Mașini asincrone cu rotor cu colivie. Mașina asincronă este

Într-un număr de ţări să mașini asincrone sunt incluse și mașinile de colectare. Un alt nume pentru mașinile asincrone este inducţie datorită faptului că curentul din înfăşurarea rotorului este indus de câmpul rotativ al statorului. Mașinile asincrone reprezintă astăzi majoritatea mașini electrice. Sunt utilizate în principal ca motoare electrice și sunt convertizoarele principale. energie electricaîn mecanică.

Avantaje:

Ușurință de fabricație.
Fără contact mecanic cu partea statică a mașinii.

Defecte:

Mic Cuplul de pornire.
Curent de pornire semnificativ.

Istorie

Prioritatea în crearea unui motor cu inducție îi aparține lui Nikola Tesla, care la Budapesta, în primăvara anului 1882, a rezolvat problema creării unui motor rotativ. camp magnetic cu infasurare multifazata fixa curent alternativ, iar în 1884 la Strasbourg a demonstrat un model funcțional al motorului său. O contribuție la dezvoltarea motoarelor asincrone a fost adusă de Galileo Ferraris, care în 1885 în Italia a construit un model de motor cu inducție de 3 W. În 1888, Ferraris și-a publicat cercetările într-un articol pentru Academia Regală de Științe din Torino (în același an, Tesla a primit brevetul american 381.968 din 05/01/1888 ( S.U.A. Brevet 0 381 968 | cererea de inventie nr. 252132 din 10/12/1887), care a subliniat baza teoretica motor asincron. Meritul Ferrari-urilor este că a făcut o concluzie eronată despre o eficiență mică. motor asincron și inadecvarea utilizării sistemelor de curent alternativ, el a atras atenția multor ingineri asupra problemei îmbunătățirii mașinilor asincrone. Un articol al lui Galileo Ferraris publicat în revista Atti di Turino a fost retipărit de un jurnal englez și a fost citit în iulie 1888 de Mihail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky, absolvent al Școlii Tehnice Superioare Darmstadt, originar din Rusia. Deja în 1889, Dolivo-Dobrovolsky a primit un brevet pentru un motor asincron trifazat cu un rotor cu colivie, iar în 1890 - brevete în Anglia nr. 20425 și Germania nr. 75361 pentru un motor asincron trifazat cu un rotor de fază. . Aceste invenții au deschis era aplicării industriale în masă a mașinilor electrice. În prezent, motorul asincron este cel mai comun motor electric.

Proiecta

O mașină asincronă are un stator și un rotor separate printr-un spațiu de aer. Părțile sale active sunt înfășurările și un circuit magnetic (miez); toate celelalte părți sunt structurale, oferind rezistența necesară, rigiditatea, răcirea, posibilitatea de rotație etc.

Înfășurarea statorului este trifazată (in caz general- înfășurare multifazică, ale cărei conductoare sunt distribuite uniform pe circumferința statorului și sunt așezate fază cu fază în caneluri cu o distanță unghiulară de 120 el.deg. Fazele înfășurării statorului sunt conectate prin scheme standard„triunghi” sau „stea” și conectați-vă la rețea curent trifazat. Circuitul magnetic al statorului este remagnetizat în procesul de schimbare a curentului în înfășurarea statorului, deci este recrutat din plăci electrice de oțel pentru a asigura pierderi magnetice minime. Principala metodă de asamblare a circuitului magnetic într-un pachet este amestecarea.

Conform designului rotorului, mașinile asincrone sunt împărțite în două tipuri principale: cu circuit scurt rotorul și fază rotor. Ambele tipuri au același design al statorului și diferă doar în designul înfășurării rotorului. Circuitul magnetic al rotorului este realizat în mod similar cu circuitul magnetic al statorului - din plăci electrice de oțel.

rotor cu colivie

Rotorul mașinii asincrone cu cuști de veveriță

Înfășurarea rotorului în scurtcircuit, numită adesea „cușcă de veveriță” datorită similitudinii exterioare a designului, este formată din tije de cupru sau aluminiu, scurtcircuitate la capete cu două inele. Tijele acestei înfășurări sunt introduse în canelurile miezului rotorului. Miezurile rotorului și statorului au o structură angrenată. La mașinile de putere mică și medie, înfășurarea se face de obicei prin turnarea aliajului de aluminiu topit în canelurile miezului rotorului. Împreună cu tijele „cușcă de veveriță”, sunt turnate inele de scurtcircuit și lamele de capăt, care aerisesc mașina. La mașinile de mare putere, „cușca de veveriță” este realizată din tije de cupru, ale căror capete sunt conectate la inele de scurtcircuit prin sudare.

Adesea, canelurile rotorului sau statorului sunt teșite pentru a reduce EMF armonică mai mare cauzată de ondulațiile fluxului magnetic datorită prezenței dinților, a căror rezistență magnetică este semnificativ mai mică decât rezistența magnetică a înfășurării, precum și pentru a reduce zgomotul provocat de motive magnetice. Pentru a îmbunătăți performanța de pornire motor asincron cu un rotor cu colivie, și anume, o creștere a cuplului de pornire și o scădere a curentului de pornire, pe rotor se folosește o formă specială de canelură. În acest caz, partea exterioară a canelurii rotorului din axa de rotație are o secțiune transversală mai mică decât partea interioară. Acest lucru vă permite să utilizați efectul deplasării curentului, datorită căruia rezistența activă a înfășurării rotorului crește la alunecări mari (la pornire).

Motoarele asincrone cu rotor cu colivie au un cuplu mic de pornire și un curent de pornire semnificativ, ceea ce reprezintă un dezavantaj semnificativ al „cuștii veveriței”. Prin urmare, ele sunt utilizate în acele acționări electrice în care nu sunt necesare cupluri mari de pornire. Dintre avantaje, trebuie remarcată ușurința de fabricație și absența contactului electric cu partea statică a mașinii, ceea ce garantează durabilitatea și reduce costurile de întreținere. Cu un design special al rotorului, atunci când doar un cilindru gol din aluminiu se rotește în spațiul de aer, este posibil să se realizeze o inerție scăzută a motorului.

rotorul de fază

Rotorul de fază are o înfășurare trifazată (în cazul general, o înfășurare multifazată), conectată de obicei conform schemei „stea” și scoasă la inele colectoare care se rotesc cu arborele mașinii. Cu ajutorul periilor de grafit sau metal-grafit care alunecă de-a lungul acestor inele, în circuitul de înfășurare a rotorului:

includ reostactarea balastului ca rezistență activă suplimentară, aceeași pentru fiecare fază. Prin reducerea curentului de pornire, cuplul de pornire este crescut la valoarea maximă (în primul moment de timp). Astfel de motoare sunt folosite pentru a antrena mecanisme care sunt puse în acțiune atunci când incarcatura grea sau care necesită un control fluid al vitezei.
include inductanțe (choke) în fiecare fază a rotorului. Rezistența șocurilor depinde de frecvența curentului care curge și, după cum știți, în rotor în primul moment al pornirii, frecvența curenților de alunecare este cea mai mare. Pe măsură ce rotorul se rotește, frecvența curenților induși scade și odată cu aceasta și rezistența inductorului scade. Reactanța inductivăîn circuitul rotorului de fază vă permite să automatizați procedura de pornire a motorului și, dacă este necesar, să „prindeți” motorul, a cărui turație a scăzut din cauza suprasarcinii. Inductanța menține curenții rotorului la un nivel constant.
include sursa curent continuu, obținându-se astfel o mașină sincronă.
includ puterea de la invertor, care vă permite să controlați caracteristicile de turație și cuplu ale motorului. Acesta este un mod special de operare (mașină cu alimentare dublă). Este posibilă pornirea tensiunii de rețea fără invertor, cu o fazare opusă celei cu care este alimentat statorul.

Motor Schrage-Richter

Motor asincron cu comutator trifazat alimentat din partea rotorului.

Motor asincron inversat (alimentat de la rotor), care vă permite să reglați fără probleme viteza de la minim (gama este determinată de datele de înfășurare ale înfășurării suplimentare utilizate pentru a obține feme suplimentare, introduse cu frecvența de alunecare în circuitul secundar al mașină) la maxim, care de obicei se află deasupra sincronismului vitezei. Produs fizic prin schimbarea soluției unui set dublu de perii pentru fiecare „Fază” a circuitului secundar al motorului. Astfel, prin rearanjarea traverselor periei cu ajutorul unui dispozitiv mecanic (roată de mână sau alt actuator), a fost posibil să se controleze foarte economic turația unui motor cu inducție AC. Ideea de control în general este extrem de simplă și va fi implementată mai târziu în așa-numitele cascade cu supape asincrone, unde în circuitul rotorului de fază a fost inclus un convertor tiristor, care a funcționat ca invertor sau într-un mod redresor. Esența ideii este că o FEM suplimentară este introdusă în circuitul secundar al unui motor cu inducție. amplitudine și fază variabile cu frecvența de alunecare. Colectorul îndeplinește sarcina de a potrivi frecvența fem-ului suplimentar cu frecvența de alunecare a rotorului. Dacă e.m.f. este opus celui principal, puterea este scoasă din circuitul secundar al motorului cu o scădere corespunzătoare a vitezei mașinii, limita de viteză este dictată numai de condițiile de răcire ale înfășurărilor). La punctul de sincronism al mașinii, frecvența emf suplimentară. este egal cu zero, adică un curent continuu este furnizat circuitului secundar de către colector. În cazul însumării e.m.f. suplimentare. cu cea principală, puterea suplimentară este inversată în circuitul secundar al mașinii și, în consecință, accelerația peste viteza sincronă. Astfel, rezultatul reglementării a fost o familie cu caracteristici destul de rigide, cu descreștere moment critic la decelerare și la accelerare peste viteza sincronă - cu creșterea proporțională a acesteia.

Un interes deosebit este funcționarea mașinii cu o soluție asimetrică a traverselor de perie. În acest caz, diagrama vectorială a emf suplimentară. motorul primește așa-numita componentă tangențială, ceea ce face posibilă funcționarea cu un răspuns capacitiv la rețea.

Din punct de vedere structural, motorul este o mașină inversată, în care două înfășurări sunt așezate pe rotor: alimentarea cu inele colectoare și o înfășurare conectată prin intermediul a două perechi de perii pe „fază” la înfășurarea secundară a statorului. De fapt, aceste două părți înfăşurare secundarăÎn funcție de poziția traverselor periei, aceasta pornește fie una în funcție de cealaltă, fie în direcții opuse. Așa funcționează reglementarea.

Astfel de motoare au primit cea mai mare dezvoltare în anii 30 ai secolului XX. În Uniunea Sovietică, cu cultura de producție scăzută a industriei electrice, mașinile colectoare de curent alternativ (ACC) nu au primit nicio distribuție și dezvoltare notabilă din cauza cerințelor crescute pentru fabricarea ansamblului colector-perie și a costului general ridicat. Au pătruns pe teritoriul URSS în principal ca parte a echipamentelor achiziționate în străinătate și, cu prima ocazie, au fost înlocuite cu mașini de curent continuu mai puțin eficiente, dar mai ieftine, sau cu motoare asincrone cu rotor de fază. Metodele existente pentru calcularea c.m.f. dezvoltate de academicianul M.P. Kostenko (în manualele sale, mașinile asincrone sunt împărțite în colectoare și fără perii) sunt considerate un criteriu suficient pentru performanța mașinii prin verificarea acesteia în funcție de condițiile de comutare (pentru comparație, calculul termic este critic pentru un motor de curent continuu) .

În prezent, motorul Schrage este de interes numai ca un ajutor vizual excelent pentru studenți. Potrivit L. Ya. Telichko, profesor al departamentului de acționare electrică a Universității Tehnice din Lipetsk, „ cel mai bun model, unde teoria și practica cascadei pot fi atinse cu mâinile, este imposibil de găsit.

Principiul de funcționare

aplicat pe înfășurarea statorului Tensiune AC, sub acțiunea căruia un curent trece prin aceste înfășurări și creează un câmp magnetic rotativ. Câmpul magnetic acționează asupra înfășurării rotorului și, conform legii inducției electromagnetice, induce un EMF în ele. În înfășurarea rotorului, sub acțiunea EMF indusă, ia naștere un curent. Curentul din înfășurarea rotorului își creează propriul câmp magnetic, care interacționează cu câmpul magnetic rotativ al statorului. Ca urmare, asupra fiecărui dinte al circuitului magnetic al rotorului acționează o forță care, adunându-se în jurul circumferinței, creează un moment electromagnetic de rotație care face rotorul să se rotească.

Viteza de rotație a câmpului statorului

Când înfășurarea statorului este alimentată cu un curent trifazat (în cazul general, multifazic), se creează un câmp magnetic rotativ, a cărui frecvență de rotație sincronă [rpm] este legată de frecvența rețelei [Hz] de către raport:

unde este numărul de perechi de poli magnetici ai înfășurării statorului.

În funcție de numărul de perechi de poli, sunt posibile următoarele valori ale frecvențelor de rotație ale câmpului magnetic al statorului, la o frecvență a tensiunii de alimentare de 50 Hz:

n, rpm
3000	1
1500	2
1000	3
300	10

Majoritatea motoarelor au 1-3 perechi de poli, rareori 4. Foarte rar se folosesc mai mulți poli, astfel de mașini au eficiență și factor de putere scăzut, dar permit rotorului motorului să se rotească foarte ușor și lent.

Moduri de operare

Caracteristicile mecanice ale unei mașini asincrone: a - modul de recuperare a energiei la rețea (modul generator), b - modul motor, c - modul de contra-includere (modul de frână electromagnetică).

Modul motor

Dacă rotorul este staționar sau frecvența sa de rotație este mai mică decât sincronă, atunci câmpul magnetic rotativ traversează conductoarele înfășurării rotorului și induce în ele un EMF, sub acțiunea căruia apare un curent în înfășurarea rotorului. Forțele electromagnetice acționează asupra conductorilor cu curentul acestei înfășurări (sau mai bine zis, asupra dinților miezului rotorului); forța lor totală formează un cuplu electromagnetic care trage rotorul împreună cu câmpul magnetic. Dacă acest moment este suficient pentru a depăși forțele de frecare, rotorul începe să se rotească, iar viteza sa de rotație constantă [rpm] corespunde ecuației moment electromagnetic frână, creată de sarcina pe arbore, forțele de frecare în rulmenți, ventilație etc. Viteza rotorului nu poate atinge viteza câmpului magnetic, deoarece în acest caz viteza unghiulară a rotației câmpului magnetic în raport cu înfășurarea rotorului va deveni egală cu zero, câmpul magnetic va înceta să inducă EMF în înfășurarea rotorului și, la rândul său, va crea cuplu; Astfel, pentru modul de funcționare motor al unei mașini asincrone, inegalitatea este adevărată:

Se numește diferența relativă dintre frecvențele de rotație ale câmpului magnetic și ale rotorului alunecare:

Este evident că în modul motor .

modul generator

Dacă rotorul este accelerat cu ajutorul unui cuplu extern (de exemplu, de către un motor) la o frecvență mai mare decât frecvența de rotație a câmpului magnetic, atunci direcția EMF în înfășurarea rotorului și componenta activă a curentul rotorului se va schimba, adică mașina asincronă va intra în modul generator. În același timp, se va schimba și direcția cuplului electromagnetic, care va deveni frânare. Alunecare în modul generator.

Pentru a opera o mașină asincronă în modul generator, este necesară o sursă de energie reactivă care creează un câmp magnetic. În absența unui câmp magnetic inițial în înfășurarea statorului, fluxul este creat folosind magneți permanenți, sau cu o sarcină activă datorită inducției reziduale a mașinii și condensatoarelor conectate în paralel cu fazele înfășurării statorului.

Un generator asincron consumă curent reactiv și necesită prezența generatoarelor de putere reactivă în rețea sub formă de mașini sincrone, compensatoare sincrone, bănci de condensatoare statice (BSK). Din acest motiv, în ciuda ușurinței întreținerii, generator asincron sunt folosite relativ rar, în principal ca generatoare eoliene de mică putere, surse auxiliare de putere redusă și dispozitive de frânare. Dar modul generator al unui motor asincron este folosit destul de des. În acest mod funcționează motoarele scărilor rulante ale metroului, care coboară. În modul generator, motoarele de lift funcționează, în funcție de raportul dintre greutatea din cabină și din contragreutate.

Modul inactiv

Modul inactiv al unui motor asincron are loc atunci când nu există nicio sarcină pe arbore sub forma unei cutii de viteze și a unui corp de lucru. Din experiența de mers în gol, pot fi determinate valorile curentului de magnetizare și pierderile de putere în circuitul magnetic, în rulmenți și în ventilator. Adevărat inactiv s=0,01-0,08. În modul inactiv perfect n 2 =n 1, prin urmare s=0 (de fapt, acest mod este de neatins, chiar și în ipoteza că frecarea în rulmenți nu creează propriul cuplu de sarcină - însuși principiul funcționării motorului implică faptul că rotorul rămâne în urmă câmpului statorului pentru a crea un câmp rotor. Când s=0 câmpul statorului nu traversează înfășurările rotorului și nu poate induce curent în el, ceea ce înseamnă că câmpul magnetic al rotorului nu este creat.)

Mod frână electromagnetică (opțional)

Dacă schimbați direcția de rotație a rotorului sau câmpul magnetic astfel încât acestea să se rotească în direcții opuse, atunci EMF și componenta activă a curentului din înfășurarea rotorului vor fi direcționate în același mod ca în modul motor și aparatul va consuma energie activă din rețea. Totuși, momentul electromagnetic va fi direcționat opus momentului de sarcină, fiind unul de frânare. Următoarele inegalități sunt valabile pentru regim:

Acest mod este utilizat pentru o perioadă scurtă de timp, deoarece în timpul acestuia se generează multă căldură în rotor, pe care motorul nu este capabil să o disipeze, ceea ce îl poate deteriora.

Pentru o frânare mai moale se poate folosi modul generator, dar este eficient doar la rotații apropiate de cele nominale.

Modalități de a controla un motor asincron

Sub controlul unui motor AC asincron se înțelege o modificare a turației rotorului și/sau a cuplului acestuia. Există următoarele moduri de a controla un motor asincron:

reostatic - modificarea vitezei de rotație a IM cu un rotor de fază prin modificarea rezistenței reostatului în circuitul rotorului, în plus, aceasta crește cuplul de pornire;

frecvență - modificarea vitezei de rotație a IADULUI prin modificarea frecvenței curentului în rețeaua de alimentare, ceea ce presupune o modificare a frecvenței de rotație a câmpului statorului. Motorul este pornit prin un convertor de frecvență;

comutarea înfășurărilor din circuitul „stea” în circuitul „triunghi” în procesul de pornire a motorului, ceea ce reduce curenții de pornire din înfășurări de aproximativ trei ori, dar, în același timp, scade și cuplul;

pulsat - prin furnizarea unui tip special de tensiune de alimentare (de exemplu, dinți de ferăstrău);

introducerea unei feme suplimentare în funcție de sau opusă frecvenței de alunecare în circuitul secundar;

modificarea numărului de perechi de poli, dacă o astfel de comutare este prevăzută constructiv (numai pentru rotoarele în scurtcircuit);

prin modificarea amplitudinii tensiunii de alimentare, când se modifică doar amplitudinea (sau valoarea efectivă) a tensiunii de control. Apoi vectorii tensiune de comandă și de excitare rămân perpendiculari (pornirea autotransformatorului);

metoda amplitudine-fază include două metode descrise;

includerea în circuitul de putere a statorului reactoarelor;

Note

Vezi si

Veshenevsky S. N. Caracteristicile motoarelor într-o unitate electrică. Ediția 6, revizuită. Moscova, Editura Energia, 1977. Tiraj 40.000 de exemplare. UDC 62-83:621.313,2

Legături

Dispozitivul și principiul de funcționare a motoarelor electrice asincrone
Gaidullin Alexander "Asamblarea unui motor asincron 4A200"
Motor electric asincron de curent trifazat M. O. Dolivo-Dobrovolsky

Motor cu aburi Motorul lui Stirling Motor cu aer

După tipul corpului de lucru

Gaz

Dispozitivul unei mașini asincrone. Partea staționară a unei mașini de curent alternativ se numește stator, iar partea mobilă este

rotor. Miezurile statorului și rotorului mașinilor asincrone sunt asamblate din foi de oțel electric (Fig. 19-1), care sunt de obicei acoperite pe ambele părți cu un lac izolant ulei-colofoniu înainte de asamblare. Miezurile mașinilor de putere redusă sunt uneori asamblate din foi nelacuite, deoarece în acest caz un strat de oxizi natural sau creat artificial pe suprafața tablelor de oțel este suficientă izolație.

Pe fig. Figura 19-2 este o vedere explodată a unui mic motor cu inducție de putere care arată statorul, rotorul și scuturile de capăt. Pe fig. 19-3 este un desen al unui motor cu inducție de putere medie.

Orez. 19-1. Foi de miez de stator (1) și rotorul (2) al unei mașini asincrone de putere mică și medie

Miezul statorului este fixat în carcasă, iar miezul rotorului - pe ax^ (mașini de putere mică și medie) sau pe o jantă cu un butuc și un manșon pus pe arbore (mașini de mare putere) Arborele rotorului se rotește în rulmenți care sunt plasați în scuturi de rulmenți atașate la carcasa statorului (mașini kovy "stive" 11 М0ШН0Стиi) "sau pe rulmenți montați pe piese

Pe suprafața cilindrică interioară a statorului și pe suprafața cilindrică exterioară a rotorului există caneluri,

Orez. 19-2. Fotografie a unui motor asincron cu un rotor cu colivie de tip A71-6 cu o putere de 14 ket dezasamblat

în care sunt aşezaţi conductoarele înfăşurărilor statorului şi rotorului. Înfășurarea statorului este de obicei trifazată (vezi cap. 21); este conectat la o rețea de curent trifazat și de aceea este numit și înfășurare primară. Înfășurarea rotorului poate fi, de asemenea, făcută trifazată similar înfășurării statorului. Capetele fazelor unei astfel de înfășurări de rotor sunt de obicei conectate într-o stea, iar începuturile sunt scoase la iveală cu ajutorul inelelor colectoare și a periilor din metal-grafit (Fig. 19-3). O astfel de mașină asincronă se numește o mașină cu rotor bobinat. Un reostat trifazat de pornire sau reglare este de obicei conectat la inelele colectoare. Înfășurarea de fază a rotorului se realizează cu același număr de poli de câmp magnetic ca și statorul.

Un alt tip de înfășurare a rotorului este o înfășurare sub forma unei cuști de veveriță (Fig. 19-4). În acest caz, în fiecare canelură există o tijă de cupru sau aluminiu și capetele tuturor tijelor

de la ambele capete ale rotorului sunt conectate cu inele de cupru sau aluminiu, care scurtcircuita tijele. Tijele nu sunt de obicei izolate de miez. La mașini de până la 1QG k&p tijele și inelele, împreună cu aripile pentru ventilație, sunt de obicei realizate prin turnarea aluminiului în rotor

Figura 19-3 180 Motor de inducție cu rotor bobinat trifazat ket,

975 rpm

1 - cutie de cabluri, 2 - cutie de ieșire a capetelor înfășurării statorului, 3 - dibluri inelare pentru fixarea miezului rotorului, 4 - mașini de spălat cu presiune ale miezului rotorului, 5 - arborele rotorului, 6 și 30 - rulmenți cu bile și cu role, 7 - gulerele de legătură din cupru ale tijelor de înfășurare a rotorului, 8 -^ difuzoare pentru direcționarea aerului de răcire care intră prin scuturile de căptușeală, 9 - tije de înfăşurare^ ale rotorului, "10 - inele de reținere, // - înfășurarea statorului, 12 - bandaje de sarma! rotor, 13 - inele de ridicare, /* - chei arc, 15 - garnituri izolatoare inelare, 16 - canale de ventilație radială, 17 - miezul rotorului, ESTE->j carcasa statorului turnat, 19 - miezul statorului, 20 și 21 - plăcuțe de presiune și inel de miez al statorului, 22 - un inel pentru conectarea capetelor înfășurării rotorului într-o stea, 23 - „conexiuni interbobine și intergrup ale înfășurării statorului, 34 - concluziile coc* tsov ale înfășurării rotorului la inele colectoare,. 25 și 27 - cutie și capac de inele colectoare, 26 - inele de contact, 28 - manşon mobil cu contacte pentru închis^. conductorii înfășurării rotorului sunt scurtcircuitati, 29 - cuplaj pentru iesirea condurilor de infasurare rotra

la circuitul extern

(Vezi Fig. J9-2). O astfel de mașină asincronă se numește o mașină cu cuști de veveriță. Cele mai multe dintre mașinile crono, în special mașinile de putere mică și medie, vin cu un gpTopOM scurtcircuitat.

Interferul de aer dintre stator și rotor la mașinile asincrone este minim posibil în ceea ce privește condițiile de producție și fiabilitatea funcționării, iar cu cât este mai mare cu cât mașina este mai mare, cu atât mai mare. La mașinile cu o putere de câțiva kilowați, decalajul

este 0,4-0,5 mm, iar în mașini de mare putere - câțiva milimetri.

Mașinile asincrone sunt de obicei răcite cu aer. Sistemele de ventilație sunt în principiu aceleași ca pentru mașinile cu curent continuu (vezi § 8-5).

Câmp magnetic rotativ. Pe fig. 19-5 sunt secțiuni transversale ale unui bipolar (2p- 2) un motor cu inducție și arată natura câmpului magnetic al statorului pentru două momente în timp.

Pe fig. 19-5 arată cea mai simplă înfășurare a statorului, când fiecare fază este formată dintr-o tură sau doi conductori (prima fază - conductori ȘIși X, Faza a 2-a - conductoare LAși Y, a 3-a faza - conductoare Cuși Z) 1. Conductorii fiecărei ture (fază) sunt amplasați - unul față de celălalt la o distanță de divizare a polilor

Unde D a- diametrul alezajului intern al statorului, ar - numărul de perechi de poli.

Pe fig. Divizia de poli 19-5 face o înfășurare închisă ro-jumătate de cerc. Pas de bobină sau bobinator sub formă de chee de veveriță la deci este completă (la= t). Două celule

360° el. Începutul fazelor A, B, C deplasate unul față de celălalt cu 120 ° el., care în acest caz este o treime din cerc.

Pe fig. 19-5, A direcţiile curenţilor în conductoarele înfăşurării statorului sunt arătate pentru momentul de timp când țintescși eu b= i c =

- - *)t- Curenții de fază din fig. 19-5 sunt considerate pozitive când

sunt la începutul fazelor (conductoare A, B, C)îndreptată dincolo de planul desenului. Pe fig. 19-5, b direcțiile curenților sunt afișate pentru momentul în care fazele curenților s-au schimbat cu 30° și

Din fig. 19-5 se poate observa că distribuția curenților în jurul circumferinței statorului este de două zone, fiecare cu o valoare de m, iar direcția este

1 Conform GOST 183-66, începutul fazelor înfășurărilor statorului este desemnat C 1 (C 2, De la 3, capetele lor - respectiv C 4, C 8, C g și începutul fazelor înfășurărilor rotorului - Pi, P 2 > ^z- În această carte, în scopuri metodologice, începuturile înfășurărilor trifazate sunt notate peste tot. A, B, C sau a, b, c,și capete - respectiv L, Y, Z sau x, y, g.

curenţii din aceste zone sunt opuse. În partea de jos a Fig. 19-5 prezintă curbele de distribuție a curentului de-a lungul statorului desfășurat.

Din aceste curbe se poate observa că curenții sunt repartizați pe suprafața statorului după o lege sinusoidală.

Curenții conductoarelor înfășurării statorului a unei mașini cu doi poli sunt creați, după cum urmează din Fig. 19-5, flux magnetic bipolar

Orez. 19-5. Cea mai simplă înfășurare statală a unei mașini asincrone cu 2p = 2 și câmpul său magnetic

Ф 1 (trecând prin stator, rotor și spațiu de aer între ele. Din comparația din Fig. 19-5, ai b Se poate observa că atunci când faza curenților se modifică cu 30°, curba de distribuție a curentului și fluxul magnetic se rotesc în direcția fazelor tot cu 30° el.

Axa de viraj (înfășurare) fazei ȘIîn fig. 19-5 este îndreptată orizontal, iar axa fluxului magnetic la i a = l m(Fig. 19-5, a) este de asemenea îndreptată orizontal. Este clar că dacă faza curenților în comparație cu Fig. 19-5, A se va schimba cu 120° și, prin urmare, va fi eu sunt \u003d eu sunt, atunci fluxul magnetic va fi îndreptat de-a lungul axei fazelor LA, adică se va întoarce cu 120 ° el. În momentul în care IC- Sunt , axa fluxului magnetic coincide cu axa fazei C etc.

Astfel, înfășurarea statorului a unei mașini cu doi poli, atunci când este alimentată de un curent trifazat, creează un câmp magnetic rotativ cu doi poli.

În acest caz, pentru o perioadă de schimbare a curentului, câmpul se rotește cu 2 tone sau 360 ° el.

Viteza de rotație a câmpului

n i - h rpm,

unde fi este frecvența curentului statorului.

Câmpul magnetic se rotește în direcția secvenței fazelor A, B, Cînfăşurări statorice. Pentru a schimba direcția de rotație a câmpului în sens opus, este suficient să schimbați locurile pe clemele înfășurării La ki capetele statorului a doi conductori care provin de la rețea.

Cu 2p \u003d 4, diviziunea polilor este un sfert de cerc și fiecare fază a celei mai simple înfășurări trifazate a statorului (Fig. 19-6) constă din două spire cu un pas y = x, care sunt deplasate unul față de celălalt cu 2 m și pot fi conectate între ele în serie sau în paralel. Fazele individuale și începuturile lor A, B, Cîn timp ce s-au deplasat unul față de celălalt cu 120 ° el. sau în acest caz 1/6 din cerc. Din fig. 19-6 se poate observa că o astfel de înfășurare creează o curbă de distribuție a curentului și un câmp magnetic cu 2p \u003d 4. Acest câmp este, de asemenea, în rotație și pentru unul

perioada curentului se rotește și cu 2 m, sau în acest caz cu o jumătate de cerc, drept urmare viteza câmpului

p g = y, obIsec.

In cazul general se poate realiza o infasurare cu 2p = 6, 8, 10 etc. In acest caz se va obtine o curba de distributie a curentului si un camp magnetic cu p perechi de poli. Câmpul magnetic se rotește cu o viteză

Orez. 19-6. Cea mai simplă înfășurare

statorul unei mașini asincrone cu

2p - 4 și câmpul său magnetic

Viteza periferică liniară de rotație a câmpului de-a lungul circumferinței statorului

La frecvența curentului industrial standard în URSS / = 50 Hz se obtin vitezele de rotatie ale campului, indicate in Tabel. 19-1.

Tabelul 19-1

Viteza de rotație a câmpului magnetic al înfășurărilor cu numere diferite de perechi de poli R la L = 50 Hz

R
Px, R/MUH

La proiectarea înfășurărilor de curent alternativ, acestea se străduiesc (vezi cap. 21) astfel încât distribuția inducției câmpului rotativ în întrefierul de-a lungul circumferinței să fie cât mai apropiată de sinusoidală.

Mai târziu în acest capitol, se va presupune că această distribuție este sinusoidală.

Principiul de funcționare al unei mașini asincrone. Fluxul magnetic Ф 1 (creat de înfășurarea statorului (Fig. 19-5 și 19-6), în timpul rotației sale, traversează conductoarele înfășurării rotorului, induce fem în ele. e p, iar dacă înfășurarea rotorului este închisă, atunci apar curenți în ea c, a cărei frecvență f 2 cu un rotor staționar (i \u003d 0) este egală cu frecvența primară f t .

Dacă înfășurarea rotorului este trifazată, atunci este indus un curent trifazat în ea. Acest curent creează un flux rotativ al rotorului F 2, numărul de poli 2 p, a cărui direcție și viteză de rotație la n = 0

la fel ca fluxul statorului. Prin urmare curge F gși F a se rotesc sincron și formează un flux rotativ comun al motorului F. Cu un rotor cu cușcă veveriță, un sistem multifazic de curenți % este indus în tijele sale cu o schimbare de fază în tijele adiacente printr-un unghi

unde Z 2 este numărul de tije ale rotorului. Acești curenți creează, de asemenea, un flux rotativ Ф 2, numărul de poli, a cărui direcție și viteză de rotație sunt aceleași cu cele ale fluxului rotorului de fază. Prin urmare, în acest caz, în motor se formează și un flux magnetic comun F. Având în vedere existența unui câmp magnetic rotativ comun, se poate considera e. d.s., induse în înfăşurări de acest câmp.

Ca urmare a interacțiunii curenților rotorului cu fluxul, apar forțe mecanice care acționează asupra conductoarelor rotorului. Fși moment electromagnetic rotativ M.

În partea de sus a Fig. 19-7 prezintă o undă sinusoidală a câmpului magnetic general care se rotește cu o viteză i>i LA mașini și direcții e. d.s. e 2 indus de acest câmp în tijele unui rotor fix cu colivie. În partea de jos a Fig. 19-7 arată direcțiile curenților tijelor, cşi forţele care acţionează asupra lor F pentru două cazuri: când unghiul de defazare "fa între e și r 2 este zero și când ■ph 2 \u003d 90, At% \u003d 0, toate forțele acționează în direcția câmpului de rotație. Prin urmare, cuplul

Figura 19-7. Curenții din tijele înfășurării rotorului și forțele care acționează asupra acestora

este diferită de zero și acționează și în sensul de rotație a câmpului. În același timp, la t | e a \u003d 90 °, forțele acționează în interior laturi diferite

și M= 0.

Rezultă că cuplul este creat numai de componenta activă a curentului rotorului

Această concluzie este de natură generală și este valabilă și pentru alte tipuri de mașini AC.

Circuitul rotor al unui motor asincron are întotdeauna o anumită rezistență activă și, prin urmare, la pornirea motorului (n = 0) întotdeauna 0< t|) 2 < 90°. В результате развиваемый момент M> Q, iar dacă este mai mare decât cuplul de frânare static pe arbore, atunci rotorul motorului va începe să se rotească în direcția de rotație a câmpului cu o anumită viteză P<; p b adică se va roti cu o întârziere sau alunecare în raport cu câmpul statorului,

Diferența relativă între vitezele de rotație ale câmpului și ale rotorului

numit alunecare. Alunecarea este, de asemenea, exprimată ca procent:

Viteza rotorului P, exprimat în termeni de alunecare s, conform formulei (19-6), este egal cu

La pornirea motorului (P= 0) avem s = 1, iar când rotorul se rotește sincron cu câmpul statorului sau, după cum se spune, cu viteza sincronă (P= p d) va fi s = O. Când n = n x câmpul magnetic al statorului în raport cu rotorul este staționar și curenții din rotor nu vor fi induși, prin urmare M= 0 și motorul nu poate atinge o astfel de viteză de rotație. Ca urmare, în modul motor este întotdeauna 0< /г <п х și l>s>0.

Când rotorul se rotește spre câmp, frecvența de traversare a conductorilor rotorului de către câmp este proporțională cu diferența de viteză. tii- Pși frecvența curentului în înfășurarea rotorului

Înlocuind valoarea aici P din formula (19-7) și apoi valoarea n x din (19-2), obținem

adică frecvența secundară este proporțională cu alunecarea.

La frecvența curentă / 2< f t viteza de rotație a câmpului rotorului în raport cu rotorul însuși n 2p este de asemenea mai mică p gși pe baza expresiei (19-9)

Viteza de rotație a câmpului rotorului în raport cu statorul în conformitate cu expresiile (19-7) și (19-10)

adică viteza de rotație a câmpului rotorului în raport cu statorul la orice viteză de rotație a rotorului P egală cu viteza de rotație a câmpului statorului p x. Prin urmare, câmpurile statorului și rotorului cu un rotor rotativ se rotesc întotdeauna sincron și formează un câmp rotativ comun.

Rețineți că este prezentat în fig. 19-7 imaginea direcțiilor curenților și forțelor mecanice este valabilă și atunci când rotorul se rotește, când 0< P< n x(modul motor).

Dacă rotorul unei mașini asincrone cu ajutorul unei forțe externe (cuplu) este adus în rotație în sensul de rotație al câmpului statorului cu o viteză mai mare decât cea sincronă (P> p d), atunci rotorul va depăși câmpul și direcțiile curenților induși în înfășurarea rotorului față de cele prezentate în Fig. 19-7 este inversat. În acest caz, direcțiile forțelor electromagnetice sunt, de asemenea, inversate Fși moment electromagnetic M. Moment Mîn acest caz, va fi frânare, iar mașina va funcționa în modul generator și va da putere activă rețelei. Conform expresiei (19-6), în modul generator s< 0.

Dacă rotorul este rotit în sens opus sensului de rotație al câmpului stator (P< 0), то указанные на рис. 19-7 направления е 2 , / 2 и F este salvat. Moment electromagnetic M va acţiona în sensul de rotaţie al câmpului statorului, dar va încetini rotaţia rotorului. Acest mod de funcționare al unei mașini asincrone se numește modul de contra-includere sau modul de frână electromagnetică. În acest mod, în conformitate cu expresia (19-6) s> 1.

Modurile de funcționare ale unei mașini asincrone sunt discutate mai detaliat în secțiunea următoare. Aici, totuși, trebuie remarcat că relația (19-11), așa cum este ușor de observat, se păstrează în orice mod de funcționare, pentru orice valoare a lui s, adică câmpurile statorului și rotorului se rotesc sincron în orice mod de operare al maşinii asincrone.

O mașină asincronă este o mașină de curent alternativ fără perii în care un câmp magnetic rotativ este excitat în timpul funcționării, dar rotorul se rotește asincron, de exemplu. cu o viteză unghiulară diferită de viteza unghiulară a câmpului.

Motoarele cu inducție sunt cele mai comune dintre toate motoarele. Avantajele lor constau în simplitatea dispozitivului, fiabilitatea ridicată și costul relativ scăzut.

Motoare asincrone trifazate propuse de M.O. Dolivo-Dobrovolsky în 1888. Se execută cu o putere de la fracțiuni de watt la mii de kilowați, cu o frecvență de rotație de 500 până la 3000 rpm și o tensiune de până la 10 kV. Motoarele asincrone monofazate sunt folosite pentru a conduce aparate electrocasnice, scule electrice, în circuitele de automatizare. Ele sunt alimentate de un circuit monofazat și au o putere, de regulă, nu mai mare de 0,5 kW.

Mașinile asincrone pot funcționa în modul generator. Dar ca surse de energie electrică, acestea nu sunt aproape niciodată utilizate, deoarece nu au propria lor sursă de excitare a fluxului magnetic și sunt inferioare generatoarelor sincrone în ceea ce privește performanța lor.

Mașinile asincrone sunt folosite ca regulatoare de tensiune, regulatoare de fază, convertoare de frecvență etc.

Dezavantajele mașinilor asincrone sunt complexitatea și reglarea neeconomică a performanței lor.

Un motor asincron este format dintr-un stator, un rotor și scuturi de capăt. Statorul este partea fixă a motorului și are formă cilindrică. Este format dintr-un corp, un miez și o înfășurare. Corpul este din otel turnat sau fonta. Circuitul magnetic al statorului este asamblat din foi subțiri de oțel electric. Pe suprafața interioară, are caneluri în care se potrivește înfășurarea statorului. Rotorul unui motor cu inducție - partea rotativă - constă dintr-un arbore de oțel, un circuit magnetic format din foi de oțel electric cu caneluri ștanțate. Înfășurarea rotorului poate fi scurtcircuitată sau fază. Înfăşurarea în scurtcircuit este realizată din tije de aluminiu sau cupru scurtcircuitate la ambele capete ale rotorului. Rotorul de fază are o înfășurare trifazată conectată la o stea. Cablurile de înfășurare sunt conectate la inelele de pe arbore și sunt conectate la un reostat sau alt dispozitiv cu ajutorul periilor. Rotorul rotativ este plasat pe un arbore comun cu statorul. Arborele se rotește în scuturi de rulmenți. Conectarea înfășurării statorului se realizează într-o cutie în care se scot începuturile fazelor C 1, C 2, C 3 și capetele fazelor C 4, C 5, C 6. Pe fig. arată structura acestor concluzii (a) și modalitățile de conectare între ele atunci când se conectează înfășurările de fază cu o stea (b) și un triunghi (c).

Dacă în pașaportul motorului sunt indicate două tensiuni, de exemplu, 380/220, atunci o conexiune stea corespunde unei tensiuni mai mari, o conexiune triunghiulară la una mai mică. În ambele cazuri, tensiunea de fază a motorului este de 220 V.

Înfășurarea statorului trifazat creează un câmp magnetic care se rotește cu o viteză

.

Interacțiunea electromagnetică între stator și rotor are loc numai atunci când viteza câmpului statorului și viteza de rotație a rotorului nu sunt egale.

Câmp magnetic rotativ al statorului unei mașini asincrone. Frecvența de rotație a câmpului statorului, alunecare (Caracteristici).

Baza acțiunii unui motor cu inducție este un câmp magnetic rotativ. Principiul obținerii unui câmp magnetic rotativ este că, dacă curenții defazați curg printr-un sistem de conductori distribuiti în spațiu de-a lungul unui cerc, atunci se creează un câmp rotativ în spațiu.

R

Luați în considerare obținerea unui câmp rotativ într-un motor trifazat. Pe fig. 1 prezintă înfășurări trifazate A– X, B – Y, C – Z, fiecare sub forma unei singure bobine. Un sistem trifazat de curenți este alimentat de la sursa de energie către înfășurări

;

;

.

Dacă fazele înfășurării statorului sunt conectate la un curent de rețea trifazat, apar curenți care creează un câmp magnetic cu inducție:

;

;. Componenta inducției câmpului de-a lungul axei X este egală cu suma algebrică a proiecțiilor pe această axă a valorilor instantanee ale inducțiilor fazelor individuale, adică.

. În mod similar, găsim proiecția pe axa Y.

. Ca urmare, inducția magnetică a câmpului statorului este egală cu:

Inducția câmpului magnetic este constantă, iar câmpul stator însuși are proiecții pe axele X și Y, respectiv:

V-sau inducerea câmpului tăiat este situat la un unghi față de axa y

,

, unde T este perioada de schimbare a curentului, -frecventa ciclica

Prin urmare, înfăşurare trifazată, alimentat de curenți deplasați cu 120°, creează un câmp magnetic rotativ. Debitul rezultat rămâne neschimbat și este egal cu 1,5 din debitul maxim al fazei. Direcția acestui flux coincide întotdeauna cu direcția fluxului magnetic al fazei în care curentul este maxim la momentul dat. Prin urmare, pentru a schimba sensul de rotație, este necesar să schimbați oricare două faze.

Exemplele luate în considerare se referă la un proiect de înfășurare cu doi poli () la o frecvență de rotație a câmpului. În cazul general, frecvența de rotație a câmpului, unde este numărul de perechi de poli ai mașinii; este frecvența curentului statorului.

Valoare sau numit alunecare mașină asincronă, unde - frecvența de rotație a câmpului statorului, - frecventa de rotatie a rotorului.

În funcție de raport și există trei moduri de funcționare: în regim motor; în modul generator; în modul de frână electromagnetică.

Lucrați în modul motor. Forțele electromagnetice ale interacțiunii câmpurilor magnetice ale statorului și rotorului creează un cuplu în direcția de rotație a câmpului statorului. Viteza cu care se rotește motorul depinde de sarcina acestuia. La ralanti, viteza devine aproape egală, deoarece la = 0 EMF și curenții din rotor sunt zero și interacțiunea electromagnetică dispare. Astfel, mașina asincronă funcționează în modul motor în intervalul de la = 0 la, adică. când alunecă de la +1 la 0. În acest caz, energia electrică furnizată statorului din rețea este transformată în energie mecanică pe arbore.

Lucrați în modul generator. Să presupunem că statorul conectat la rețea creează un câmp magnetic rotativ, iar rotorul este condus în aceeași direcție cu o viteză. În acest caz, alunecarea va fi negativă, iar EMF și curenții rotorului se vor schimba direcția în comparație cu funcționarea în modul motor. Cuplul de pe arbore devine frânare în raport cu cuplul motorului principal. O mașină asincronă funcționează ca generator. Energia mecanică furnizată arborelui este convertită în energie electrică și transferată în rețea. Astfel, o mașină asincronă poate funcționa în modul generator în paralel cu rețeaua în limitele otdo, i.e. când alunecă

inainte de.

Lucrați în modul de frână electromagnetică. Să presupunem că rotorul este condus împotriva direcției de rotație a fluxului magnetic al statorului. În acest caz, energia este furnizată mașinii asincrone din două părți - electrică de la rețea și mecanică de la motorul principal. Acest mod de funcționare se numește modul de frână electromagnetică. Apare la alunecarea de la la.

- cuplul maxim

- Cuplul de pornire

- moment nominal

Caracteristica mecanică a motorului este dependența turației rotorului de cuplul de pe arbore. Deoarece momentul de mers în gol este mic sub sarcină, caracteristica mecanică este reprezentată de o dependență. Dacă luăm în considerare relația, atunci caracteristica mecanica poate fi obţinut prin prezentarea dependenţei sale grafice în coordonate

Înfășurarea statorului este o înfășurare trifazată (în general, multifazată), ale cărei conductoare sunt distribuite uniform în jurul circumferinței statorului și sunt așezate fază cu fază în caneluri cu o distanță unghiulară de 120 °. Fazele înfășurării statorului sunt conectate conform schemelor standard de „triunghi” sau „stea” și conectate la o rețea de curent trifazat. Circuitul magnetic al statorului este remagnetizat în procesul de schimbare a curentului în înfășurarea statorului, deci este recrutat din plăci electrice de oțel pentru a asigura pierderi magnetice minime. Principala metodă de asamblare a circuitului magnetic într-un pachet este amestecarea.

mașină asincronă- o mașină electrică cu curent alternativ, a cărei viteză a rotorului nu este egală (în modul motor mai puțin) cu frecvența de rotație a câmpului magnetic creat de curentul înfășurării statorului.

Într-un număr de țări, mașinile cu comutator sunt, de asemenea, clasificate ca mașini asincrone. Un alt nume pentru mașinile asincrone este inducţie datorită faptului că curentul din înfăşurarea rotorului este indus de câmpul rotativ al statorului. Mașinile asincrone reprezintă astăzi majoritatea mașinilor electrice. Ele sunt utilizate în principal ca motoare electrice și sunt principalii convertori de energie electrică în energie mecanică și sunt utilizate în principal motoare asincrone cu un rotor cu colivie de veveriță (ADKZ).

Avantaje (pentru ADKZ):

Ușurință de fabricație.
Ieftinitate relativă.
Fiabilitate operațională ridicată.
Costuri de operare reduse.
Posibilitatea de a se conecta la rețea fără convertoare (pentru sarcini care nu necesită control al vitezei).

Toate avantajele de mai sus sunt o consecință a absenței comutatoarelor mecanice în circuitul rotorului și au condus la faptul că majoritatea motoarelor electrice utilizate în industrie sunt mașini asincrone, realizate de ADKZ.

Defecte:

Mic moment de început.
Curent de pornire semnificativ.
Factor de putere scăzut.
Complexitatea controlului vitezei cu precizia necesară.
Viteza maximă a motorului este limitată de frecvența rețelei (pentru ADKZ alimentat direct de la retea trifazata 50 Hz este 3000 rpm).
Dependență puternică (pătratică) a cuplului electromagnetic de tensiunea de alimentare (când tensiunea se modifică de 2 ori, cuplul se modifică de 4 ori; în DCT, cuplul depinde de tensiunea de alimentare a armăturii la primul grad, ceea ce este mai favorabil) .

Cea mai perfectă abordare pentru a elimina dezavantajele de mai sus este de a alimenta motorul printr-un convertor de frecvență, în care controlul este efectuat în conformitate cu algoritmi complexi.