Asynkron maskin

Det finns en mängd olika asynkrona maskiner med en massiv rotor. En sådan rötor är helt gjord av ferromagnetiskt material, det vill säga i själva verket är det en stålcylinder. Den ferromagnetiska rotorn utför samtidigt rollen som både en magnetisk krets och en ledare (istället för en lindning). Det roterande magnetfältet inducerar virvelströmmar i rotorn, som, i samverkan med statorns magnetiska flöde, skapar ett vridmoment.

Fördelar:

• Enkel tillverkning, låg kostnad;
• Hög mekanisk hållfasthet (viktigt för höghastighetsmaskiner);
• Högt startmoment.

Brister:

• Stora energiförluster i rotorn;
• Låg effektfaktor .

Egenheter:

• Har en platt mekanisk egenskap
• Rotorn värms upp avsevärt även under lätt belastning.

Det finns olika sätt att förbättra massiva rotorer: lödning av kopparringar på ändarna, beläggning av rotorn med ett lager av koppar.

En mängd olika motorer med en massiv rotor kan betraktas som motorer med en ihålig rotor. I dem, för att minska massan och tröghetsmomentet, är rotorn gjord i form av en ihålig cylinder av ferromagnetiskt material. Väggtjockleken bör inte vara mindre än fältets inträngningsdjup i driftlägen, för 50 Hz är det 1-3 mm.

Induktionsmotor med fasrotor

Denna typ av elmotor tillåter mjuk hastighetskontroll över ett brett område. Fasrotorn har en flerfasig (vanligtvis trefas) lindning, vanligtvis ansluten enligt " stjärnan " -schemat och förs ut till släpringar . Med hjälp av borstar som glider längs dessa ringar ingår en extern styrkrets i rotorlindningskretsen, som låter dig styra rotorns hastighet. Delarna i denna kedja är:

• ballastreostatverkan som ett ytterligare aktivt motstånd, samma för varje fas. Genom att minska startströmmen ökas startmomentet till maxvärdet (vid första ögonblicket). Sådana motorer används för att driva mekanismer som startas under tung belastning eller kräver mjuk hastighetskontroll. Sådan hastighetsreglering liknar egenskaperna för reostatisk hastighetsreglering i DCT genom att ändra motståndet i ankarkretsen.
• induktorer (chokes) i varje fas av rotorn. Resistansen hos choken är proportionell mot frekvensen av den strömmande strömmen, och, som du vet, i rotorn i det första ögonblicket av uppstart är frekvensen av glidströmmar den högsta. När rotorn snurrar upp minskar frekvensen av de inducerade strömmarna, och med det minskar induktorresistansen. Det induktiva motståndet i fasrotorkretsen gör att du kan automatisera proceduren för att starta motorn och, om nödvändigt, "fånga" motorn, vars hastighet har sjunkit på grund av överbelastning. Induktansen håller rotorströmmarna på en konstant nivå.
• likströmskällor, vilket ger en synkronmaskin .
• drivs av en växelriktare, som låter dig styra motorns hastighet och elektromagnetiska vridmoment. Detta är ett speciellt driftsätt ( dubbelmatningsmaskin ). Det är möjligt att slå på nätspänningen utan en växelriktare i motfas till statorn.

Schrage-Richter-motor

Trefas kommutator asynkronmotor matad från rotorsidan .

Inverterad (driven från rotorn) asynkronmotor, som gör att du smidigt kan justera hastigheten från minimum (intervallet bestäms av lindningsdata för den extra lindningen som används för att erhålla ytterligare EMF, införd med slirfrekvensen i sekundärkretsen av maskinen) till det maximala, vilket vanligtvis ligger över synkroniseringshastigheten. Fysiskt producerad genom att ändra lösningen av en dubbel uppsättning borstar för varje "fas" i motorns sekundära krets. Sålunda, genom att omarrangera borsttraverserna med hjälp av en mekanisk anordning (handratt eller annat manöverdon), var det möjligt att mycket ekonomiskt styra hastigheten på en AC-induktionsmotor. Idén med styrning i allmänhet är extremt enkel och kommer att implementeras senare i de så kallade asynkronventilskaskaderna, där en tyristoromvandlare ingick i fasrotorkretsen, som fungerade som en inverterare eller i ett likriktarläge. Kärnan i idén är att en extra EMF med variabel amplitud och fas med en slirfrekvens införs i sekundärkretsen hos en asynkronmotor. Kollektorn utför uppgiften att matcha frekvensen av den extra EMF med slirfrekvensen för rotorn. Om den extra EMF är motsatt den huvudsakliga, utmatas effekt från motorns sekundära krets med en motsvarande minskning av maskinens hastighet, hastighetsbegränsningen dikteras endast av lindningarnas kylförhållanden). Vid maskinens synkroniseringspunkt är frekvensen för den extra EMF noll, det vill säga en likström tillförs sekundärkretsen av kollektorn. I fallet med att summera den extra EMF med den huvudsakliga, inverteras den extra kraften till maskinens sekundära krets, och följaktligen acceleration över den synkrona hastigheten. Således blev resultatet av regleringen en familj av ganska stela egenskaper med en minskning av det kritiska momentet med en minskning av hastigheten och med acceleration över den synkrona hastigheten, med dess proportionella ökning.

Av särskilt intresse är driften av maskinen med en asymmetrisk lösning av borsttraverser. I det här fallet, vektordiagrammet för den extra emf. motorn tar emot den så kallade tangentiella komponenten, vilket gör det möjligt att arbeta med ett kapacitivt svar på nätverket.

Strukturellt är motorn en inverterad maskin, där två lindningar läggs på rotorn: strömförsörjning från släpringar och en lindning ansluten med två par borstar per "fas" till statorns sekundära lindning. I själva verket är dessa två delar av sekundärlindningen, beroende på positionen för borstens traverser, påkopplade antingen i enlighet med varandra eller i motsatta riktningar. Det är så reglering fungerar.

Sådana motorer fick den största utvecklingen på 30-talet av XX-talet . I Sovjetunionen fick växelströmskollektormaskiner (KMPT) ingen märkbar distribution och utveckling på grund av ökade krav på tillverkningen av kollektor-borstaggregatet och den totala höga kostnaden. De penetrerade Sovjetunionens territorium främst som en del av utrustning köpt utomlands och ersattes så snart som möjligt av mindre effektiva, men billigare likströmsmaskiner eller asynkronmotorer med en fasrotor.

För närvarande är Schrage-motorn av intresse enbart ur teknisk historias synvinkel.

Hur det fungerar

En trefas växelspänning appliceras på statorlindningen, under påverkan av vilken ett trefassystem av strömmar flyter genom dessa lindningar. Eftersom lindningarna i en induktionsmaskin är geometriskt förskjutna med 120 grader, och eftersom strömmarna i lindningarna i ett symmetriskt system har en fasförskjutning på 120 grader, skapas ett roterande magnetfält i sådana lindningar. Det roterande magnetfältet, som korsar rotorlindningens ledare, inducerar en elektromotorisk kraft i dem, under påverkan av vilken en ström flyter i rotorlindningen, vilket förvränger statorns magnetiska fält, ökar dess energi, vilket leder till uppkomsten av en elektromagnetisk kraft, under påverkan av vilken rotorn börjar rotera (för enklare förklaring kan vi hänvisa till Amperekraften som verkar på rotorlindningens ledare, som finns i statorns magnetfält; men i verkligheten , storleken på den magnetiska induktionen i spåret där strömledaren är belägen är ganska liten, eftersom det magnetiska flödet huvudsakligen passerar genom tänderna). För att en EMF ska uppstå i rotorlindningen är det nödvändigt att rotorns rotationshastighet skiljer sig från statorfältets rotationshastighet. Därför roterar rotorn asynkront med avseende på statorfältet, och motorn kallas asynkron. Den relativa skillnaden mellan rotorns rotationshastighet och statorfältets rotationshastighet kallas slip (s) . Den nominella glidningen är vanligtvis 2-8 % [8] .

Rotationshastigheten för statorfältet

När statorlindningen matas med en trefas (i allmänhet flerfasig) ström, skapas ett roterande magnetfält, vars synkrona rotationsfrekvens [rpm] är relaterad till frekvensen av nätspänningen [ Hz] med förhållandet:

var  är antalet par magnetiska poler i statorlindningen.

Beroende på antalet polpar är följande värden på statorns magnetfälts rotationsfrekvenser möjliga vid en matningsspänningsfrekvens på 50 Hz:

n, rpm
3000	ett
1500	2
1000	3
300	tio

De flesta motorer har 1-3 par poler, mer sällan 4. Ett större antal poler används mycket sällan, sådana maskiner har låg verkningsgrad och effektfaktor, men de klarar sig utan växellåda där låg hastighet behövs. Till exempel finns det även 34-poliga motorer 2ACVO710L-34U1 (17 par poler) för att driva kyltornsfläktar (synkron frekvens 176,5 rpm).

Funktionssätt

Motorläge

Om rotorn är stationär eller dess rotationsfrekvens är mindre än synkron, korsar det roterande magnetfältet rotorlindningens ledare och inducerar en EMF i dem, under vars verkan en ström uppträder i rotorlindningen. Elektromagnetiska krafter verkar på ledarna med strömmen i denna lindning (eller snarare, på rotorkärnans tänder); deras totala kraft bildar ett elektromagnetiskt vridmoment som drar rotorn tillsammans med magnetfältet. Om detta moment är tillräckligt för att övervinna friktionskrafter, börjar rotorn att rotera, och dess konstanta rotationshastighet [rpm] motsvarar det elektromagnetiska vridmomentets likhet med bromsmomentet som skapas av belastningen på axeln, friktionskrafter i lagren, ventilation, etc. Rotorhastigheten är inte kan nå magnetfältets rotationsfrekvens, eftersom i detta fall magnetfältets rotationsvinkelhastighet i förhållande till rotorlindningen blir lika med noll, kommer magnetfältet att upphöra att inducera EMF i rotorlindningen och skapar i sin tur ett vridmoment; Sålunda, för motordriftssättet för en asynkron maskin, är olikheten sann:

Den relativa skillnaden mellan rotationsfrekvenserna för magnetfältet och rotorn kallas slip :

Det är uppenbart att i motorläget .

Generatorläge

Om rotorn accelereras med hjälp av ett yttre moment (till exempel av någon form av motor) till en frekvens som är större än rotationsfrekvensen för magnetfältet, då riktningen för EMF i rotorlindningen och den aktiva komponenten av rotorströmmen kommer att ändras, det vill säga den asynkrona maskinen kommer att växla till generatorläge . Samtidigt kommer även riktningen för det elektromagnetiska vridmomentet att ändras, vilket blir inbromsning. Släp i generatorläge .

För att driva en asynkron maskin i generatorläge krävs en reaktiv kraftkälla som skapar ett magnetfält. I frånvaro av ett initialt magnetfält i statorlindningen skapas flödet med hjälp av permanentmagneter, eller med en aktiv belastning på grund av den kvarvarande induktionen av maskinen och kondensatorer anslutna parallellt med statorlindningens faser.

En asynkron generator förbrukar reaktiv ström och kräver närvaron av reaktiva kraftgeneratorer i nätverket i form av synkrona maskiner, synkrona kompensatorer , statiska kondensatorbanker (BSK). På grund av detta, trots det enkla underhållet, används en asynkron generator relativt sällan, främst som vindkraftverk med låg effekt, hjälpkällor med låg effekt och bromsanordningar. Generatorläget för en asynkronmotor används ganska ofta i mekanismer med ett aktivt moment: i detta läge fungerar motorerna i tunnelbanerulltrappor (när de rör sig ner), sänker lasten i kranar , hissmotorer fungerar också i generatorläge, beroende på viktförhållande i kabinen och i motvikt; samtidigt kombineras bromsläget för mekanismen som krävs av tekniken och energiåtervinning till nätverket med energibesparingar.

Viloläge

Tomgångsläget för en asynkronmotor uppstår när det inte finns någon belastning på axeln i form av en växellåda och en arbetskropp. Från erfarenheten av tomgång kan värdena för magnetiseringsströmmen och effektförlusterna i magnetkretsen, i lagren och i fläkten bestämmas. I verkligt viloläge s = 0,01-0,08. I det ideala tomgångsläget, n 2 \ u003d n 1 , därför s \u003d 0 (i själva verket är detta läge ouppnåeligt, även under antagandet att friktion i lagren inte skapar sitt eget belastningsmoment - själva principen för motordrift innebär att rotorn släpar efter statorfältet för att skapa ett fält. Vid s = 0 korsar statorfältet inte rotorlindningarna och kan inte inducera ström i det, vilket innebär att rotorns magnetfält inte skapas).

Elektromagnetiskt bromsläge (opposition)

Om du ändrar rotorns eller magnetfältets rotationsriktning så att de roterar i motsatta riktningar, kommer EMF och den aktiva komponenten av strömmen i rotorlindningen att riktas på samma sätt som i motorläget, och maskinen kommer att förbruka aktiv ström från nätverket. Det elektromagnetiska momentet kommer dock att riktas motsatt belastningsmomentet, eftersom det är ett bromsande. Följande ojämlikheter gäller för regimen:

.

Detta läge används under en kort tid, eftersom det under det genereras mycket värme i rotorn, som motorn inte kan avleda, vilket kan skada den.

För mjukare bromsning kan generatorläget användas, men det är endast effektivt vid varv nära de nominella.

Sätt att styra en asynkronmotor

Under styrning av en asynkron växelströmsmotor menas en förändring av rotorhastigheten och/eller dess vridmoment.

Det finns följande sätt att styra en induktionsmotor [9] [1] :

• reostatisk  - ändra hastigheten på en asynkronmotor med en fasrotor genom att ändra motståndet hos reostaten i rotorkretsen, dessutom ökar detta startvridmomentet och ökar den kritiska glidningen;
• frekvens  - en förändring av rotationshastigheten för en asynkronmotor genom att ändra frekvensen av strömmen i försörjningsnätet, vilket innebär en förändring av rotationshastigheten för statorfältet . Motorn slås på genom en frekvensomformare ;
• byta lindningarna från "triangel"-kretsen till "stjärnan" -kretsen under motorstarten, vilket minskar startströmmarna i lindningarna med ungefär tre gånger, men samtidigt minskar vridmomentet också;
• puls - genom att leverera en speciell typ av matningsspänning (till exempel sågtand);
• införandet av en ytterligare EMF i enlighet med eller motsatt slirfrekvensen i sekundärkretsen;
• förändring av antalet polpar, om sådan omkoppling tillhandahålls konstruktivt (endast för ekorrburrotorer);
• genom att ändra matningsspänningens amplitud, när endast amplituden (eller det effektiva värdet ) för styrspänningen ändras. Sedan förblir styr- och excitationsspänningsvektorerna vinkelräta (autotransformatorstart);
• fasstyrning kännetecknas av det faktum att förändringen i rotorhastigheten uppnås genom att ändra fasförskjutningen mellan magnetiserings- och styrspänningsvektorerna [10] ;
• amplitudfasmetoden innefattar två beskrivna metoder;
• inkludering i kraftkretsen för reaktorstatorn ;
• induktiv reaktans för en motor med fasrotor [11] [12] .

Anteckningar

1. ↑ 1 2 Trefas asynkronmotor . Hämtad 18 juni 2014. Arkiverad från originalet 31 oktober 2014. (obestämd)
2. ↑ Enheten och principen för drift av asynkrona elmotorer "Skola för en elektriker: allt om elektroteknik och elektronik . Tillträdesdatum: 9 oktober 2009. Arkiverad 12 oktober 2009. (obestämd)
3. ↑ § 1.6. MAGNETISK FLUX EMF OCH STRÖMAR FÖR ASYNKRONMOTOR . Hämtad 19 mars 2018. Arkiverad från originalet 20 mars 2018. (obestämd)
4. ↑ Nr 381968 Arkivkopia daterad 4 mars 2016 på Wayback Machine daterad 1888-01-05 (ansökan om uppfinning nr 252132 daterad 1887-12-10)
5. ↑ Nätverk av makt: Elektrifiering i det västerländska samhället, 1880-1930 - Thomas Parke Hughes - Google Books . Hämtad 10 mars 2013. Arkiverad från originalet 16 april 2019. (obestämd)
6. ↑ SAVVIN N. Yu., RYLOV I. V., RATUSHNYAK V. R., KAYDALOV M. V. ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR //  GRUNDLÄGGANDE OCH TILLÄMPAD VETENSKAPLIG FORSKNING: AKTUELLA FRÅGOR, RESULTAT OCH INNOVATIONER: artikel i konferensen. - LLC "Science and Education", Penza, 2021. - S. 76-80 . (ryska)
7. ↑ Maria Alisova Räddar motorns liv  (otillgänglig länk) // Teknik - ungdom 10/10/2018
8. ↑ Trefasig asynkron elmotor. . Tekniska lösningar. Hämtad 18 juni 2014. Arkiverad från originalet 31 oktober 2014. (ryska)
9. ↑ Hastighetskontroll av en induktionsmotor » Skola för en elektriker: allt om elektroteknik och elektronik . Hämtad 8 januari 2018. Arkiverad från originalet 8 januari 2018. (obestämd)
10. ↑ Eroshkin A. V., Sheikin Yu. I. Jämförande analys av tekniska lösningar för mjukstart av kraftfulla asynkrona elmotorer
11. ↑ Meshcheryakov V.N.; Fineev A. A. Ryska federationens patent RU2267220. Trefas startinduktionsmotstånd . Hämtad 15 januari 2010. Arkiverad från originalet 26 maj 2010. (obestämd)
12. ↑ Induktionsstartare Arkiverad 16 november 2006.

Se även

• vektor kontroll
• Synkronmaskin
• Dubbelmatningsmaskin
• DC maskin
• Universal kommutatormotor

Litteratur

• Leontiev GA, Zenina EG Forskning av asynkronmotorer med ekorrbur och fasrotor. — Volgograd: Volgograd delstat. de där. un-t., 2000.
• Veshenevsky S. N. Karakteristika för motorer i en elektrisk drivning. Upplaga 6, reviderad. Moskva, Energia Publishing House, 1977. Upplaga 40 000 exemplar. UDC 62-83:621,313.2