Asinchroninio variklio veikimo principas

Asinchroninis variklis yra kintamosios srovės elektros mašina, paverčianti elektros energiją mechanine. Asinchroninis variklis yra plačiai naudojamas įvairiose srityse, pradedant pagrindiniais buitiniais prietaisais ir baigiant sunkiąja pramone. Mašina turi tiek daug programų, kurias sunku suskaičiuoti, ir jūs galite įsivaizduoti mastą žinodami, kad beveik 30% visame pasaulyje sukurtos elektros energijos sunaudoja patys asinchroniniai varikliai. Šią nuostabią mašiną išrado puikus mokslininkas Nikola Tesla ir šis išradimas visam laikui pakeitė žmogaus civilizacijos eigą.

Štai keletas vienfazių ir trifazių asinchroninių variklių pritaikymų, kuriuos galime rasti kasdieniame gyvenime.

Vienfazių asinchroninių variklių taikymas:

• Elektriniai ventiliatoriai namuose
• Gręžimo mašinos
• Siurbliai
• Šlifuokliai
• Žaislai
• dulkių siurblys
• Išmetimo ventiliatoriai
• Kompresoriai ir skustuvai

Trifazių asinchroninių variklių taikymas:

• Mažos, vidutinės ir didelės apimties pramonės šakos.
• Keltuvai
• Kranai
• Tekinimo staklių vairavimas
• Naftos gavybos malūnai
• Robotai ginklai
• Konvejerių diržų sistema
• Sunkūs smulkintuvai

Į asinchroniniai varikliai būna įvairių dydžių ir formų, turinčių santykinius funkcijas ir elektros reitingus. Jų dydis svyruoja nuo kelių centimetrų iki kelių metrų, o galingumas - nuo 0,5 AG iki 10000 AG. Vartotojas gali pasirinkti tinkamiausią modelių vandenyną savo poreikiams patenkinti.

Ankstesniame straipsnyje jau aptarėme variklių pagrindus ir jų veikimą. Čia mes išsamiai aptarsime indukcinio variklio konstrukciją ir darbą.

Indukcinio variklio darbo principas

Norėdami suprasti asinchroninio variklio veikimo principą, pirmiausia apsvarstykime paprastą sąranką, kaip parodyta paveikslėlyje.

Čia

• Paimamos dvi vienodo dydžio geležies arba ferito šerdys, kurios atstumu pakabinamos ore.
• Ant viršutinės šerdies suvyniota emaliuota varinė viela, po kurios apačia ir du galai paimami į vieną pusę, kaip parodyta paveiksle.
• Šerdis čia veikia kaip terpė, perduodanti ir sutelkiant magnetinį srautą, kurį ritė sukuria darbo metu.

Dabar, jei du vario galus sujungsime kintamos įtampos šaltinį, turėsime kažką panašaus į žemiau.

Teigiamo AC ciklo metu:

Čia per pirmąjį pusmetį ciklo, teigiamas įtampos taške "A" bus palaipsniui eina nuo nulio iki maksimalaus ir tada grįžta į nulinę padėtį. Šiuo laikotarpiu dabartinis srautas apvijoje gali būti pateiktas kaip.

Čia

• Teigiamo kintamosios srovės šaltinio ciklo metu abiejų apvijų srovė palaipsniui didėja nuo nulio iki didžiausio, o po to palaipsniui grįžta nuo didžiausio iki nulio. Taip yra todėl, kad pagal Ohmo įstatymą laidininko srovė yra tiesiogiai proporcinga gnybto įtampai, ir mes daug kartų aptarėme tai ankstesniuose straipsniuose.
• Apvijos yra suvyniotos taip, kad srovė abiejose apvijose tekėtų ta pačia kryptimi, ir mes galime matyti tą patį, pateiktą diagramoje.

Dabar prisiminkime įstatymą, vadinamą Lenzo įstatymu, kurį studijavome anksčiau, prieš eidami į priekį. Pagal Lenzo dėsnį: „ Laidininkas, nešantis srovę, sukuria magnetą, užpildytą aplink jo paviršių“,

ir jei mes taikysime šį dėsnį aukščiau pateiktame pavyzdyje, tada magnetinė lauką sukurs kiekviena kilpa abiejose ritėse. Jei pridėsime viso ritės sukurtą magnetinį srautą, tada jis gaus nemažą vertę. Visas šis srautas pasirodys ant geležies šerdies, kai ritė buvo suvyniota ant šerdies kūno.

Patogumo dėlei, jei abiejuose galuose nubrėžtume magnetinio srauto linijas, susitelkusias ant geležies šerdies, tada turėsime kažką panašaus į žemiau.

Čia galite pamatyti magnetines linijas, susitelkiančias ant geležinių šerdžių, ir jos judėjimą per oro tarpą.

Šis srauto intensyvumas yra tiesiogiai proporcingas srovei, tekančiai ant ritinių, suvyniotų ant abiejų geležinių kūnų. Taigi teigiamo pusės ciklo metu srautas eina nuo nulio iki maksimalaus, o tada sumažėja nuo maksimalaus iki nulio. Kai teigiamas ciklas baigsis, lauko intensyvumas oro tarpe taip pat pasieks nulį, o po to turėsime neigiamą ciklą.

Neigiamo AC ciklo metu:

Šio neigiamo sinusoidinės įtampos ciklo metu teigiama įtampa taške „B“ palaipsniui pereis nuo nulio iki didžiausio ir vėl grįš į nulį. Kaip įprasta, dėl šios įtampos atsiras srovės srautas ir šios srovės srauto kryptį apvijose galime pamatyti žemiau esančiame paveikslėlyje.

Kadangi srovė yra tiesiškai proporcinga įtampai, jos dydis abiejose apvijose palaipsniui didėja nuo nulio iki didžiausio, o tada nusileidžia nuo didžiausio iki nulio.

Jei atsižvelgsime į Lenzo dėsnį, magnetinis laukas pasirodys aplink ritinius dėl srovės srauto, panašaus į teigiamo ciklo nagrinėtą atvejį. Šis laukas bus sutelktas ferito šerdžių centre, kaip parodyta paveikslėlyje. Kadangi srauto intensyvumas yra tiesiogiai proporcingas srovei, tekančiai ant ritinių, suvyniotų ant abiejų geležies kūnų, šis srautas taip pat eis nuo nulio iki maksimalaus, o po to sumažės nuo didžiausio iki nulio, atsižvelgiant į srovės dydį. Nors tai panašu į teigiamą ciklą, yra skirtumas ir tai yra magnetinio lauko linijų kryptis. Šį srauto krypties skirtumą galite stebėti diagramose.

Po jo neigiamo ciklo ateina teigiamas ciklas, po kurio seka kitas neigiamas ciklas ir jis tęsiasi taip, kol pašalinama kintamosios srovės sinusinė įtampa. Ir dėl šios sukeičiančiame įtampos ciklą, magnetinis laukas centre ant geležies branduolių nuolat keičiasi tiek dydį ir kryptį.

Apibendrindami naudodami šią sąranką,

• Mes sukūrėme magnetinio lauko koncentruotą plotą geležies šerdžių centre.
• Magnetinio lauko intensyvumas oro tarpe nuolat keičiasi tiek dydžiu, tiek kryptimi.
• Laukas atitinka kintamosios srovės sinusinės įtampos bangos formą.

Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnis

Ši iki šiol aptarta sąranka geriausiai tinka įgyvendinti Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnį. Taip yra todėl, kad nuolat kintantis magnetinis laukas yra pagrindinis ir svarbiausias elektromagnetinės indukcijos reikalavimas.

Mes čia tiriame šį dėsnį, nes indukcinis variklis veikia Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnio principu.

Dabar, norėdami ištirti elektromagnetinės indukcijos reiškinį, apsvarstykime toliau pateiktą sąranką.

• Paimamas laidininkas ir suformuoja jį į kvadratą, kurio abu galai yra trumpai sujungiami.
• Laidininko kvadrato centre yra fiksuotas metalinis strypas, kuris veikia kaip sąrankos ašis.
• Dabar laidininko kvadratas gali laisvai suktis išilgai ašies ir vadinamas rotoriumi.
• Rotorius dedamas oro tarpo centre taip, kad laidininko kilpa galėtų patirti didžiausią lauką, kurį sukuria rotoriaus ritės.

Mes žinome pagal Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnį: „ kai kintantis magnetinis laukas supjausto metalinį laidininką, tada EMF arba įtampa įsijungia į laidininką“ .

Dabar pritaikykime šį įstatymą, kad suprastume indukcinio variklio veikimą:

• Pagal šį elektromagnetinės indukcijos įstatymą, EMF turėtų būti sukeltas rotoriaus laidininke, esančiame centre, dėl kintančio magnetinio lauko, kurį jis patiria.
• Dėl šio sukelto EMF ir laidininko trumpojo jungimo srovė patenka į visą kilpą, kaip parodyta paveikslėlyje.
• Čia ateina raktas į asinchroninio variklio veikimą. Mes žinome, kad pagal Lenzo įstatymą srovės laidininkas aplink jį sukuria magnetinį lauką, kurio intensyvumas yra proporcingas srovės dydžiui.
• Kadangi dėsnis yra universalus, rotoriaus laidininko kilpa taip pat turi generuoti magnetinį lauką, nes juo srovė teka dėl elektromagnetinės indukcijos.
• Jei magnetinį lauką, kurį sukuria statoriaus apvijos ir geležies šerdies sąranka, vadinsime pagrindiniu srautu arba statoriaus srautu. Tada rotoriaus laidininko kilpos sukurtą magnetinį lauką galime vadinti rotoriaus srautu.
• Dėl sąveikos tarp pagrindinio srauto ir rotoriaus srauto jėga patiria rotorių. Ši jėga bando priešintis EMF indukcijai į rotorių, reguliuodama rotoriaus padėtį. Taigi šiuo metu mes patirsime judėjimą veleno padėtyje.
• Dabar magnetinis laukas keičiasi dėl kintamos įtampos, todėl jėga nuolat, be sustojimo, reguliuoja rotoriaus padėtį.
• Taigi rotorius nuolat sukasi dėl kintamos įtampos, todėl rotoriaus ašyje arba ašyje mes turime mechaninę galią.

Tai matėme, kaip dėl elektromagnetinės indukcijos į rotorių mes turime mechaninę išėjimą prie veleno. Taigi šios sąrangos pavadinimas vadinamas indukciniu varikliu.

Iki šiol mes diskutavome apie asinchroninio variklio veikimo principą, tačiau atminkite, kad teorija ir praktika skiriasi. Indukcinio variklio veikimui reikalinga papildoma sąranka, kurią mes aptarsime toliau.

Vienfazis asinchroninis variklis

Indukcinis variklis, veikiantis vienfaze kintama srove, vadinamas vienfaziu indukciniu varikliu.

Elektros linija, kurią galime įsigyti namuose, yra 240 V / 50 Hz kintamosios srovės vienfazė elektros linija, o „Inductions“ varikliai, kuriuos mes naudojame savo kasdieniame gyvenime, vadinami vienfaziais asinchroniniais varikliais.

Norėdami geriau suprasti vienfazio asinchroninio variklio veikimo principą, panagrinėkime vienfazio asinchroninio variklio konstrukciją.

Čia

• Mes paimsime kelis laidininkus ir pritvirtinsime juos ant laisvai besisukančio veleno, kaip parodyta paveikslėlyje.
• Mes taip pat sutrumpinsime visų laidininkų galus metaliniu žiedu, taip sukurdami daugelį anksčiau ištirtų laidininkų kilpų.
• Ši rotoriaus sąranka iš arčiau atrodo kaip voverės narvelis, todėl ji vadinama voverės narvelio indukciniu varikliu. Pažvelkime į voverės narvelio rotoriaus 3D struktūrą.

• Statorius, kuris buvo laikomas visišku geležies gabalu, iš tikrųjų yra plonų geležinių lakštų grupė, sukrauta kartu. Jie taip glaudžiai susispaudę, tarp jų tiesiogine prasme nebus oro. Mes naudojame geležies lakštų šūsnį, o ne vieną geležies gabalą, dėl tos pačios priežasties, kai mes naudojame valcuotus geležies lakštus galios transformatoriaus, kuris yra skirtas sumažinti geležies nuostolius, atveju. Naudodami krovimo būdą, mes žymiai sumažinsime energijos nuostolius, išlaikydami tą patį.

Šios sąrankos veikimas yra panašus į nustatymą, naudojamą paaiškinant asinchroninio variklio veikimo principą.

• Pirma, mes pateiksime kintamą įtampą ir dėl šios įtampos srovė teka per statoriaus apvijos žaizdą tiek viršutiniame, tiek apatiniame segmentuose.
• Dėl srovės tiek viršutinėje, tiek apatinėje apvijose susidaro magnetinis laukas.
• Didžioji dalis geležinių lakštų veikia kaip pagrindinė terpė, perduodanti ritinių sukurtą magnetinį lauką.
• Šis kintamasis geležies šerdies nešamas magnetinis laukas sutelktas ties centriniu oro tarpu dėl tyčinio konstrukcinio projekto.
• Kadangi rotorius dedamas į šį oro tarpą, ant rotoriaus pritvirtinti trumpieji laidininkai taip pat patiria šį kintamą lauką.
• Dėl lauko rotoriaus laidininkuose atsiranda srovė.
• Kadangi srovė eina per rotoriaus laidininkus, aplink rotorių susidaro ir magnetinis laukas.
• Sąveikaujant sukuriamam rotoriaus magnetiniam laukui ir statoriaus magnetiniam laukui, rotorius patiria jėgą.
• Ši jėga rotorių juda išilgai ašies, taigi turėsime sukamąjį judėjimą.
• Kadangi įtampa nuolat keičiasi sinusine įtampa, rotorius taip pat nuolat sukasi išilgai savo ašies. Tokiu būdu mes turėsime nenutrūkstamą mechaninį išėjimą tam tikrai vienos fazės įėjimo įtampai.

Nors mes darėme prielaidą, kad rotorius pasisuks automatiškai, kai vienfaziam varikliui bus suteikta galia, taip nėra. Kadangi vienfazio asinchroninio variklio sukurtas laukas yra kintamasis, o ne besisukantis magnetinis laukas. Taigi variklio paleidimo metu rotorius užsiblokuoja savo padėtyje, nes jėga, kurią patiria dėl apatinės ritės ir viršutinės ritės, bus tokio paties dydžio ir priešinga kryptimi. Taigi pradžioje rotoriaus naudinga jėga yra lygi nuliui. Norėdami to išvengti, indukciniam varikliui naudosime pagalbinę apviją, kad jis būtų savaime įsijungiantis variklis. Ši pagalbinė apvija suteiks reikiamą lauką, kad rotorius judėtų pradžioje. Šio atvejo pavyzdys yra elektrinis ventiliatorius, kurį matome kasdieniame gyvenime,kuris yra kondensatoriaus paleidimas ir veikia asinchroninis variklis su pagalbine apvija, nuosekliai sujungta su kondensatoriumi.

Trifazis asinchroninis variklis

Indukcinis variklis, veikiantis trifazę kintamą elektros energiją, vadinamas trifaziu indukciniu varikliu. Paprastai trifaziai asinchroniniai varikliai naudojami pramonėje ir nėra tinkami naudoti namuose.

Pramonėms skirta elektros linija yra 400 V / 50 Hz Trifazė keturių linijų kintamosios srovės įtampa, o indukciniai varikliai, dirbantys prie šio tiekimo pramonėje, vadinami trifaziais indukciniais varikliais.

Norėdami geriau suprasti trifazio asinchroninio variklio veikimo principą, pažvelkime į trifazio asinchroninio variklio konstrukciją.

Čia

• A etapas apvija prasideda nuo viršutinio segmento, po kurio eina apatinis segmentas, kaip parodyta paveikslėlyje.
• Kalbant apie du fazės galus, apvija yra sujungta su trifazio maitinimo šaltinio A fazės elektros linija, o kitas galas yra prijungtas prie tų pačių trijų fazių keturių linijų maitinimo šaltinio neutralaus. Tai įmanoma, nes trifaziame keturių linijų maitinimo šaltinyje mes turime tris pirmąsias linijas, turinčias tris linijų įtampas, o ketvirtoji linija yra neutrali.
• Kitos dviejų fazių apvijos laikosi to paties modelio, kaip ir A fazė. Dviejuose B fazės apvijos galuose vienas yra prijungtas prie trifazio maitinimo šaltinio B fazės elektros linijos, o kitas galas yra prijungtas prie tų pačių trijų fazių neutralaus keturių linijų maitinimas.
• Rotoriaus struktūra yra panaši į voverės narvelį ir yra to paties tipo rotoriaus, kuris naudojamas vienfaziame asinchroniniame variklyje.

Dabar, jei mes tiekiame elektros energiją trifazėms statoriaus apvijoms, srovė pradeda tekėti visomis trimis apvijomis. Dėl šio srovės srauto ritės generuos magnetinį lauką ir šis laukas tekės per mažesnį magnetinės varžos kelią, kurį suteikia laminuota šerdis. Čia variklio struktūra yra suprojektuota taip, kad šerdies nešamas magnetinis laukas sutelktas į oro tarpą centre, kuriame yra rotorius. Taigi magnetinis laukas, sutelktas šerdies ties vidurio tarpu, daro įtaką rotoriaus laidininkams, sukeldamas juose srovę.

Esant laidininko srovei, rotorius taip pat sukuria magnetinį lauką, kuris bet kuriuo metu sąveikauja su statoriaus lauku. Dėl šios sąveikos rotorius patiria jėgą, kuri lemia variklio sukimąsi.

Čia statoriaus sukurtas magnetinis laukas yra besisukančio tipo dėl trifazės galios, skirtingai nuo kintamojo tipo, kurį aptarėme vienfaziame variklyje. Dėl šio besisukančio magnetinio lauko rotorius pradeda suktis pats, net jei nėra pradinio stūmimo. Tai daro trijų fazių variklį savaime įsijungiančiu tipu ir mums nereikia jokių papildomų šio tipo variklių apvijų.