非同期モーター。スキーム、説明

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非同期モーター 交流電圧が相互に位相シフトしている少なくとも XNUMX つの巻線を有する電気機械と呼ばれます。

動作原理

非同期システムでは、機械的に静止したデバイス内に回転磁界を生成することが可能になります。交流電源に接続されたコイルは、脈動磁場、つまり値と方向が変化する磁場を生成します。

非同期モーター
米。 16.6。モーターコイルを三相電圧源に接続する

非同期モーター
米。 16.7。三相システムの電流の変化のグラフ

内径 D の円筒内に、120 つのコイルが互いに空間的に 16.6° ずらして表面に配置されます。コイルは三相電圧源に接続されています (図 16.7)。図上。 XNUMXに三相システムを形成する瞬時電流のグラフを示します。

各コイルは脈動磁場を生成します。コイルの磁場は相互に作用し、結果として生じる磁気誘導のベクトルによって特徴付けられる回転磁場を形成します。 .

図上。 16.8 に各相の磁気誘導ベクトルとその結果のベクトルを示します。、時間 t の XNUMX つの瞬間に構築されます。₁、T₂、T₃。コイルの軸の正の方向は +1、+2、+3 とマークされます。

現時点ではt=t₁ A-X コイルの電流と磁気誘導は正で最大ですが、BY コイルと CZ コイルでは同じで負です。結果として生じる磁気誘導のベクトルは、コイルの磁気誘導のベクトルの幾何学的和に等しく、コイル A-X の軸と一致します。現時点では t = t₂ コイル A ～ X および CZ に流れる電流は大きさが同じで、方向が逆です。 B 相の電流はゼロです。結果として生じる磁気誘導ベクトルは時計回りに 30°回転しました。

非同期モーター
米。 16.8。 XNUMXつの瞬間の磁気誘導のベクトル

現時点ではt=t₃ コイル A ～ X および BY の電流は大きさが等しく正であり、CZ 相の電流は最大で負であり、結果として生じる磁界のベクトルは CZ コイル軸の負の方向に位置します。交流期間中、結果として生じる磁場のベクトルは 360° 回転します。磁気誘導ベクトルの移動の線速度

どこ - AC電圧周波数; T は正弦波電流の周期です。 pg - 磁場の回転周波数または回転の同期周波数。期間 T の間、磁場はある距離を移動しますどこ

- 磁極の分割または磁極間の距離

直径Dの円柱の円周に沿ったフィールド。

回線速度そこから

ここでn₁ - 極対の数Рを伴う多極磁場の回転の同期周波数。

図に示されているコイル。 16.6、極数 2P = 2 の双極磁場を作成します。磁場の回転周波数は 3000 rpm です。 16.7 極の磁界を得るには、直径 D の円筒の中に XNUMX つのコイルを各相に XNUMX つずつ配置する必要があります。次に、式 (XNUMX) に従って、磁場は XNUMX 倍遅く回転します。₁ =1500rpm。

回転磁場を得るには XNUMX つの条件が満たされなければなりません:

条件1-少なくともXNUMXつの空間的に変位したコイルがあること。
条件 2 - 位相をずらして電流をコイルに接続します。

デザイン

誘導モーターには、ステーターと呼ばれる固定部分とローターと呼ばれる回転部分があります。ステーターには、回転磁界を生成する巻線が含まれています。かご型とフェーズローターを備えた非同期モーターがあります。巻線が短絡されたローターのスロットには、アルミニウムまたは銅の棒が配置されます。ロッドの端はアルミニウムまたは銅のリングで閉じられています。ステータとロータは電磁鋼板製で渦電流損失を低減します。相回転子には三相巻線があります (三相モーターの場合)。位相の終端は共通のノードに接続され、位相の始まりはシャフト上に配置された XNUMX つの接触リングに導かれます。固定接触ブラシはリング上に配置されます。始動加減抵抗器がブラシに接続されています。エンジンの始動後、始動加減抵抗器の抵抗は徐々にゼロまで減少します。

誘導電動機の動作原理

非同期モータの動作原理を図に示すモデルで考えます。 16.9。

ステーターの回転磁界を、同期回転周波数 u で回転する永久磁石として表します。ローターの閉じた巻線の導体に電流が誘導されます。磁石の極は時計回りに動きます。回転する磁石の上に置かれた観察者にとって、磁石は静止しており、回転子巻線の導体は反時計回りに動いているように見えます。右手の法則によって決定される回転子電流の方向は図に示されています。 16.9。

非同期モーター
米。 16.9。誘導電動機モデル

左手の法則を使用すると、ローターに作用してローターを回転させる電磁力の方向がわかります。モーターのローターは n の速度で回転します。₁ ステータフィールドの回転方向に。ローターは非同期で回転します。つまり、回転周波数 n₂ 固定子磁界の回転周波数 w よりも小さい。固定子磁界と回転子磁界の速度間の相対的な差は、滑りと呼ばれます。

界磁と回転子の速度が同じであれば、回転子への電流の誘導が停止し、その結果、電磁トルクがなくなるため、滑りをゼロにすることはできません。

電磁トルクは、反対側の制動トルクによってバランスが取られます。モータ軸の負荷が増加すると、トルクよりも制動トルクが大きくなり、滑りが増加します。その結果、ロータ巻線に誘導されるEMFと電流が増加します。トルクが増加し、制動トルクと等しくなります。ある最大値まではスリップの増加に伴ってトルクが増加しますが、その後、制動トルクがさらに増加するとトルクは急激に減少し、モーターが停止します。

停止したモーターのスリップが XNUMX に等しい場合、モーターは短絡モードにあると言われます。無負荷非同期モータ回転数n₂ 同期周波数 n にほぼ等しい₁.

無負荷のエンジンのスリップが S = 0 の場合、エンジンはアイドリング状態であると言われます。

モーターモードで動作する非同期機械のスリップは、XNUMX から XNUMX まで変化します。非同期マシンはジェネレーターモードで動作できます。これを行うには、そのローターをサードパーティ製モーターによって周波数 n のステーター磁界の回転方向に回転させる必要があります。₂ > n₁。非同期発電機のスリップ S < 0。

非同期機械は電気機械ブレーキのモードで動作できます。これを行うには、ステータ磁場の回転方向と反対の方向にロータを回転させる必要があります。このモードでは、S > 1。

原則として、非同期マシンはモーターモードで使用されます。誘導モーターは、業界で最も一般的なタイプのモーターです。非同期モーターの界磁の回転周波数は、ネットワーク周波数 f と厳密に関係しています。₁ 固定子極のペアの数。

周波数fで₁ =50Hz以下があります 速度範囲 （P-n₁、rpm）：

1 - 3000。

2 - 1500。

3 -1000;

4 - 750。

式（16.7）から次のようになります。

回転子に対する固定子場の速度はスリップ速度と呼ばれます

回転子巻線の電流周波数とEMF

ロックドローター非同期マシンは変圧器のように動作します。主磁束は固定子と固定回転子巻線に誘導 EMF E₁ とE_2K:

ここでf_m - 固定子巻線と回転子巻線に結合する主磁束の最大値。 W₁とW₂ -固定子と回転子の巻線の巻数。 - ネットワーク内の電圧周波数; に₀₁ そしてK₀₂ - 固定子巻線と回転子巻線の巻線係数。

ステータとロータの間の空隙における磁気誘導のより好ましい分布を得るために、ステータとロータの巻線は XNUMX つの極内に集中せず、ステータとロータの円周に沿って分散されます。分布巻の EMF は集中巻の EMF よりも小さくなります。この事実は、巻線の起電力の大きさを決定する式に巻線係数を導入することによって考慮されます。巻線係数の値は XNUMX よりわずかに小さくなります。回転ローターの巻線におけるEMF

稼働中の機械のローター電流

ここで、R₂ -回転子巻線のアクティブ抵抗。バツ₂ - ローター巻線の誘導抵抗、

、ここでx_2K - ブレーキローターの誘導抵抗。それから

単相モーターのステーターには XNUMX つの巻線があります。交流によって電力供給される単相巻線は、脈動磁界を生成します。このフィールドに巻線が短絡した回転子を配置してみましょう。ローターが回転しません。サードパーティ製の機械的な力でローターを任意の方向に回転させても、エンジンは安定して動作します。これは次のように説明できます。

脈動磁界は、同期周波数ｎ１で逆方向に回転し、脈動界磁磁束の振幅の半分に等しい磁束振幅を有する２つの磁界で置き換えることができる。磁場の一方は順回転と呼ばれ、もう一方は逆回転と呼ばれます。それぞれの磁界により、回転子の巻線に渦電流が誘導されます。渦電流が磁場と相互作用すると、互いに反対方向のトルクが形成されます。図上。 1は、順方向フィールドM 'のモーメント、逆方向フィールドM 'のモーメント、および滑り関数M \u16.10d M ' - M における結果として生じるモーメントMの依存関係を示しています。

非同期モーター
米。 16.10. ダイレクトフィールド、リバースフィールドのモーメントとその結果生じるスリップのモーメントの依存性

スライド軸は互いに反対方向を向いています。始動モードでは、ローターには大きさが等しく、方向が逆のトルクがかかります。第三者の力によってローターを相反磁場の方向に回転させてみましょう。過剰な（結果として）トルクが発生し、ローターが同期に近い速度まで加速します。この場合、直進磁界に対するモーターの滑りは

逆回転磁界に対するモーターのスリップ

結果として得られる特性を考慮すると、次の結論を導き出すことができます。

1出力。単相モーターには始動トルクがありません。外力を受けると回転方向に回転します。

2出力 逆回転界磁による制動作用のため、単相モータの性能は三相モータより劣ります。

始動トルクを生成するために、単相モーターには、主動作巻線に対して空間的に 90 度ずれた始動巻線が供給されます。始動巻線は、コンデンサまたはアクティブ抵抗などの位相シフト要素を介してネットワークに接続されます。

図 16.11 はモーター巻線のスイッチング回路を示しています。ここで、P は動作巻線、P は始動巻線です。移相要素 C の静電容量は、動作巻線と始動巻線の電流の位相が 90°異なるように選択されます。三相非同期モーターは、その巻線が次の図に従って接続されている場合 (図 16.12)、単相ネットワークから動作できます。

図に示す図では、 16.12、固定子巻線は星形で接続されています。 16.12、b - 三角形。容量値 C ～ 60 kW の電力あたり 1 uF。

非同期モーター
米。 16.11。単相モーターの巻線をオンにするスキーム

非同期モーター
米。 16.12. XNUMX 相の三相モーターの巻線をオンにするスキーム: a - 最初のオプション。 b - XNUMX 番目のオプション

著者: Koryakin-Chernyak S.L.

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