Asenkron elektrik motorlarının cihazı ve çalışma prensibi

Elektrikli arabalarelektrik enerjisinin alternatif akımdan mekanik enerjiye dönüştürülmesine AC elektrik motorları denir.

Endüstride asenkron üç fazlı motorlar en yaygın olanıdır. Cihaza ve bu motorların çalışma prensibine bakalım.

Asenkron motorun çalışma prensibi, dönen bir manyetik alanın kullanımına dayanmaktadır.

Böyle bir motorun çalışmasını anlamak için aşağıdaki deneyi yapacağız.

güçlendireceğiz at nalı mıknatıs kol tarafından döndürülebilmesi için aks üzerinde. Mıknatısın kutupları arasına eksen boyunca serbestçe dönebilen bir bakır silindir yerleştiriyoruz.

Şekil 1. Dönen bir manyetik alan elde etmenin en basit modeli

Kol mıknatısını saat yönünde çevirmeye başlayalım. Mıknatısın alanı da dönmeye başlayacak ve dönerken güç çizgileriyle bakır silindiri geçecek. bir silindirde elektromanyetik indüksiyon yasasına göresahip olacak girdap akımlarıkim kendi yaratacak manyetik alan — silindirin alanı. Bu alan kalıcı mıknatısın manyetik alanı ile etkileşime girerek silindirin mıknatısla aynı yönde dönmesine neden olur.

Silindirin dönme hızının, manyetik alanın dönme hızından biraz daha düşük olduğu bulundu.

Aslında, silindir manyetik alanla aynı hızda dönüyorsa, o zaman manyetik alan çizgileri onu geçmez ve bu nedenle içinde silindirin dönmesine neden olan girdap akımları oluşmaz.

Manyetik alanın dönme hızına genellikle senkron denir, çünkü mıknatısın dönme hızına eşittir ve silindirin dönme hızı asenkrondur (asenkron). Bu nedenle motorun kendisine endüksiyon motoru denir. Silindirin (rotor) dönüş hızı, manyetik alanın senkron dönme hızı az miktarda kayma ile.

Rotorun n1'e göre dönme hızını ve n'ye göre alanın dönme hızını gösterir, yüzde kaymayı aşağıdaki formülle hesaplayabiliriz:

s = (n — n1) / n.

Yukarıdaki deneyde, sabit bir mıknatısın dönmesi nedeniyle dönen bir manyetik alan ve bunun neden olduğu silindirin dönmesini elde ettik, bu nedenle böyle bir cihaz henüz bir elektrik motoru değil… Yapılmalı elektrik dönen bir manyetik alan yaratın ve rotoru döndürmek için kullanın. Bu sorun, zamanında M. O. Dolivo-Dobrovolski tarafından zekice çözüldü. Bu amaçla üç fazlı akım kullanmayı önerdi.

Asenkron elektrik motorunun cihazı M. O. Dolivo-Dobrovolski

Şekil 2. Dolivo-Dobrovolsky asenkron elektrik motorunun şeması

Motor statoru adı verilen halka şeklindeki bir demir çekirdeğin kutuplarına, 120 ° 'lik bir açıda birbirine göre yerleştirilmiş üç sargı, üç fazlı akım ağları 0 yerleştirilir.

Çekirdeğin içinde, elektrik motorunun sözde rotoru olan metal bir silindir var.

Bobinler şekilde gösterildiği gibi birbirine bağlanırsa ve üç fazlı bir akım ağına bağlanırsa, üç kutup tarafından oluşturulan toplam manyetik akı dönecektir.

Şekil 3, motor sargılarındaki akımlardaki değişikliklerin grafiğini ve dönen bir manyetik alanın ortaya çıkma sürecini göstermektedir.

Bu sürece daha ayrıntılı olarak bakalım.

Şekil 3. Dönen bir manyetik alan elde etme

Grafiğin "A" konumunda, birinci fazdaki akım sıfır, ikinci fazdaki akım negatif ve üçüncü fazdaki akım pozitiftir. Akım, şekilde oklarla gösterilen yönde kutup bobinlerinden akar.

Sağ el kuralına göre akımın oluşturduğu manyetik akının yönünü belirledikten sonra, güney kutbunun (S) üçüncü sargının iç kutup ucunda (rotora bakan) oluşturulmasını sağlayacağız ve kuzey kutbu (C ) ikinci bobinin kutbunda oluşturulacaktır. Toplam manyetik akı, ikinci bobinin kutbundan rotor aracılığıyla üçüncü bobinin kutbuna yönlendirilecektir.

Grafiğin "B" konumunda, ikinci fazdaki akım sıfırdır, birinci fazdaki akım pozitiftir ve üçüncü fazdaki akım negatiftir. Kutup sargılarından akan akım, birinci sargının sonunda bir güney kutbu (S), üçüncü sargının sonunda bir kuzey kutbu (C) oluşturur. Toplam manyetik akı artık üçüncü kutuptan rotor vasıtasıyla birinci kutba yönlendirilecek, yani kutuplar 120° hareket edecektir.

Grafiğin "B" konumunda, üçüncü fazdaki akım sıfırdır, ikinci fazdaki akım pozitiftir ve birinci fazdaki akım negatiftir.Şimdi birinci ve ikinci bobinlerden akan akım, birinci bobinin kutup ucunda bir kuzey kutbu (C) ve ikinci bobinin kutup ucunda bir güney kutbu (S) oluşturacaktır, yani. , toplam manyetik alanın polaritesi 120 ° daha kayacaktır. Grafikteki «G» konumunda, manyetik alan 120° daha hareket edecektir.

Böylece toplam manyetik akı, stator sargılarındaki (kutuplardaki) akımın yönündeki bir değişiklikle yönünü değiştirecektir.

Bu durumda, bobinlerdeki akım değişiminin bir periyodu boyunca, manyetik akı tam bir devir yapacaktır. Dönen manyetik akı silindiri de beraberinde sürükleyecek ve böylece asenkron bir elektrik motoru elde edeceğiz.

Şekil 3'te stator sargılarının yıldız bağlantılı olduğunu, ancak üçgen bağlı olduklarında dönen bir manyetik alan oluştuğunu hatırlayın.

İkinci ve üçüncü fazların sargılarını değiştirirsek, manyetik akı dönüş yönünü tersine çevirecektir.

Aynı sonuç, stator sargılarını değiştirmeden, ancak şebekenin ikinci fazının akımını statorun üçüncü fazına ve şebekenin üçüncü fazını statorun ikinci fazına yönlendirmeden elde edilebilir.

Bu nedenle, iki fazı değiştirerek manyetik alanın dönüş yönünü değiştirebilirsiniz.

Üç stator sargılı endüksiyon motorlu bir cihaz düşündük... Bu durumda, dönen manyetik alan iki kutupludur ve saniyedeki devir sayısı, bir saniyedeki akım değişim periyotlarının sayısına eşittir.

Statorun çevresine altı bobin yerleştirilirse, o zaman dört kutuplu dönen bir manyetik alan... Dokuz bobinle alan altı kutuplu olacaktır.

Saniyede 50 periyoda veya dakikada 3000 periyoda eşit bir üç fazlı akım frekansında, dönen alanın dakikadaki devir sayısı n şöyle olacaktır:

iki kutuplu statorlu n = (50 NS 60) / 1 = 3000 rpm,

dört kutuplu stator ile n = (50 NS 60) / 2 = 1500 devir,

altı kutuplu stator ile n = (50 NS 60) / 3 = 1000 tur,

p'ye eşit stator kutup çifti sayısı ile: n = (f NS 60) / p,

Böylece, manyetik alanın dönme hızını ve bunun motor statorunun sargı sayısına bağlılığını belirledik.

Bildiğimiz gibi, motor rotoru dönüşünde biraz gecikecektir.

Ancak, rotor gecikmesi çok küçüktür. Örneğin, motor rölantideyken hız farkı sadece %3 ve yük altında %5-7'dir. Bu nedenle, asenkron motorun hızı, yük değiştiğinde çok küçük sınırlar içinde değişir, bu da avantajlarından biridir.

Şimdi asenkron elektrik motorlarının cihazını düşünün

Demonte asenkron elektrik motoru: a) stator; b) sincap kafesli rotor; c) yürütme aşamasındaki rotor (1 - çerçeve; 2 - damgalı çelik saclardan çekirdek; 3 - sargı; 4 - mil; 5 - kayar halkalar)

Modern bir asenkron elektrik motorunun statoru belirgin olmayan kutuplara sahiptir, yani statorun iç yüzeyi tamamen pürüzsüz hale getirilmiştir.

Girdap akımı kayıplarını azaltmak için stator çekirdeği ince damgalı çelik saclardan yapılmıştır. Birleştirilmiş stator çekirdeği çelik bir kasaya sabitlenmiştir.

Statorun yuvalarına bir bakır tel bobini döşenmiştir.Elektrik motorunun statorunun faz sargıları, sargıların tüm başlangıçlarının ve sonlarının getirildiği bir "yıldız" veya "üçgen" ile bağlanır. gövde - özel bir yalıtım kalkanına. Böyle bir stator cihazı, sargılarını farklı standart voltajlara açmanıza izin verdiği için çok uygundur.

Bir stator gibi bir endüksiyon motor rotoru damgalı çelik saclardan monte edilir. Rotorun oluklarına bir bobin döşenir.

Asenkron elektrik motorları, rotor tasarımına bağlı olarak sincap kafesli rotorlu ve faz rotorlu motorlar olarak ikiye ayrılır.

Sincap kafesli rotor sargısı, rotorun yuvalarına yerleştirilmiş bakır çubuklardan yapılmıştır. Çubukların uçları bakır bir halka ile bağlanır. Buna sincap kafesi yuvarlama denir. Kanallardaki bakır çubukların yalıtılmadığına dikkat edin.

Bazı motorlarda "sincap kafesi" döküm rotorla değiştirilir.

Asenkron rotorlu motor (kayar segmanlı) genellikle yüksek güçlü elektrik motorlarında kullanılır ve bu durumlarda; elektrik motorunun çalıştırırken büyük bir kuvvet oluşturması gerektiğinde. Bu, faz motorunun sargılarının birbirine bağlanmasıyla elde edilir. başlangıç ​​reostası.

Sincap kafesli asenkron motorlar iki şekilde devreye alınır:

1) Üç fazlı şebeke geriliminin motor statörüne doğrudan bağlantısı. Bu yöntem en basit ve en popüler olanıdır.

2) Stator sargılarına uygulanan voltajın düşürülmesi. Gerilim, örneğin stator sargılarını yıldızdan deltaya çevirerek azaltılır.

Stator sargıları "yıldız" bağlandığında motor çalıştırılır ve rotor normal hıza ulaştığında stator sargıları "üçgen" bağlantıya geçer.

Motoru çalıştırmanın bu yönteminde besleme kablolarındaki akım, "üçgen" ile bağlanan stator sargıları ile ağa doğrudan bağlantı yoluyla motorun çalıştırılması sırasında oluşacak akıma kıyasla 3 kat azaltılır.Bununla birlikte, bu yöntem yalnızca stator, sargıları üçgen bağlıyken normal çalışma için tasarlanmışsa uygundur.

En basit, en ucuz ve en güvenilir asenkron sincap kafesli motordur, ancak bu motorun bazı dezavantajları vardır - düşük çalıştırma eforu ve yüksek başlatma akımı. Bu dezavantajlar, bir faz rotorunun kullanılmasıyla büyük ölçüde ortadan kaldırılır, ancak böyle bir rotorun kullanılması, motorun maliyetini büyük ölçüde artırır ve reosta çalıştırmayı gerektirir.

Asenkron motor türleri

Asenkron makinenin ana tipi üç fazlı asenkron motor... Birbirinden 120 ° 'de bulunan üç stator sargısına sahiptir. Bobinler yıldız veya delta bağlantılıdır ve üç fazlı alternatif akımla çalışır.

Düşük güçlü motorlar çoğu durumda iki fazlı olarak uygulanır... Üç fazlı motorlardan farklı olarak, iki stator sargısına sahiptirler, akımların dönen bir manyetik alan π/2 oluşturmak için bir açıda dengelenmesi gerekir.

Sargılardaki akımların büyüklüğü eşitse ve fazda 90 ° kaydırılırsa, böyle bir motorun çalışması hiçbir şekilde üç fazın çalışmasından farklı olmayacaktır. Bununla birlikte, iki stator sargısına sahip bu tür motorlar çoğu durumda tek fazlı bir ağ tarafından çalıştırılır ve genellikle kapasitörler nedeniyle yapay olarak 90 ° 'ye yaklaşan bir yer değiştirme oluşturulur.

Tek fazlı motor, statorun sadece bir sargısı pratik olarak aktif değildir, rotor sabitken, motorda sadece titreşimli bir manyetik alan oluşturulur ve tork sıfırdır. Böyle bir makinenin rotoru belirli bir hızda dönerse, o zaman bir motorun işlevlerini yerine getirebileceği doğrudur.

Bu durumda, sadece titreşimli bir alan olmasına rağmen, eşit olmayan torklar oluşturan ileri ve geri olmak üzere iki simetrik alandan oluşur - artan frekanstaki rotor akımlarından kaynaklanan daha büyük bir motor ve daha az frenleme (ters senkrona karşı kayma) alan 1'den büyüktür).

Yukarıdakilerle ilgili olarak, tek fazlı motorlar, başlatma sargısı olarak kullanılan ikinci bir sargı ile beslenir. Kapasitesi oldukça büyük olabilen (motor gücü 1 kW'tan az olan onlarca mikrofarad) akımın faz kaymasını oluşturmak için bu bobinin devresine kapasitörler dahil edilmiştir.

Kontrol sistemleri, bazen yönetici olarak adlandırılan iki fazlı motorlar kullanır. Uzayda 90 ° kaydırılmış iki stator sargısına sahiptirler. Alan sargısı adı verilen sargılardan biri doğrudan 50 veya 400 Hz'lik bir ağa bağlanır. İkincisi bir kontrol bobini olarak kullanılır.

Dönen bir manyetik alan ve buna karşılık gelen tork oluşturmak için, kontrol bobinindeki akımın 90 ° 'ye yakın bir açıyla yer değiştirmesi gerekir. Aşağıda gösterildiği gibi motor hızının düzenlenmesi, bu bobindeki akımın değeri veya fazı değiştirilerek yapılır. Bunun tersi, kontrol bobinindeki akımın fazının 180° değiştirilmesiyle (bobinin anahtarlanması) sağlanır.

İki fazlı motorlar çeşitli versiyonlarda üretilir:

• sincap kafesli rotorlu,

• manyetik olmayan içi boş bir rotor ile,

• içi boş bir manyetik rotor ile.

lineer motorlar

Motorun dönme hareketinin çalışan makine organlarının öteleme hareketine dönüştürülmesi, her zaman herhangi bir mekanik ünite kullanma ihtiyacı ile ilişkilidir: dişli çubuklar, vidalar, vb.sadece şartlı olarak - hareketli bir organ olarak).

Bu durumda motorun konuşlandırıldığı söyleniyor. Bir lineer motorun stator sargısı, hacimsel bir motorla aynı şekilde gerçekleştirilir, ancak yalnızca kayan rotorun mümkün olan maksimum hareketinin tüm uzunluğu boyunca oluklara döşenmelidir. Sürgü rotoru genellikle kısa devre edilir, mekanizmanın çalışan gövdesi bununla mafsallıdır. Statorun uçlarında elbette rotorun yolun çalışma sınırlarının dışına çıkmasını önlemek için durdurucular bulunmalıdır.