Pagina 1
Câmpul magnetic rotativ al statorului, care traversează corpul armăturii, induce curenți turbionari în acesta. Interacțiunea curenților turbionari din armătură cu câmpul magnetic al statorului creează un cuplu care face ca armătura să se rotească. Dacă nu există nicio sarcină pe axa armăturii, atunci viteza de rotație a armăturii co va fi egală cu viteza de rotație coc camp magnetic.
La momentul 7, curentul corespunde instantaneului 1, când câmpul se propagă în jos și din nou spre dreapta. Astfel, o rotație completă a câmpului bipolar a fost finalizată printr-un ciclu complet de 360 de grade electrice de curenți trifazici care curg prin înfășurările statorului.
Termenul „pol” ar trebui să țină cont de termenii folosiți în capitolul 2 despre magnetism. Următoarea definiție a unui pol de motor îi conferă o semnificație de aplicare practică: Un pol de motor este un circuit complet de înfășurare a statorului de motor care, atunci când este alimentat de curent, va produce o concentrație sau polaritate de câmp magnetic.
Câmpul magnetic rotativ al statorului traversează simultan înfășurările statorului și rotorului și excită EMF de inducție sinusoidală în ele.
Cum se formează câmpul magnetic rotativ al statorului.
Liniile magnetice ale câmpului magnetic rotativ al statorului tind să urmeze o cale cu rezistență magnetică mai mică.
Luați în considerare caracteristicile câmpului magnetic rotativ al statorului, presupunând că circuitul rotorului este deschis.
Viteza câmpului rotativ al statorului se numește viteză sincronă. Viteza sincronă depinde de doi factori. Numărul de poli. - Frecvența sursei de alimentare. Viteza sincronă, la rândul său, determină viteza de rotație a rotorului motorului. Ca și în cazul vitezei generatorului motorului principal, RPM și RPM ale rotorului sunt direct legate. Numărul de poli din motor determină cât de repede se va mișca câmpul rotativ de-a lungul periferiei interioare a carcasei motorului la o frecvență dată.
Cu cât motorul are mai mulți poli, cu atât este nevoie de mai mult pentru a activa toate seturile de poli și cu atât câmpul motorului se va roti mai lent la 60 de herți. Tabelul arată viteza câmpului rotativ pentru o sursă de alimentare de 60 hertzi. Acest lucru poate fi verificat de la comutator.
Diferența dintre frecvența câmpului magnetic rotativ al statorului o și viteza rotorului n se numește întârziere sau alunecare a rotorului.
Cu această includere a mașinii, câmpul magnetic rotativ al statorului, interacționând cu câmpul rotorului staționar, creează un moment pe arbore, al cărui semn se modifică cu o frecvență de 100 Hz. De exemplu, când polul sudic al câmpului statorului se apropie de polul nord al rotorului, se creează un moment care acționează împotriva direcției de rotație. Când polul pozitiv al câmpului statorului se îndepărtează de polul nord al rotorului, se formează un moment pozitiv, dând un impuls invers rotorului. Rotorul nu are timp să se rotească, deoarece inerția sa mecanică este prea mare.
Un set de indicatori indică succesiunea fazelor de la sursa de alimentare. Când generatorul se rotește, se generează un curent în armătură. Fiecare fază de armătură devine activă electric. Ordinea în care fazele devin active electric determină ordinea în care statorul motorului primește curent. Aceasta modifică direcția de rotație a câmpului magnetic rotativ din stator.
Când câmpul rotativ din statorul motorului își schimbă direcția, motorul se rotește în direcția rotorului. Inversarea ieșirii generatorului va conduce și rotorul motorului în direcția opusă. Prin inversarea oricăror fire bifazate, atât la armătura generatorului, cât și la bornele motorului, secvența fazelor va fi inversată în acel punct. Manipularea oricăror două cabluri în același punct va restabili secvența normală a fazelor.
Diferența dintre numărul de rotații ale câmpului magnetic rotativ al statorului și numărul de rotații ale rotorului este caracterizată de alunecare.
Diferența dintre numărul de rotații ale câmpului magnetic rotativ al statorului și numărul de rotații ale rotorului depinde de alunecare.
Decalajul relativ al rotorului față de câmpul magnetic rotativ al statorului se numește alunecare. Puterea pierderilor electrice în rotorul unui motor cu inducție este proporțională cu alunecarea.
Rotorul este susținut de rulmenți la fiecare capăt. Statorul este eliberat în poziție în interiorul cadrului motorului. Cadrul acoperă toate componentele motorului. Cadrul motorului, printre altele, este un factor determinant în amplasarea motorului. Fiecare carcasă a cadrului motorului are caracteristici specifice și aplicații speciale pentru nave. Există șapte tipuri principale de corp.
In caz tip deschis clopotele sunt deschise și asigură ventilația maximă a motorului. Aceasta este cea mai ieftină carcasă de motor. Într-un caz semi-restricționat, clopotele de capăt sunt deschise, dar sunt prevăzute ecrane pentru a împiedica pătrunderea obiectelor în motor. Fără protecție împotriva apei sau lichidelor.
Când rotorul se află în câmpul magnetic rotativ al statorului, în el are loc procesul de inversare a magnetizării rotaționale a materialului magnetic activ. Acesta din urmă se manifestă prin întârzierea vectorului de inducție magnetică Bp față de vectorul intensității câmpului H în orice punct al materialului printr-un unghi spațial ar. Mărimea acestui unghi și pierderile de histerezis pe ciclu, după cum sa menționat, nu depind de frecvența de remagnetizare.
Într-o carcasă protejată, există ecrane și apărătoare peste orice deschidere a carcasei motorului. În carcasa motorului sunt prevăzute deschideri limitate pentru a limita accesul la componentele sub tensiune și rotative. Într-o carcasă închisă ermetic, clopotele de capăt sunt închise pentru a preveni intrarea lichidului în carcasă la un unghi de cel mult 15 grade față de verticală.
În carcasa rezistentă la stropire, deschiderile motorului sunt proiectate pentru a împiedica pătrunderea particulelor lichide sau solide în motor sub orice unghi de până la 100 de grade față de verticală. Carcasa impermeabilă previne pătrunderea umezelii sau apei în motor și împiedicând funcționarea cu succes a acestuia.
Când rotorul se află în câmpul magnetic rotativ al statorului, în el are loc procesul de inversare a magnetizării rotaționale a materialului magnetic activ. Acesta din urmă, totuși, se manifestă prin întârzierea vectorului de inducție magnetică Bp față de vectorul intensității câmpului R la un punct din material cu un unghi spațial ar. Mărimea acestui unghi și pierderea de histerezis pe ciclu, după cum sa menționat, nu depind de frecvența de remagnetizare.
Carcasa impermeabilă previne curgerea apei din furtun în orice direcție de la admisia motorului timp de cel puțin 15 minute. Echipamentele electrice expuse la intemperii sau într-un spațiu în care este expus la mări, stropi sau condiții similare trebuie să fie etanșe sau într-o incintă etanșă. Motoarele electrice, totuși, trebuie să fie impermeabile sau impermeabile.
Statorul motorului este o înfășurare fixă fixată în interiorul carcasei motorului. Înfășurările statorului au rezistență foarte scăzută. Fiecare mașină are o înfășurare de sârmă staționară izolată pe toată lungimea sa pentru a preveni scurtcircuitul să se întoarcă. Înfășurarea este și ea izolată de cadru. Înfășurarea statorului motorului este identică cu armătura generatorului, care are același număr de poli. Fiecare înfășurare se suprapune și este distanțată electric și mecanic la 120 de grade.
Cu ajutorul acestor înfășurări se creează un câmp magnetic rotativ al statorului, care trage cu el rotorul motorului electric. Dacă ambele înfășurări sunt alimentate de la aceeași rețea, atunci înfășurarea de excitație este conectată prin condensatorul C.
Motorul folosește principiul interacțiunii dintre câmpul magnetic rotativ al statorului și magnetul permanent multipolar al rotorului mobil. Pentru a determina locația axelor magnetului rotorului în raport cu înfășurările statorului și pentru a controla circuitul comutatorului, se folosesc trei senzori fotoelectrici de poziție a rotorului. Sursa de lumină a senzorilor este becul EL1, a cărui lumină, prin fantele diafragmei rotorului, pătrunde alternativ în fotodiodele plăcii comutatorului.
Figura de mai sus arată vedere de sus a înfășurărilor fixe. Fiecare dintre înfășurările trifazate este împărțită în multe bobine suplimentare distribuite uniform pe tot statorul. Această distribuție uniformă folosește mai bine câmpurile magnetice care se vor dezvolta în interiorul înfășurărilor statorului atunci când este prezent curent. De asemenea, oferă un cuplu mai uniform rotorului.
Rotorul arată ca un cilindru solid susținut la fiecare capăt de rulmenți. La o inspecție mai atentă, puteți vedea tije subțiri încorporate într-un cilindru laminat la un unghi aproape paralel cu arborele rotorului. Există inele de capăt la fiecare capăt al miezului cilindric al rotorului. Fiecare capăt al tijei este conectat la inelele de închidere. Aceste înfășurări ale rotorului sunt similare ca design cu amortizoarele sau înfășurările amortizoarelor găsite într-un generator.
O caracteristică a sistemelor multifazate este capacitatea de a crea un câmp magnetic rotativ într-un dispozitiv staționar mecanic.
Bobina conectată la sursă curent alternativ, formează un câmp magnetic pulsatoriu, adică un câmp magnetic care se modifică în mărime și direcție.
Luați un cilindru cu diametrul interior D. Pe suprafața cilindrului punem trei bobine, deplasate spațial una față de alta cu 120 o . Conectam bobinele la o sursă de tensiune trifazată (Fig. 12.1). Pe fig. 12.2 prezintă un grafic al curenților instantanei care formează un sistem trifazat.
Aceste tije de rotor scurtcircuitate devin transformatoare secundare. Barele rotorului și inelele de capăt completează circuitul, iar curentul este stabilit în aceste bare de rotor. Amintiți-vă, ori de câte ori este setat un curent, deci există un câmp magnetic. Deoarece acest câmp magnetic este o proprietate a inducției, iar inducția se opune ceea ce îl creează, polul câmpului magnetic din rotor are polaritatea opusă polului de câmp al statorului care l-a generat. Se aplică principiile magnetismului și polaritatea rotorului este atrasă de polaritatea opusă a statorului.
Fiecare dintre bobine creează un câmp magnetic pulsatoriu. Câmpurile magnetice ale bobinelor, interacționând între ele, formează câmpul magnetic rotativ rezultat, caracterizat prin vectorul inducției magnetice rezultate.
Pe fig. 12.3 prezintă vectorii de inducție magnetică ai fiecărei faze și vectorul rezultat construit de trei ori t1, t2, t3. Direcțiile pozitive ale axelor bobinelor sunt marcate +1, +2, +3.
Câmpul statorului rotativ, de fapt polaritatea magnetică rotativă, trage și împinge câmpul rotor stabilit inițial în rotor. Tragerea și împingerea rezultă în cuplu și rotorul motorului se rotește. Cuvintele adesea folosite pentru a descrie înfășurările solide ale tijelor găsite în rotorul unui motor cu inducție sunt „tije în scurtcircuit”. Un scurtcircuit este o situație de rezistență foarte scăzută, care are o limitare foarte mică în reducerea curentului.
Condiție scurt circuit poate avea efecte devastatoare asupra întregului mediu electric. Barele rotorului sunt proiectate pentru o rezistență foarte scăzută pentru a obține performanțe specifice ale motorului. Rotoarele în sine nu sunt în totalitate cauza scurtcircuitului. O pornire mare a curentului motorului este inițiată din cauza mișcării relative dintre înfășurarea rotorului staționar și câmpul statorului rotativ. Aceasta este o fracțiune din curentul maxim pe care motorul îl va extrage din sistemul de distribuție.
În momentul t \u003d t 1, curentul și inducția magnetică din bobina A-X sunt pozitive și maxime, la bobine B-Yși C-Z sunt aceleași și negative. Vectorul inducției magnetice rezultate este egal cu suma geometrică a vectorilor inducțiilor magnetice ale bobinelor și coincide cu axa bobinei A-X. În momentul de față t \u003d t 2 curenți în bobine A-Xși C-Z sunt egale ca mărime și opuse ca direcție. Curentul în faza B este zero. Vectorul de inducție magnetică rezultat sa rotit în sensul acelor de ceasornic cu 30 o . În momentul t \u003d t 3, curenții din bobinele A-X și B-Y sunt aceleași ca mărime și pozitivi, curentul în faza C-Z este maximă și negativă, vectorul câmpului magnetic rezultat este plasat în direcția negativă a axei bobinei C-Z. Pentru o perioadă de curent alternativ, vectorul câmpului magnetic rezultat se va întoarce la 360 o.
Pe măsură ce viteza rotorului crește, claritatea va fi redusă drastic. La scurt timp după alimentarea motorului, curentul scade la 10%. Odată ce motorul funcționează la turație normală, curentul de sarcină maximă indicat pe plăcuța cu date tehnice este menținut. Suprasarcina mecanică a motorului încetinește rotorul și crește curentul. Aceasta este o creștere a curentului, oricât de mică, care are ca rezultat suficientă căldură pentru a distruge motoarele.
Dacă rotorul se poate roti la viteză sincronă, atunci nu va exista nicio mișcare relativă între câmpul magnetic al statorului și benzile conductoare ale rotorului. Acest lucru ar pune capăt procesului de inducție în rotor, iar rotorul și-ar pierde câmpul magnetic. Acest lucru nu este posibil cu un motor asincron. Dacă viteza rotorului este egală cu viteza sincronă, rotorul se va opri. Viteza rotorului va fi menținută undeva sub viteza sincronă. Alunecarea este diferența dintre viteza sincronă și viteza reală a rotorului.
Viteza câmpului magnetic sau viteza sincronă
(12.1)
unde P este numărul de perechi de poli.
Bobinele prezentate în fig. 12.1, creați un câmp magnetic bipolar, cu numărul de poli 2P = 2. Frecvența de rotație a câmpului este de 3000 rpm.
Pentru a obține un câmp magnetic cu patru poli, este necesar să plasați șase bobine în interiorul cilindrului, câte două pentru fiecare fază. Apoi, conform formulei (12.1), câmpul magnetic se va roti de două ori mai încet, cu n 1 = 1500 rpm.
Pentru a obține un câmp magnetic rotativ, trebuie îndeplinite două condiții.
Alunecarea este adesea exprimată ca procent. Un motor cu inducție va avea întotdeauna o diferență de viteză între rotor și câmpul statorului. Fără această distincție, nu ar exista mișcare relativă între câmp și rotor și câmpul inductiv sau magnetic din rotor.
Rotorul și, prin urmare, viteza motorului, este determinată de numărul de poli, frecvența și procentul de alunecare. Rezistența în rotor determină relativa ușurință cu care se stabilește câmpul magnetic în rotor. Curentul de pornire, alunecarea și cuplul motorului sunt modificate de rezistența rotorului. Prin dezvoltarea unui motor cu o rezistență mare a rotorului, se dezvoltă o alunecare mai mare, deoarece câmpul magnetic al rotorului nu se poate dezvolta foarte repede. Secvența treptată a evenimentelor descrie acțiunile dintre stator și rotor într-un motor cu inducție cu rezistență relativ mare a rotorului.
1. Să aibă cel puțin două bobine polarizate spațial.
2. Conectați curenții defazați la bobine.
12.2. motoare asincrone.
Design, principiu de funcționare
Motorul asincron are nemişcat
partea numită stator
, și rotind
partea numită rotor
. Statorul conține o înfășurare care creează un câmp magnetic rotativ.
Există motoare asincrone cu colivie și rotor de fază.
În fantele rotorului cu o înfășurare în scurtcircuit, sunt plasate tije de aluminiu sau cupru. La capete, tijele sunt închise cu inele din aluminiu sau cupru. Statorul și rotorul sunt fabricate din tablă de oțel electric pentru a reduce pierderile de curent turbionar.
Rotorul de fază are înfăşurare trifazată(pentru motor trifazat). Capetele fazelor sunt conectate într-un nod comun, iar începuturile sunt aduse la trei inele de contact plasate pe arbore. Perii de contact fix sunt plasate pe inele. Un reostat de pornire este conectat la perii. După pornirea motorului, rezistența reostatului de pornire este redusă treptat la zero.
Principiul de funcționare al unui motor cu inducție va fi luat în considerare pe modelul prezentat în Figura 12.4.
Rezistența ridicată a rotorului previne creație rapidă câmpul magnetic al rotorului. Incapacitatea rotorului de a crea rapid un câmp magnetic nu vă permite să creșteți rapid viteza de rotație a rotorului. Deoarece rotorul nu crește rapid odată cu creșterea vitezei, există o mișcare relativă mai mare între câmpul statorului rotativ și rotorul lent.
Curentul crescut crește câmpul magnetic al rotorului. Câmpul magnetic crescut crește atracția magnetică a rotorului față de polul rotativ al statorului. Rotorul dezvoltă mai mult cuplu pentru a face față sarcinilor mai grele. Cu toate acestea, un cuplu suplimentar nu are loc fără unele complicații. O creștere a cuplului înseamnă o cerere crescută de curent în sistemul de distribuție. Există, de asemenea, o creștere a alunecării la sarcină maximă. Rezistențe mai mari ale rotorului sunt inacceptabile pentru toate aplicațiile.
Reprezentăm câmpul magnetic rotativ al statorului ca un magnet permanent care se rotește cu o viteză sincronă n 1 .
Curenții sunt induși în conductorii înfășurării închise a rotorului. Polii magnetului se mișcă în sensul acelor de ceasornic.
Pentru un observator plasat pe un magnet rotativ, se pare că magnetul este staționar, iar conductorii înfășurării rotorului se mișcă în sens invers acelor de ceasornic.
Direcțiile curenților rotorului, determinate de regula mâinii drepte, sunt prezentate în Fig. 12.4.
Acesta este motivul pentru multe modele de rotoare. Rezistența rotorului este determinată de Asociația Națională a Producătorilor de Electricitate și este desemnată prin proiectare. Utilizați deja în industria petrolului și gazelor, energiei, semiconductoarelor și mașinilor-unelte în multe aplicații provocatoare, rulmenții magnetici dețin un potențial semnificativ pentru soluții mai eficiente de tratare a apelor uzate.
Puterea nominală de ieșire a acestor motoare variază de la 75 kW la 350 kW la viteze de până la 000 min. Motoarele de înaltă performanță fără ulei au diverse caracteristici pentru a crește puterea suflantei. Rulmenții magnetici au capacități puternice de monitorizare și diagnosticare pentru a ajuta clienții să identifice problemele potențiale și să prevină defecțiunile echipamentelor.
Orez. 12.4
Folosind regula mâinii stângi, găsim direcția forțelor electromagnetice care acționează asupra rotorului și îl determină să se rotească. Rotorul motorului se va roti cu o viteză de n 2 în sensul de rotație al câmpului statorului.
Rotorul se rotește asincron, adică viteza sa de rotație n 2 este mai mică decât viteza de rotație a câmpului statorului n 1.
Diferența relativă dintre vitezele câmpurilor statorului și rotorului se numește alunecare.
Alunecarea nu poate fi egală cu zero, deoarece la aceleași viteze ale câmpului și ale rotorului, inducția de curenți în rotor s-ar opri și, în consecință, nu ar exista un cuplu electromagnetic.
Rotire moment electromagnetic este echilibrat de momentul de frânare contracarant M em \u003d M 2.
Odată cu creșterea sarcinii pe arborele motorului, cuplul de frânare devine mai mare decât cuplul, iar alunecarea crește. Ca urmare, EMF și curenții induși în înfășurarea rotorului cresc. Cuplul crește și devine egal cu cuplul de frânare. Cuplul poate crește odată cu creșterea alunecării până la o anumită valoare maximă, după care, cu o creștere suplimentară a cuplului de frânare, cuplul scade brusc și motorul se oprește.
Alunecarea motorului blocat este egală cu unu. Se spune că motorul este în modul de scurtcircuit.
Viteza de rotație a unui motor cu inducție fără sarcină n 2 este aproximativ egală cu frecvența sincronă n 1 . Alunecarea unui motor neîncărcat S 0. Se spune că motorul este la ralanti.
Alunecare mașină asincronă, care funcționează în modul motor, variază de la zero la unu.
O mașină asincronă poate funcționa în modul generator. Pentru a face acest lucru, rotorul său trebuie rotit de un motor terț în sensul de rotație al câmpului magnetic al statorului cu o frecvență n 2 > n 1 . Alunecare generator asincron. 
O mașină asincronă poate funcționa în modul de frână electrică a mașinii. Pentru a face acest lucru, este necesar să-și rotească rotorul în direcția opusă direcției de rotație a câmpului magnetic al statorului.
În acest mod, S > 1. De regulă, mașinile asincrone sunt utilizate în modul motor. Motorul cu inducție este cel mai comun tip de motor din industrie. Frecvența de rotație a câmpului într-un motor asincron este legată rigid de frecvența rețelei f 1 și de numărul de perechi de poli statori. La o frecvență f 1 = 50 Hz, există următoarea serie de frecvențe de rotație.
O mașină asincronă cu rotor blocat funcționează ca un transformator. Fluxul magnetic principal induce în stator și în înfășurările rotorului fix EMF E 1 și E 2k.
unde Ф m - valoarea maximă a fluxului magnetic principal cuplat cu
înfășurări de stator și rotor;
W 1 și W 2 - numărul de spire ale înfășurărilor statorului și rotorului;
f 1 - frecvența tensiunii în rețea;
K 01 și K 02 - rapoarte de înfăşurareînfășurări ale statorului și rotorului.
Pentru a obține o distribuție mai favorabilă a inducției magnetice în spațiul de aer dintre stator și rotor, înfășurările statorului și rotorului nu sunt concentrate într-un singur pol, ci distribuite de-a lungul circumferințelor statorului și rotorului. EMF-ul înfășurării distribuite este mai mic decât EMF-ul înfășurării concentrate
