoren reduseres motstanden til startreostaten gradvis til null.
Prinsippet for drift av en induksjonsmotor vil bli vurdert på modellen vist i figur 12.4.

Høy rotormotstand forhindrer rask opprettelse rotorens magnetfelt. Rotorens manglende evne til raskt å skape et magnetfelt lar deg ikke raskt øke rotasjonshastigheten til rotoren. Fordi rotoren ikke øker raskt med økende hastighet, er det en høyere relativ bevegelse mellom det roterende statorfeltet og den langsomme rotoren.

Den økte strømmen øker rotorens magnetiske felt. Det økte magnetfeltet øker rotorens magnetiske tiltrekning til den roterende statorpolen. Rotoren utvikler mer dreiemoment for å håndtere tyngre belastninger. Imidlertid oppstår ikke ytterligere dreiemoment uten noen komplikasjoner. Økning i dreiemoment betyr økt strømbehov i distribusjonssystemet. Det er også en økning i slipp ved full last. Høyere rotormotstander er uakseptable for alle bruksområder.

Vi representerer det roterende magnetfeltet til statoren som en permanent magnet som roterer med en synkron hastighet n 1 .
Strømmer induseres i lederne til rotorens lukkede vikling. Polene til magneten beveger seg med klokken.
For en observatør plassert på en roterende magnet ser det ut til at magneten er stasjonær, og lederne til rotorviklingen beveger seg mot klokken.
Retningene til rotorstrømmene, bestemt av høyreregelen, er vist i fig. 12.4.

Dette er grunnen til mange rotordesign. Rotormotstand bestemmes av National Electrical Manufacturers Association og er utpekt ved design. Allerede brukt i olje- og gass-, energi-, halvleder- og maskinverktøyindustrien i mange utfordrende applikasjoner, har magnetiske lagre et betydelig potensial for mer effektive løsninger for avløpsvannbehandling.

Den nominelle utgangseffekten til disse motorene varierer fra 75 kW til 350 kW ved hastigheter opp til 000 min. Oljefrie høyytelsesmotorer har ulike funksjoner for å øke viftekraften. Magnetiske lagre har kraftige overvåkings- og diagnosefunksjoner som hjelper kunder med å identifisere potensielle problemer og forhindre utstyrssvikt.

Ris. 12.4

Ved å bruke venstrehåndsregelen finner vi retningen til de elektromagnetiske kreftene som virker på rotoren og får den til å rotere. Motorrotoren vil rotere med en hastighet på n 2 i rotasjonsretningen til statorfeltet.
Rotoren roterer asynkront, det vil si at dens rotasjonshastighet n 2 er mindre enn rotasjonshastigheten til statorfeltet n 1.
Den relative forskjellen mellom hastighetene til stator- og rotorfeltene kalles slip.

Slipingen kan ikke være lik null, siden ved de samme hastighetene til feltet og rotoren vil induksjonen av strømmer i rotoren stoppe, og følgelig vil det ikke være noe elektromagnetisk dreiemoment.
Roterende elektromagnetisk øyeblikk er balansert av det motvirkende bremsemomentet M em \u003d M 2.
Med en økning i belastningen på motorakselen blir bremsemomentet større enn dreiemomentet, og slipingen øker. Som et resultat øker EMF og strømmer indusert i rotorviklingen. Dreiemomentet øker og blir lik bremsemomentet. Dreiemomentet kan øke med økende slip opp til en viss maksimumsverdi, hvoretter ved ytterligere økning i bremsemomentet synker dreiemomentet kraftig og motoren stopper.
Slippen til den stoppet motoren er lik én. Motoren sies å være i kortslutningsmodus.
Rotasjonshastigheten til en ubelastet induksjonsmotor n 2 er omtrent lik den synkrone frekvensen n 1 . Slip av en ubelastet motor S 0. Motoren sies å gå på tomgang.
Slip asynkron maskin, som opererer i motormodus, varierer fra null til én.
En asynkron maskin kan fungere i generatormodus. For å gjøre dette må rotoren roteres av en tredjepartsmotor i rotasjonsretningen til statormagnetfeltet med en frekvens n 2 > n 1 . Slip asynkron generator.
En asynkron maskin kan fungere i modusen til en elektrisk maskinbrems. For å gjøre dette er det nødvendig å rotere rotoren i motsatt retning av rotasjonsretningen til statormagnetfeltet.
I denne modusen, S > 1. Som regel brukes asynkrone maskiner i motormodus. Induksjonsmotoren er den vanligste motortypen i bransjen. Feltets rotasjonsfrekvens i en asynkronmotor er stivt relatert til frekvensen til nettverket f 1 og antall par statorpoler. Ved en frekvens f 1 = 50 Hz er det følgende serie med rotasjonsfrekvenser.

En asynkronmaskin med låst rotor fungerer som en transformator. Den magnetiske hovedfluksen induserer i statoren og i de faste rotorviklingene EMF E 1 og E 2k.

hvor Ф m - den maksimale verdien av hovedmagnetisk fluks kombinert med
stator- og rotorviklinger;
W 1 og W 2 - antall omdreininger av stator- og rotorviklingene;
f 1 - spenningsfrekvens i nettverket;
K 01 og K 02 - viklingsforhold stator- og rotorviklinger.

For å oppnå en mer gunstig fordeling av magnetisk induksjon i luftgapet mellom statoren og rotoren, er stator- og rotorviklingene ikke konsentrert innenfor en pol, men fordelt langs omkretsen av statoren og rotoren. EMF for den distribuerte viklingen er mindre enn EMF for den klumpede viklingen