Τι είναι ένας επαγωγικός κινητήρας και πώς λειτουργεί

Ο επαγωγικός κινητήρας είναι απλός και αξιόπιστος και γι 'αυτό χρησιμοποιείται πολύ συχνά στην παραγωγή και στις οικιακές συσκευές, από τη βαλβίδα έως την περιστροφή του τυμπάνου στο πλυντήριο. Σε αυτό το άρθρο θα σας πούμε με απλά λόγια για το τι είναι ασύγχρονοι ηλεκτρικοί κινητήρες, τι είναι και πώς λειτουργεί αυτός ο τύπος ηλεκτρικών μηχανών.

Προβολές

Οι επαγωγικοί κινητήρες (AM) χωρίζονται σε δύο κύριες ομάδες:

• ρότορα κλουβιού σκίουρου
• με ρότορα φάσης.

Εάν παραλείψουμε τις αποχρώσεις, η διαφορά είναι ότι ο κινητήρας του στροφείου κλουβιού σκιούρου δεν έχει βούρτσες και έντονες περιελίξεις, είναι λιγότερο απαιτητικός στη συντήρηση. Ενώ στους ασύγχρονους κινητήρες με ρότορα φάσης υπάρχουν τρεις περιελίξεις συνδεδεμένες με δακτυλίους ολίσθησης, το ρεύμα από το οποίο αφαιρείται με βούρτσες. Σε αντίθεση με το προηγούμενο, είναι καλύτερο να ελέγχετε τη ροπή στον άξονα και είναι πιο εύκολο να πραγματοποιήσετε μια ομαλή έναρξη για τη μείωση των εισροών ρεύματος.

Οι υπόλοιποι κινητήρες ταξινομούν:

• από τον αριθμό των φάσεων εφοδιασμού - μονοφασικό και διφασικό (χρησιμοποιείται στην καθημερινή ζωή όταν τροφοδοτείται από δίκτυο 220V) και τριφασικό (χρησιμοποιείται ευρύτερα στην παραγωγή και στα εργαστήρια).
• μέσω στερέωσης - φλάντζας ή στα πόδια.
• κατά τρόπο λειτουργίας - για μια μακροπρόθεσμη, βραχυπρόθεσμη ή επανειλημμένα βραχυπρόθεσμη λειτουργία.

Και ένας αριθμός άλλων παραγόντων που επηρεάζουν την επιλογή ενός συγκεκριμένου προϊόντος για χρήση σε συγκεκριμένες συνθήκες.

Πολλά μπορούν να ειπωθούν για τους μονοφασικούς ηλεκτρικούς κινητήρες: μερικοί από αυτούς εκτοξεύονται μέσω πυκνωτή και μερικοί απαιτούν ικανότητα εκκίνησης και λειτουργίας. Υπάρχουν επίσης επιλογές με βραχυκύκλωμα, που λειτουργούν χωρίς πυκνωτή και χρησιμοποιούνται, για παράδειγμα, σε κουκούλες. Εάν σας ενδιαφέρει, γράψτε στα σχόλια και θα γράψουμε ένα άρθρο για αυτό.

Συσκευή

Εξ ορισμού, το «ασύγχρονο» αναφέρεται σε έναν κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος στον οποίο ο ρότορας περιστρέφεται πιο αργά από το μαγνητικό πεδίο του στάτορα, δηλαδή, ασύγχρονα. Αλλά αυτός ο ορισμός δεν είναι πολύ ενημερωτικός. Για να το καταλάβετε, πρέπει να καταλάβετε πώς έχει σχεδιαστεί αυτός ο κινητήρας.

Ένας επαγωγικός κινητήρας, όπως κάθε άλλος, αποτελείται από δύο κύρια μέρη - ρότορα και στάτορα. «Για ανδρείκελα» στα ηλεκτρικά αποκρυπτογραφούμε:

• Ο στάτορας ονομάζεται σταθερό μέρος οποιασδήποτε γεννήτριας ή ηλεκτρικού κινητήρα.
• Ο ρότορας ονομάζεται περιστρεφόμενο μέρος του κινητήρα, ο οποίος οδηγεί τους μηχανισμούς.

Ο στάτορας αποτελείται από ένα περίβλημα, τα άκρα του οποίου είναι κλειστά με προστατευτικά ρουλεμάν στα οποία είναι εγκατεστημένα τα έδρανα. Ανάλογα με το σκοπό και την ισχύ του κινητήρα, χρησιμοποιούνται συρόμενα ή κυλινδρικά έδρανα. Ο πυρήνας βρίσκεται στη θήκη, εγκαθίσταται ένα τύλιγμα. Ονομάζεται τύλιγμα στάτορα.

Δεδομένου ότι το ρεύμα εναλλάσσεται για τη μείωση των απωλειών λόγω αδέσποτων ρευμάτων (Ρεύματα Foucault) ο πυρήνας του στάτορα αντλείται από λεπτές χαλύβδινες πλάκες που απομονώνονται μεταξύ τους κατά κλίμακα και συνδέεται με βερνίκι.Παρέχεται τάση τροφοδοσίας στις περιελίξεις του στάτορα, το ρεύμα που ρέει σε αυτές ονομάζεται ρεύμα στάτορα.

Ο αριθμός των περιελίξεων εξαρτάται από τον αριθμό των φάσεων τροφοδοσίας και τον σχεδιασμό του κινητήρα. Έτσι, ένας τριφασικός κινητήρας έχει τουλάχιστον τρεις περιελίξεις συνδεδεμένες με ένα κύκλωμα αστεριών ή τριγώνων. Ο αριθμός τους μπορεί να είναι μεγαλύτερος και επηρεάζει την ταχύτητα περιστροφής του άξονα, αλλά θα το συζητήσουμε αργότερα.

Αλλά με το ρότορα, τα πράγματα είναι πιο ενδιαφέροντα, όπως ήδη αναφέρθηκε, μπορεί να είναι είτε βραχυκύκλωμα ή φάση.

Ένας ρότορας κλουβιού σκιούρου είναι ένα σετ μεταλλικών ράβδων (συνήθως αλουμινίου ή χαλκού), στο παραπάνω σχήμα υποδεικνύονται με τον αριθμό 2, συγκολλημένα ή γεμισμένα στον πυρήνα (1), κλειστά με δακτυλίους (3). Αυτός ο σχεδιασμός μοιάζει με έναν τροχό στον οποίο τρέχουν τα εξημερωμένα τρωκτικά, γι 'αυτό ονομάζεται συχνά «σκίουρος κλουβί» ή «σκίουρος τροχός» και αυτό το όνομα δεν είναι αργό, αλλά αρκετά λογοτεχνικό. Για τη μείωση των υψηλότερων αρμονικών του EMF και του παλμού του μαγνητικού πεδίου, οι ράβδοι δεν τοποθετούνται κατά μήκος του άξονα, αλλά σε μια συγκεκριμένη γωνία σε σχέση με τον άξονα περιστροφής.

Ο ρότορας φάσης διαφέρει από τον προηγούμενο, καθώς έχει ήδη τρεις περιελίξεις, όπως στον στάτορα. Η αρχή των περιελίξεων συνδέεται με τους δακτυλίους, συνήθως χαλκού, πιέζεται στον άξονα του κινητήρα. Αργότερα θα εξηγήσουμε εν συντομία γιατί χρειάζονται.

Και στις δύο περιπτώσεις, ένα από τα άκρα του άξονα συνδέεται με έναν μηχανισμό που κινείται από κίνηση, έχει κωνικό ή κυλινδρικό σχήμα με ή χωρίς αυλακώσεις για την εγκατάσταση μιας φλάντζας, τροχαλίας και άλλων μηχανικών τμημάτων κίνησης.

Μια πτερωτή στερεώνεται στο «πίσω» μέρος του άξονα, το οποίο είναι απαραίτητο για την εμφύσηση και την ψύξη · ένα περίβλημα τοποθετείται στο περίβλημα πάνω από την πτερωτή. Έτσι, ο κρύος αέρας κατευθύνεται κατά μήκος των άκρων του κινητήρα επαγωγής, εάν για κάποιο λόγο αυτή η πτερωτή δεν περιστρέφεται, θα υπερθερμανθεί.

Ο σχεδιασμός του πρώτου επαγωγικού κινητήρα αναπτύχθηκε από την M.O. Ο Dolivo-Dobrovolsky και το κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1889. Χωρίς αλλαγές, έχει επιβιώσει μέχρι σήμερα.

Αρχή εργασίας

Οι ασύγχρονες ηλεκτρικές μηχανές ονομάζονται συχνά επαγωγή, αυτό οφείλεται στην αρχή της λειτουργίας τους. Οποιοσδήποτε ηλεκτρικός κινητήρας κινείται σε περιστροφή ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης των μαγνητικών πεδίων του ρότορα και του στάτη, καθώς και λόγω της δύναμης Ampere. Ένα μαγνητικό πεδίο, με τη σειρά του, μπορεί να υπάρχει είτε γύρω από έναν μόνιμο μαγνήτη, είτε γύρω από έναν αγωγό μέσω του οποίου ρέει το ρεύμα. Αλλά πώς ακριβώς λειτουργεί μια ασύγχρονη μηχανή;

Σε έναν επαγωγικό κινητήρα, σε αντίθεση με άλλους, δεν υπάρχει καθόλου διέγερση διέγερσης, ενώ έχει μαγνητικό πεδίο; Η απάντηση είναι απλή: ένας επαγωγικός κινητήρας είναι ένας μετασχηματιστής.

Εξετάστε την αρχή της λειτουργίας του στο παράδειγμα μιας τριφασικής μηχανής, καθώς αυτές που βρίσκονται πιο συχνά από άλλες.

Στο παρακάτω σχήμα βλέπετε τη θέση των περιελίξεων στον πυρήνα του στάτη ενός τριφασικού ασύγχρονου κινητήρα.

Ως αποτέλεσμα της ροής ενός τριφασικού ρεύματος, ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο εμφανίζεται στις περιελίξεις του στάτη. Λόγω της μετατόπισης φάσης, το ρεύμα ρέει είτε το ένα είτε το άλλο τύλιγμα, σύμφωνα με αυτό υπάρχει ένα μαγνητικό πεδίο, οι πόλοι του οποίου κατευθύνονται σύμφωνα με τον κανόνα του δεξιού χεριού. Και σύμφωνα με την αλλαγή ρεύματος σε ένα ή το άλλο τύλιγμα, οι πόλοι στέλνονται στην αντίστοιχη κατεύθυνση. Όπως δείχνει το ακόλουθο κινούμενο σχέδιο:

Στην απλούστερη (διπολική) περίπτωση, οι περιελίξεις στοιβάζονται με τέτοιο τρόπο ώστε καθένας από αυτούς να αντισταθμίζεται κατά 120 μοίρες σε σχέση με τον προηγούμενο, όπως και η γωνία φάσης της τάσης στο δίκτυο AC.

Η ταχύτητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου στάτορα ονομάζεται σύγχρονη. Μάθετε περισσότερα για το πώς περιστρέφεται και γιατί θα μάθετε από το επόμενο βίντεο. Σημειώστε ότι σε διφασικούς (πυκνωτές) και μονοφασικούς κινητήρες - δεν περιστρέφεται, αλλά ελλειπτικός ή παλλόμενος, και οι περιελίξεις δεν είναι 3, αλλά 2.

Εάν θεωρήσουμε έναν ασύγχρονο ηλεκτρικό κινητήρα με έναν ρότορα κλωβού σκίουρου, το μαγνητικό πεδίο του στάτη προκαλεί ένα EMF στις ράβδους του, αφού είναι κλειστά, τότε ρέει ρεύμα.Εξαιτίας αυτού, εμφανίζεται επίσης ένα μαγνητικό πεδίο.

Ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης δύο πεδίων και Αμπέρ δύναμηενεργώντας στον ρότορα, αρχίζει να περιστρέφεται μετά το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτη, αλλά είναι πάντα ελαφρώς πίσω από την ταχύτητα περιστροφής του στάτη MP, αυτή η υστέρηση ονομάζεται ολίσθηση.

Εάν η ταχύτητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου ονομάζεται σύγχρονη, τότε η ταχύτητα περιστροφής του ρότορα είναι ήδη ασύγχρονη, από την οποία έλαβε αυτό το όνομα.

Στην AD με έναν ρότορα φάσης, τα πράγματα είναι παρόμοια, εκτός από το ότι ένας ρεοστάτης συνδέεται με τους δακτυλίους του, οι οποίοι, αφού ο κινητήρας εισέλθει στον τρόπο λειτουργίας, αφαιρείται από το κύκλωμα και οι περιελίξεις βραχυκυκλώνονται. Αυτό φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα, αλλά αντί για ρεοστάτη, χρησιμοποιούνται σταθερές αντιστάσεις, συνδέονται ή απομακρύνονται από τους επαγωγείς KM3, KM2, KM1.

Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει την ομαλή εκκίνηση και τη μείωση των ρευμάτων εισόδου, αυξάνοντας την ενεργή ηλεκτρική αντίσταση του ρότορα.

Συνοψίζοντας:

1. Το ρεύμα στις περιελίξεις του στάτη παράγει ένα μαγνητικό πεδίο.
2. Το μαγνητικό πεδίο οδηγεί σε ρεύμα στον ρότορα.
3. Το ρεύμα στο ρότορα οδηγεί στην εμφάνιση ενός πεδίου γύρω από αυτό.
4. Δεδομένου ότι το πεδίο στάτορα περιστρέφεται, λόγω του πεδίου του, ο ρότορας αρχίζει να περιστρέφεται πίσω από αυτό.

Ταχύτητα ολίσθησης και περιστροφής

Η συχνότητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου στάτορα (n1) είναι μεγαλύτερη από τη συχνότητα περιστροφής του ρότορα (n2). Η διαφορά μεταξύ τους ονομάζεται ολίσθηση και δηλώνεται με το λατινικό γράμμα S και υπολογίζεται από τον τύπο:

S = (n1-n2) * 100% / n1

Η ολίσθηση δεν αποτελεί μειονέκτημα αυτού του ηλεκτρικού κινητήρα, επειδή εάν ο άξονας του περιστραφεί με την ίδια συχνότητα με το μαγνητικό πεδίο στάτορα (συγχρονισμένα), τότε δεν θα προκαλείται ρεύμα στις ράβδους του και απλά δεν θα περιστρέφεται.

Τώρα για μια πιο σημαντική ιδέα - η ταχύτητα περιστροφής του ρότορα ενός επαγωγικού κινητήρα. Εξαρτάται από 3 τιμές:

• συχνότητα τάσης τροφοδοσίας (f)
• τον αριθμό ζευγών μαγνητικών πόλων (p) ·
• ολίσθηση (S).

Ο αριθμός ζευγών μαγνητικών πόλων καθορίζει τη σύγχρονη ταχύτητα περιστροφής του πεδίου και εξαρτάται από τον αριθμό των περιελίξεων στάτορα. Η ολίσθηση εξαρτάται από το φορτίο και το σχεδιασμό ενός συγκεκριμένου ηλεκτρικού κινητήρα και βρίσκεται στο εύρος 3-10%, δηλαδή, η ασύγχρονη ταχύτητα είναι πολύ ελαφρώς μικρότερη από τη σύγχρονη. Λοιπόν, η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος καθορίζεται στα 50 Hz.

Επομένως, η ταχύτητα περιστροφής του άξονα ενός κινητήρα επαγωγής είναι δύσκολο να ρυθμιστεί, μπορείτε να επηρεάσετε μόνο τη συχνότητα του ηλεκτρικού δικτύου, δηλαδή ρυθμίζοντας μετατροπέας συχνότητας. Είναι δυνατή η μείωση της τάσης του στάτη, αλλά στη συνέχεια η ισχύς στον άξονα μειώνεται, ωστόσο, μια τέτοια τεχνική χρησιμοποιείται κατά την εκκίνηση του AM με εναλλαγή των περιελίξεων από αστέρι στο δέλτα για τη μείωση των εισροών εισροής.

Η συχνότητα περιστροφής του πεδίου στάτορα (σύγχρονη ταχύτητα) καθορίζεται από τον τύπο:

n = 60 * f / σελ

Έτσι, σε έναν κινητήρα με ένα ζεύγος μαγνητικών πόλων (δύο πόλους), η σύγχρονη ταχύτητα είναι:

60 * 50/1 = 3000 σ.α.λ.

Οι πιο συνηθισμένες επιλογές για ηλεκτρικούς κινητήρες με:

• ένα ζεύγος πόλων (3000 σ.α.λ.)
• δύο (1500 σ.α.λ.)
• τρεις (1000 σ.α.λ.)
• τέσσερα (750 rpm).

Η πραγματική ταχύτητα του ρότορα θα είναι ελαφρώς χαμηλότερη, σε έναν πραγματικό κινητήρα επαγωγής υποδεικνύεται στην πινακίδα, για παράδειγμα, εδώ - 2730 σ.α.λ. Παρ 'όλα αυτά, οι άνθρωποι θα καλέσουν έναν τέτοιο ασύγχρονο κινητήρα σύμφωνα με τη σύγχρονη ταχύτητα ή απλά «τρεις χιλιάδες μέτρα».

Τότε το δελτίο ισούται με:

3000-2730*100%/3000=9%

Πεδίο εφαρμογής

Ο ασύγχρονος ηλεκτρικός κινητήρας έχει βρει εφαρμογή σε όλους τους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας. Εκείνα που τροφοδοτούνται από μία φάση (από 220V) βρίσκονται σε ενεργοποιητές χαμηλής ισχύος ή σε οικιακές συσκευές και εργαλεία, για παράδειγμα:

• σε πλυντήριο ρούχων τύπου "baby" και άλλα παλιά σοβιετικά μοντέλα.
• σε μπετονιέρα?
• στον ανεμιστήρα?
• στην κουκούλα
• και ακόμη και σε χλοοκοπτικά του τμήματος ανώτερων τιμών.

Στην παραγωγή σε τριφασικά δίκτυα:

• αυτόματες βαλβίδες πυλών
• μηχανισμοί ανύψωσης (γερανοί και βαρούλκα) ·
• εξαερισμός
• συμπιεστές
• Αντλίες
• μηχανές επεξεργασίας ξύλου και μετάλλων και άλλα.

Το AD χρησιμοποιείται επίσης σε ηλεκτρικά οχήματα και πρόσφατα ο ασύγχρονος κινητήρας με τύλιγμα τύπου Slavyanka και ο λεγόμενος κινητήρας Duyunov διαφημίζονται ενεργά στο Διαδίκτυο, το οποίο μπορείτε να μάθετε από το βίντεο του προγραμματιστή.

Το εύρος των ασύγχρονων κινητήρων είναι τόσο μεγάλο που η λίστα από μόνη της θα είναι μεγαλύτερη από αυτό το άρθρο, οπότε κάθε ηλεκτρολόγος πρέπει να γνωρίζει πώς είναι διατεταγμένο, τι χρησιμεύει και πού χρησιμοποιείται. Για να συνοψίσετε και να απαριθμήσετε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτών των συσκευών.

Πλεονεκτήματα:

1. Απλή κατασκευή.
2. Χαμηλό κόστος
3. Σχεδόν καμία συντήρηση.

Το κύριο μειονέκτημα είναι η δυσκολία ρύθμισης της ταχύτητας σε σύγκριση με τους ίδιους κινητήρες DC ή μηχανές συλλογής γενικής χρήσης. Κατά συνέπεια, είναι δύσκολο να οργανωθεί ομαλή εκκίνηση μεγάλων μηχανημάτων, και πιο συχνά αυτό γίνεται χρησιμοποιώντας έναν ακριβό μετατροπέα συχνότητας.

Εδώ τελειώνουμε με την εξέταση των επαγωγικών κινητήρων και του πεδίου εφαρμογής τους. Ελπίζουμε ότι αφού διαβάσετε το άρθρο θα καταλάβετε τι είναι και πώς λειτουργεί αυτή η ηλεκτρική μηχανή!

Σχετικά υλικά:

• Πώς να επιλέξετε έναν μετατροπέα συχνότητας για ισχύ και ρεύμα
• Η διαφορά μεταξύ AC και DC
• Τάση φάσης και γραμμής