Vienfazis asinchroninis variklis: kaip jis veikia

Pats šio elektrinio prietaiso pavadinimas rodo, kad jam tiekiama elektros energija paverčiama rotoriaus sukimosi judesiu. Be to, būdvardis „asinchroninis“ apibūdina neatitikimą, armatūros sukimosi greičio atsilikimą nuo statoriaus magnetinio lauko.

Žodis „viena fazė“ sukelia dviprasmišką apibrėžimą. Taip yra dėl to, kad terminas „fazė“ elektrikoje nusako kelis reiškinius:

• poslinkis, kampų skirtumas tarp vektorinių dydžių;

• potencialus dviejų, trijų ar keturių laidų kintamosios srovės elektros grandinės laidininkas;

• viena iš trifazio variklio ar generatoriaus statoriaus ar rotoriaus apvijų.

Todėl mes iš karto paaiškiname, kad įprasta vadinti vienfazį elektrinį variklį, kuris veikia dviejų laidų kintamos srovės tinkle, kurį apibūdina fazės ir nulio potencialas. Įvairių statorių konstrukcijų apvijų skaičius neturi įtakos šiam apibrėžimui.

Variklio dizainas

Pagal savo techninį įtaisą indukcinį variklį sudaro:

1. statorius - statinė, nejudanti dalis, padaryta iš korpuso su įvairiais elektriniais elementais, esančiais ant jo;

2. Rotorius, sukamas statoriaus elektromagnetinio lauko jėgomis.

Šių dviejų dalių mechaninis sujungimas atliekamas pasukimo guoliais, kurių vidiniai žiedai yra sumontuoti ant pritvirtintų rotoriaus veleno lizdų, o išoriniai žiedai yra sumontuoti apsauginiuose šoniniuose dangčiuose, pritvirtintuose prie statoriaus.

Rotorius

Jo įtaisas šiems modeliams yra tas pats kaip ir visiems indukciniams varikliams: magnetinė šerdis iš apkrautų plokščių, pagrįstų minkštais geležies lydiniais, yra sumontuota ant plieninio veleno. Išoriniame jo paviršiuje yra grioveliai, į kuriuos sumontuoti aliuminio arba vario apvijų strypai, užsegdami galus iki uždarymo žiedų.

Rotoriaus apvijoje indukuojama elektros srovė, kurią indukuoja statoriaus magnetinis laukas, o magnetinė grandinė padeda gerai praeiti čia sukuriamam magnetiniam srautui.

Individualios vienfazių variklių rotorių konstrukcijos gali būti pagamintos iš nemagnetinių arba feromagnetinių medžiagų cilindro pavidalu.

Statorius

Taip pat pateikiamas statoriaus dizainas:

• kūnas;

• magnetinė grandinė;

• apvija.

Pagrindinis jo tikslas yra generuoti fiksuotą ar besisukantį elektromagnetinį lauką.

Statoriaus apviją paprastai sudaro dvi grandinės:

1. darbuotojas;

2. paleidimo priemonė.

Paprasčiausiuose projektuose, skirtuose rankiniam inkaro sukimui, galima padaryti tik vieną apviją.

Asinchroninio vienfazio elektros variklio veikimo principas

Norėdami supaprastinti medžiagos pateikimą, įsivaizduokime, kad statoriaus apvija pagaminta tik su viena kilpos kilpa. Jos laidai statoriaus viduje yra paskirstyti ratu 180 kampu. Per ją praeina kintama sinusoidinė srovė, turinti teigiamą ir neigiamą pusiau bangas. Jis sukuria ne besisukantį, o pulsuojantį magnetinį lauką.

Kaip vyksta magnetinio lauko pulsacijos

Išanalizuokime šį procesą teigiamos srovės pusės bangos tėkmės pavyzdyje t1, t2, t3.

Jis eina palei viršutinę dabartinio kelio dalį link mūsų, o palei apatinę dalį - nuo mūsų. Statmenoje plokštumoje, kuriai atstovauja magnetinė grandinė, aplink laidininką atsiranda magnetiniai srautai.

Srovės, kintančios amplitudėje nagrinėjamuoju momentu, sukuria skirtingo masto elektromagnetinius laukus F1, F2, F3. Kadangi srovė viršutinėje ir apatinėje pusėse yra vienoda, tačiau ritė yra sulenkta, kiekvienos dalies magnetiniai srautai yra nukreipti priešinga kryptimi ir sunaikina vienas kito poveikį.Tai gali būti nustatyta pagal antkaklio ar dešinės rankos taisyklę.

Kaip matote, esant teigiamai pusei bangos, magnetinio lauko sukimasis nepastebimas, bet tik jo virpėjimas vyksta viršutinėje ir apatinėje laido dalyse, kurios taip pat yra subalansuotos magnetinėje grandinėje. Tas pats procesas vyksta su neigiama sinusoido atkarpa, kai srovės pasuka kryptį.

Kadangi nėra besisukančio magnetinio lauko, rotorius taip pat liks nejudantis, nes norint suktis pradėti nereikia jėgų.

Kaip sukuriamas rotoriaus sukimasis pulsuojančiame lauke

Jei duosite rotoriui sukimąsi net ranka, tada jis tęs šį judėjimą. Norėdami paaiškinti šį reiškinį, parodome, kad bendras magnetinis srautas kinta dabartinio sinusoido dažniu nuo nulio iki didžiausios vertės kiekviename puscikle (keičiant kryptį) ir susideda iš dviejų dalių, suformuotų viršutinėje ir apatinėje šakose, kaip parodyta paveikslėlyje.

Statoriaus magnetinis pulsuojantis laukas susideda iš dviejų apskritų, kurių amplitudė Fmax / 2 ir judančių priešingomis kryptimis tuo pačiu dažniu.

npr = nbr = f60 / p = 1.

Šioje formulėje nurodomos:

• statoriaus magnetinio lauko sukimosi dažnis npr ir nobr į priekį ir atgal;

• n1 - besisukančio magnetinio srauto greitis (r / min);

• p - polių porų skaičius;

• f - srovės dažnis statoriaus apvijoje.

Dabar mes su savo ranka pateiksime variklio sukimąsi viena kryptimi, ir jis nedelsdamas pasiims judesį dėl sukimo momento, kurį sukelia rotoriaus slydimas, palyginti su skirtingais pirmyn ir atgal nukreiptais magnetiniais srautais.

Mes manome, kad į priekį nukreiptas magnetinis srautas sutampa su rotoriaus sukimu, o atvirkštinė, atitinkamai, bus priešinga. Jei n2 yra inkaro sukimosi dažnis rpm, tada galime parašyti išraišką n2

Šiuo atveju mes žymime Spr = (n1-n2) / n1 = S.

Indeksai S ir Spr žymi asinchroninio variklio ir santykinio pirmyn nukreipto magnetinio srauto rotoriaus slydimą.

Atvirkštiniame sraute slydimas Sobr išreiškiamas panašia formule, tačiau keičiant ženklą n2.

Sobr = (n1 - (-n2)) / n1 = 2-Sbr.

Pagal elektromagnetinės indukcijos dėsnį, veikiant tiesioginiams ir atvirkštiniams magnetiniams srautams, rotoriaus apvijoje veiks elektromobilio jėga, sukurianti joje tomis pačiomis kryptimis I2pr ir I2obr.

Jų dažnis (hercais) bus tiesiogiai proporcingas slydimo dydžiui.

f2pr = f1 ∙ Spr;

f2pavyzdys = f1 ∙ S

Be to, f2obr dažnis, kurį sukuria indukuota srovė I2obr, žymiai viršija f2pr dažnį.

Pavyzdžiui, elektrinis variklis veikia 50 Hz tinkle, kai n1 = 1500, o n2 = 1440 aps / min. Jo rotoriaus slydimas į priekį nukreipto magnetinio srauto Spr = 0,04 ir srovės dažnio f2pr = 2 Hz atžvilgiu. Atvirkštinis slydimas Sobr = 1,96, o srovės dažnis f2obr = 98 Hz.

Remiantis Ampero dėsniu, kai sąveikauja dabartinis I2pr ir magnetinis laukas Фпр, atsiranda sukimo momentas Мпр.

Mpr = cM ∙ Fpr ∙ I2pr ∙ cosφ2pr.

Nuolatinis koeficientas SM priklauso nuo variklio konstrukcijos.

Šiuo atveju taip pat veikia atvirkštinis magnetinis srautas Mobr, kuris apskaičiuojamas pagal išraišką:

Mobr = cM ∙ Phobr ∙ I2obr ∙ cosφ2obr.

Dėl šių dviejų srautų sąveikos pasirodys:

M = Mpr-Mobr.

Dėmesio! Kai rotorius sukasi, jame sužadinamos skirtingo dažnio srovės, kurios sukuria jėgų momentus skirtingomis kryptimis. Todėl variklio armatūra sukasi veikiant pulsuojančiam magnetiniam laukui ta kryptimi, nuo kurios ji pradėjo suktis.

Vienfazis variklis, įveikdamas vardinę apkrovą, sukuria nedidelį slydimą, kurio pagrindinė dalis yra tiesioginis sukimo momentas Mpr. Mobros slopinamojo, atvirkštinio magnetinio lauko neutralizacija daro įtaką labai mažai dėl priekinės ir atbulinės krypties srovių dažnių skirtumo.

atvirkštinės srovės f2obr reikšmingai viršija f2pr, o indukuotas induktyvumas X2obr smarkiai viršija aktyvųjį komponentą ir sukuria didelį atvirkštinio magnetinio srauto Fobr demagnetizuojantį poveikį, kuris galiausiai sumažėja.

Kadangi varikliui veikiant apkrova, galios koeficientas yra mažas, atvirkštinis magnetinis srautas negali stipriai paveikti besisukančio rotoriaus.

Kai viena tinklo fazė taikoma varikliui su fiksuotu rotoriu (n2 = 0), tada slydimas, tiek į priekį, tiek atgal, yra lygus vienetui, o priekinių ir atbulinių srautų magnetiniai laukai ir jėgos yra subalansuoti, o sukimas neįvyksta. Taigi, atsisakius vienos fazės, neįmanoma atsukti variklio armatūros.

Kaip greitai nustatyti variklio greitį:

Kaip sukuriamas rotoriaus sukimasis vienfazis asinchroninis variklis

Per visą tokių prietaisų eksploatavimo istoriją buvo sukurti šie projektavimo sprendimai:

1. rankinis veleno atsukimas ranka ar virve;

2. papildomos apvijos, sujungtos paleidimo metu dėl ohminio, talpinio ar indukcinio pasipriešinimo, naudojimas;

3. padalijimas trumpai sujungtu statoriaus magnetinės grandinės magnetiniu ritiniu.

Pirmasis metodas buvo naudojamas pradiniame tobulinime ir nebuvo pradėtas taikyti ateityje dėl galimo sužalojimų pavojaus paleidžiant, nors tam nereikia prijungti papildomų grandinių.

Fazinio poslinkio apvijos taikymas statoriuje

Norint suteikti pradinį rotoriaus sukimąsi prie statoriaus apvijos, paleidimo metu yra prijungtas papildomas pagalbinis, tačiau pasviręs tik 90 laipsnių kampu. Tai atliekama storesne viela, kad būtų galima praleisti daugiau srovių, nei tekėti darbinėje.

Tokio variklio prijungimo schema parodyta paveikslėlyje dešinėje.

Čia įjungimui naudojamas PNVS tipo mygtukas, kuris buvo specialiai sukurtas tokiems varikliams ir buvo plačiai naudojamas eksploatuojant SSRS gaminamas skalbimo mašinas. Šis mygtukas iškart įjungia 3 kontaktus taip, kad du kraštutiniai, paspaudus ir atleidus, lieka fiksuoti įjungtoje būsenoje, o vidurinis trumpam užsidaro, o spyruoklės veikimo metu grįžta į pradinę padėtį.

Uždarius kraštutinius kontaktus galima atjungti paspaudus gretimą mygtuką Stop.

Be mygtuko jungiklio, automatiniame režime taip pat naudojami šie elementai, norint išjungti papildomą apviją:

1. Išcentriniai jungikliai;

2. diferencialinės arba srovės relės;

3. mechaniniai laikmačiai.

Norint pagerinti variklio užvedimą esant apkrovai, fazių poslinkio apvijoje naudojami papildomi elementai.

Vienfazio variklio sujungimas su variklio paleidimu

Tokioje grandinėje ohminis atsparumas nuosekliai montuojamas prie papildomos statoriaus apvijos. Tokiu atveju posūkių apvija vykdoma dvilypiu būdu, jei ritės savaiminio indukcijos koeficientas yra labai artimas nuliui.

Dėl šių dviejų būdų įgyvendinimo, kai srovės teka skirtingomis apvijomis, tarp jų įvyksta maždaug 30 laipsnių fazės poslinkis, kurio visiškai pakanka. Kampų skirtumas sukuriamas keičiant kiekvienos grandinės sudėtinį varžą.

Taikant šį metodą, vis dar galima rasti pradinę apviją, kurios mažas induktyvumas ir padidėjęs pasipriešinimas. Tam naudojama apvija su nedideliu skaičiumi nuleisto skerspjūvio vielos posūkių.

Vienfazio variklio prijungimas su kondensatoriaus užvedimu

Talpinis fazės srovės poslinkis leidžia jums sukurti trumpalaikį apvijos ryšį su serijiniu būdu sujungtu kondensatoriumi. Ši grandinė veikia tik tada, kai variklis įjungia režimą, o tada išsijungia.

Kondensatoriaus paleidimas sukuria didžiausią sukimo momentą ir didesnį galios koeficientą nei naudojant varžinio ar indukcinio paleidimo metodą. Jis gali pasiekti 45–50% nominalios vertės.

Atskirose grandinėse talpa taip pat pridedama prie darbinės apvijos grandinės, kuri yra nuolat įjungta. Dėl to apvijų srovių nuokrypiai π / 2 kampu yra didesni. Tuo pačiu metu statoriuje pastebimas maksimalių amplitudžių poslinkis, kuris velenui suteikia gerą sukimo momentą.

Dėl šios techninės technikos variklis gali generuoti daugiau galios įjungdamas. Tačiau šis metodas naudojamas tik su sunkiai užvedamomis pavaromis, pavyzdžiui, norint sukti skalbimo mašinos būgną, pripildytą skalbinių vandeniu.

Kondensatoriaus gaidukas leidžia pakeisti armatūros sukimosi kryptį. Norėdami tai padaryti, tiesiog pakeiskite pradinės arba darbinės apvijos jungties poliškumą.

Pavienio fazės variklio jungtis

Indukciniuose varikliuose, kurių maža galia yra apie 100 W, naudojamas statoriaus magnetinio srauto padalijimas dėl trumpojo jungimo vario ritės įtraukimo į magnetinės grandinės polių.

Supjaustytas į dvi dalis, toks stulpas sukuria papildomą magnetinį lauką, kuris pasislenka nuo pagrindinio kampu ir susilpnina jį ritės uždengtoje vietoje. Dėl šios priežasties sukuriamas elipsinis besisukantis laukas, formuojantis pastovios krypties sukimosi momentą.

Tokiuose dizainuose galima rasti magnetinių šuntų, pagamintų iš plieninių plokščių, kurios uždaro statoriaus polių galiukų kraštus.

Panašios konstrukcijos variklius galima rasti oro pūtimo ventiliacijos įrenginiuose. Jie neturi galimybės grįžti.