המכשיר ועיקרון הפעולה של מנועים חשמליים אסינכרוניים

מכוניות חשמליותהמרה של אנרגיה חשמלית מזרם חילופין לאנרגיה מכנית נקראים מנועים חשמליים AC.

בתעשייה, מנועים תלת פאזיים אסינכרוניים הם הנפוצים ביותר. בואו נסתכל על המכשיר ואת עקרון הפעולה של מנועים אלה.

עקרון הפעולה של מנוע האינדוקציה מבוסס על שימוש בשדה מגנטי מסתובב.

כדי להבין את פעולתו של מנוע כזה, נבצע את הניסוי הבא.

אנחנו נתחזק מגנט פרסה על הציר כך שניתן לסובבו על ידי הידית. בין הקטבים של המגנט אנו מניחים גליל נחושת לאורך הציר, שיכול להסתובב בחופשיות.

איור 1. המודל הפשוט ביותר לקבלת שדה מגנטי מסתובב

בואו נתחיל לסובב את מגנט הידית בכיוון השעון. גם השדה של המגנט יתחיל להסתובב ובעת סיבובו יחצה את גליל הנחושת עם קווי הכוח שלו. בצילינדר לפי חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית, יהיה זרמי מערבולתשייצרו משלהם שדה מגנטי - השדה של הגליל. שדה זה יקיים אינטראקציה עם השדה המגנטי של המגנט הקבוע, ויגרום לצילינדר להסתובב באותו כיוון כמו המגנט.

נמצא שמהירות הסיבוב של הגליל קטנה מעט ממהירות הסיבוב של השדה המגנטי.

למעשה, אם הגליל מסתובב באותה מהירות כמו השדה המגנטי, אז קווי השדה המגנטי אינם חוצים אותו ולכן לא נוצרים בו זרמי מערבולת הגורמים לצליל להסתובב.

מהירות הסיבוב של השדה המגנטי נקראת בדרך כלל סינכרונית, מכיוון שהיא שווה למהירות הסיבוב של המגנט, ומהירות הסיבוב של הגליל היא אסינכרונית (אסינכרונית). לכן המנוע עצמו נקרא מנוע אינדוקציה... מהירות הסיבוב של הצילינדר (רוטור) שונה מ מהירות סיבוב סינכרונית של השדה המגנטי עם כמות קטנה של החלקה.

מציין את מהירות הסיבוב של הרוטור דרך n1 ואת מהירות הסיבוב של השדה דרך n אנו יכולים לחשב אחוז החלקה על ידי הנוסחה:

s = (n — n1) / n.

בניסוי הנ"ל השגנו שדה מגנטי מסתובב ואת סיבוב הצילינדר שנגרם ממנו עקב סיבוב של מגנט קבוע, לכן מכשיר כזה אינו עדיין מנוע חשמלי... יש לעשות זאת. חַשְׁמַל ליצור שדה מגנטי מסתובב ולהשתמש בו כדי לסובב את הרוטור. בעיה זו נפתרה בזמנו בצורה מבריקה על ידי M. O. Dolivo-Dobrovolski. הוא הציע להשתמש בזרם תלת פאזי למטרה זו.

המכשיר של מנוע חשמלי אסינכרוני M. O. Dolivo-Dobrovolski

איור 2. תרשים של מנוע חשמלי אסינכרוני Dolivo-Dobrovolsky

על הקטבים של ליבת ברזל בצורת טבעת, הנקראת סטאטור מנוע, ממוקמות שלוש פיתולים, רשתות זרם תלת פאזי 0 הממוקמות זו ביחס לזו בזווית של 120 מעלות.

בתוך הליבה, גליל מתכת, מה שנקרא הרוטור של המנוע החשמלי.

אם הסלילים מחוברים זה לזה כפי שמוצג באיור ומחוברים לרשת זרם תלת פאזי, אזי השטף המגנטי הכולל שנוצר על ידי שלושת הקטבים יתברר כמסתובב.

איור 3 מציג את גרף השינויים בזרמים בפיתולי המנוע ואת תהליך הופעתו של שדה מגנטי מסתובב.

בואו נסתכל על תהליך זה ביתר פירוט.

איור 3. השגת שדה מגנטי מסתובב

במיקום «A» של הגרף, הזרם בשלב הראשון הוא אפס, בשלב השני הוא שלילי, ובשלישי הוא חיובי. זרם זורם דרך סלילי המוט בכיוון המצוין על ידי החצים באיור.

לאחר שנקבע, על פי כלל יד ימין, את כיוון השטף המגנטי שנוצר על ידי הזרם, נוודא שהקוטב הדרומי (S) ייווצר בקצה הקוטב הפנימי (לפני הרוטור) של הפיתול השלישי הקוטב הצפוני (C) ייווצר בקוטב של הסליל השני. השטף המגנטי הכולל יופנה מהקוטב של הסליל השני דרך הרוטור אל הקוטב של הסליל השלישי.

במיקום «B» של הגרף, הזרם בשלב השני הוא אפס, בשלב הראשון הוא חיובי ובשלישי הוא שלילי. הזרם הזורם דרך פיתולי הקוטב יוצר קוטב דרומי (S) בסוף הפיתול הראשון וקוטב צפוני (C) בסוף הפיתול השלישי. השטף המגנטי הכולל יופנה כעת מהקוטב השלישי דרך הרוטור אל הקוטב הראשון, כלומר, הקטבים ינועו ב-120 מעלות.

במיקום «B» של הגרף, הזרם בשלב השלישי הוא אפס, בשלב השני הוא חיובי, ובשלב הראשון הוא שלילי.כעת הזרם הזורם דרך הסליל הראשון והשני יצור קוטב צפוני (C) בקצה הקוטב של הסליל הראשון, וקוטב דרומי (S) בקצה הקוטב של הסליל השני, כלומר. , הקוטביות של השדה המגנטי הכולל תזוז עוד 120 מעלות. במיקום «G» בגרף, השדה המגנטי יזוז עוד 120 מעלות.

לפיכך, השטף המגנטי הכולל ישנה את כיוונו עם שינוי בכיוון הזרם בפיתולי הסטטור (הקטבים).

במקרה זה, במשך תקופה אחת של שינוי זרם בסלילים, השטף המגנטי יעשה מהפכה שלמה. השטף המגנטי המסתובב יגרור איתו את הצילינדר וכך נקבל מנוע חשמלי אסינכרוני.

נזכיר שבאיור 3 פיתולי הסטטור מחוברים לכוכב, אך נוצר שדה מגנטי מסתובב כשהם מחוברים לדלתא.

אם נחליף את הפיתולים של השלב השני והשלישי, השטף המגנטי יהפוך את כיוון הסיבוב שלו.

ניתן להשיג אותה תוצאה מבלי לשנות את פיתולי הסטטור, אלא לכוון את הזרם של השלב השני של הרשת לשלב השלישי של הסטטור, והשלב השלישי של הרשת לשלב השני של הסטטור.

לכן, אתה יכול לשנות את כיוון הסיבוב של השדה המגנטי על ידי החלפת שני שלבים.

שקלנו מכשיר עם מנוע אינדוקציה עם שלוש פיתולי סטטור... במקרה זה, השדה המגנטי המסתובב הוא דו קוטבי, ומספר הסיבובים לשנייה שווה למספר התקופות של שינוי הזרם בשנייה אחת.

אם מניחים שישה סלילים על הסטטור מסביב להיקף, אז שדה מגנטי מסתובב בן ארבעה קוטבים... עם תשעה סלילים, השדה יהיה שישה קוטבים.

בתדירות של זרם תלת פאזי השווה ל-50 פרקים בשנייה או 3000 לדקה, מספר הסיבובים n של השדה המסתובב לדקה יהיה:

עם סטאטור דו קוטבי n = (50 NS 60) / 1 = 3000 סל"ד,

עם סטטור בעל ארבעה קוטבים n = (50 NS 60) / 2 = 1500 סיבובים,

עם סטאטור בעל שישה קוטבים n = (50 NS 60) / 3 = 1000 סיבובים,

עם מספר זוגות קטבי סטטור שווה ל-p: n = (f NS 60) / p,

אז, קבענו את מהירות הסיבוב של השדה המגנטי ואת התלות שלו במספר הפיתולים של הסטטור של המנוע.

כידוע, רוטור המנוע יפגר מעט בסיבובו.

עם זאת, פיגור הרוטור קטן מאוד. לדוגמה, כאשר המנוע פועל בסרק, ההבדל במהירות הוא 3% בלבד ותחת עומס 5-7%. לכן, מהירות מנוע האינדוקציה משתנה בגבולות קטנים מאוד כאשר העומס משתנה, וזה אחד היתרונות שלו.

שקול עכשיו את המכשיר של מנועים חשמליים אסינכרוניים

מנוע חשמלי אסינכרוני מפורק: א) סטטור; ב) רוטור כלוב סנאי; ג) רוטור בשלב הביצוע (1 - מסגרת; 2 - ליבה של יריעות פלדה מוטבעות; 3 - סלילה; 4 - פיר; 5 - טבעות הזזה)

לסטטור של מנוע חשמלי אסינכרוני מודרני יש קטבים לא מבוטא, כלומר, המשטח הפנימי של הסטטור נעשה חלק לחלוטין.

כדי לצמצם את הפסדי זרם המערבולת, ליבת הסטטור נוצרת מיריעות פלדה דקה עם חותמת. ליבת הסטטור המורכבת מקובעת במעטפת פלדה.

סליל של חוט נחושת מונח בחריצי הסטטור. פיתולי הפאזה של הסטטור של המנוע החשמלי מחוברים על ידי "כוכב" או "דלתא", שעבורם מביאים את כל ההתחלה והקצוות של הפיתולים ל- גוף - למגן בידוד מיוחד. מכשיר סטטור כזה נוח מאוד, מכיוון שהוא מאפשר לך להפעיל את הפיתולים שלו למתחים סטנדרטיים שונים.

רוטור מנוע אינדוקציה, כמו סטטור, מורכב מיריעות פלדה מוטבעות. סליל מונח בחריצים של הרוטור.

בהתאם לעיצוב הרוטור, מנועים חשמליים אסינכרוניים מחולקים לרוטור של כלוב סנאי ולמנועי רוטור פאזה.

פיתול הרוטור של כלוב הסנאי עשוי ממוטות נחושת המוכנסים לחריצים של הרוטור. קצוות המוטות מחוברים בטבעת נחושת. זה נקרא גלגול כלוב סנאי. שימו לב כי מוטות הנחושת בתעלות אינם מבודדים.

במנועים מסוימים, "כלוב הסנאי" מוחלף ברוטור יצוק.

מנוע רוטור אסינכרוני (עם טבעות החלקה) משמש בדרך כלל במנועים חשמליים בעלי הספק גבוה ובמקרים אלה; כאשר יש צורך במנוע החשמלי ליצור כוח גדול בעת התנעה. זה מושג על ידי העובדה כי הפיתולים של מנוע הפאזה מחוברים הפעלת ריאוסטט.

מנועי אינדוקציה של כלוב סנאי מופעלים בשתי דרכים:

1) חיבור ישיר של מתח הרשת התלת פאזי לסטטור המנוע. שיטה זו היא הפשוטה והפופולרית ביותר.

2) הפחתת המתח המופעל על פיתולי הסטטור. המתח מופחת, למשל, על ידי החלפת פיתולי הסטטור מכוכב לדלתא.

המנוע מופעל כאשר פיתולי הסטטור מחוברים ב"כוכב", וכאשר הרוטור מגיע למהירות רגילה, פיתולי הסטטור עוברים לחיבור "דלתא".

הזרם בחוטי האספקה ​​בשיטה זו של התנעת המנוע מופחת פי 3 בהשוואה לזרם שיתרחש בעת התנעת המנוע בחיבור ישיר לרשת עם פיתולי סטטור המחוברים באמצעות «דלתא».עם זאת, שיטה זו מתאימה רק אם הסטטור מיועד לפעולה רגילה כאשר הפיתולים שלו מחוברים לדלתא.

הפשוט, הזול והאמין ביותר הוא מנוע כלוב סנאי אסינכרוני, אבל למנוע הזה יש כמה חסרונות - מאמץ התנעה נמוך וזרם התנעה גבוה. חסרונות אלו מתבטלים במידה רבה על ידי שימוש ברוטור פאזה, אך השימוש ברוטור כזה מייקר מאוד את עלות המנוע ודורש התנעת ריאוסטט.

סוגי מנועים אסינכרוניים

הסוג העיקרי של מכונה אסינכרונית הוא מנוע אסינכרוני תלת פאזי... יש לו שלושה פיתולי סטטור הממוקמים ב-120 מעלות זה מזה. הסלילים מחוברים לכוכב או דלתא ומופעלים על ידי זרם חילופין תלת פאזי.

מנועים בעלי הספק נמוך ברוב המקרים מיושמים כדו-פאזיים... בניגוד למנועים תלת-פאזיים, יש להם שני פיתולי סטטור, שהזרמים בהם חייבים להיות מודרים בזווית כדי ליצור שדה מגנטי מסתובב π/2.

אם הזרמים בפיתולים שווים בגודלם ומוזזים בפאזה ב-90 מעלות, פעולתו של מנוע כזה לא תהיה שונה בשום אופן מפעולת תלת פאזי. עם זאת, מנועים כאלה עם שני פיתולי סטטור מופעלים ברוב המקרים על ידי רשת חד פאזית ותזוזה המתקרבת ל-90 מעלות נוצרת באופן מלאכותי, בדרך כלל בגלל קבלים.

מנוע חד פאזי רק פיתול אחד של הסטטור אינו פעיל כמעט כאשר הרוטור נייח נוצר במנוע רק שדה מגנטי פועם והמומנט הוא אפסי. זה נכון שאם הרוטור של מכונה כזו מסתובב למהירות מסוימת, אז הוא יכול לבצע את הפונקציות של מנוע.

במקרה זה, למרות שיהיה רק ​​שדה פועם, הוא מורכב משני סימטריים - קדימה ואחורה, שיוצרים מומנטים לא שווים - מנוע גדול יותר ופחות בלימה, הנובעים בגלל זרמי הרוטור בעלי התדירות המוגברת (החלקה כנגד הסינכרוני ההפוך השדה גדול מ-1).

ביחס לאמור לעיל, מנועים חד פאזיים מסופקים עם פיתול שני המשמש כפיתול ההתחלה. קבלים כלולים במעגל של סליל זה כדי ליצור שינוי פאזה של הזרם, שהקיבולת שלו יכולה להיות גדולה למדי (עשרות מיקרופאראדים עם הספק מנוע של פחות מ-1 קילוואט).

מערכות בקרה משתמשות במנועים דו-פאזיים, הנקראים לפעמים מנהלים... יש להם שני פיתולי סטטור מאופקים בחלל ב-90 מעלות. אחד הפיתולים, הנקרא פיתול השדה, מחובר ישירות לרשת 50 או 400 הרץ. השני משמש כסליל בקרה.

כדי ליצור שדה מגנטי מסתובב ואת המומנט המתאים, יש להזיז את הזרם בסליל הבקרה בזווית קרובה ל-90 מעלות. ויסות מהירות המנוע, כפי שיוצג להלן, נעשה על ידי שינוי הערך או השלב של הזרם בסליל זה. ההיפך מסופק על ידי שינוי שלב הזרם בסליל הבקרה ב-180 מעלות (החלפת הסליל).

מנועים דו-פאזיים מיוצרים במספר גרסאות:

• עם רוטור כלוב סנאי,

• עם רוטור חלול לא מגנטי,

• עם רוטור מגנטי חלול.

מנועים לינאריים

הפיכת התנועה הסיבובית של המנוע לתנועת התרגום של איברי המכונה העובדת קשורה תמיד לצורך להשתמש ביחידות מכניות כלשהן: מתלי הילוכים, בורג וכו'.רק בתנאי - כאיבר נע).

במקרה זה, אומרים שהמנוע מופעל. סלילה הסטטור של מנוע ליניארי מתבצע באותו אופן כמו עבור מנוע נפחי, אך יש להניח אותו רק בחריצים לכל אורך התנועה המרבית האפשרית של הרוטור ההזזה. רוטור המחוון הוא בדרך כלל קצר, גוף העבודה של המנגנון הוא מפרק עם זה. בקצוות הסטטור חייבים כמובן להיות עצירות כדי למנוע מהרוטור לצאת מגבולות העבודה של השביל.