Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Biorąc pod uwagę fakt, że zasilanie elektryczne jest tradycyjnie realizowane poprzez dostarczanie prądu przemiennego do konsumentów, oczywiste jest pragnienie stworzenia maszyn elektrycznych działających na dostarczanej energii elektrycznej. W szczególności prąd przemienny jest aktywnie wykorzystywany w asynchronicznych silnikach elektrycznych, które są szeroko stosowane w wielu obszarach działalności człowieka. Na szczególną uwagę zasługuje silnik asynchroniczny z wirnikiem klatkowym, który z kilku powodów zajmuje silną pozycję w aplikacji.

Sekret takiej popularności tkwi przede wszystkim w prostocie projektu i niskim koszcie jego produkcji. Silniki elektryczne na zwartych wirnikach mają inne zalety, których dowiesz się z tego artykułu. Po pierwsze, rozważ cechy konstrukcyjne tego typu silników elektrycznych.

Budowa

Każdy silnik elektryczny ma dwie ważne części robocze: wirnik i stojan. Są zamknięte w ochronnej obudowie. Wentylator jest zainstalowany na wale wirnika w celu chłodzenia przewodów uzwojenia. Jest to ogólna zasada struktury wszystkich typów silników elektrycznych.

Konstrukcja stojanów rozpatrywanych silników elektrycznych nie różni się od struktury tych części w innych typach silników elektrycznych pracujących w sieciach prądu przemiennego. Rdzenie stojana przeznaczone do pracy przy napięciu trójfazowym są ułożone w okrąg pod kątem 120º. Są one instalowane na uzwojeniach izolowanego drutu miedzianego o pewnym przekroju, które są połączone trójkątem lub gwiazdą. Konstrukcja obwodu magnetycznego stojana jest sztywno zamontowana na ścianach cylindrycznego korpusu.

Struktura silnika elektrycznego jest oczywista z rysunku 1. Zwróć uwagę na konstrukcję uzwojeń bez rdzenia w zwartym wirniku.

Rys. 1. Budowa silnika asynchronicznego z wirnikiem zwarciowym

Wirnik jest nieco inny. Konstrukcja jego uzwojenia jest bardzo podobna do klatki wiewiórki. Składa się z prętów aluminiowych, których końce zamykają pierścienie zwierające. W silnikach o dużej mocy zastosowanie miedzianych prętów można postrzegać jako zwarte uzwojenia wirnika. Ten metal ma niską rezystywność, ale jest droższy niż aluminium. Ponadto miedź topi się szybciej, co nie jest pożądane, ponieważ prądy wirowe mogą silnie nagrzewać rdzeń.

Strukturalnie pręty znajdują się na górze rdzeni wirnika, które składają się ze stali transformatorowej. W produkcji wirników rdzenie są montowane na wale, a przewody uzwojenia wciskają się (wlewają) w rowki obwodu magnetycznego. Nie ma potrzeby izolowania rowków rdzenia. Rysunek 2 przedstawia zdjęcie wirnika z uzwojeniami zwarciowymi.

Rys. 2. Wirnik silnika asynchronicznego z uzwojeniami zwarciowymi

Płyty magnetyczne takich wirników nie wymagają izolacji lakieru powierzchni. Są bardzo łatwe w produkcji, co zmniejsza koszty asynchronicznych silników elektrycznych, które stanowią do 90% całkowitej liczby silników elektrycznych.

Wirnik obraca się asynchronicznie wewnątrz stojana. Między tymi częściami ustawia się minimalną odległość w postaci szczelin powietrznych. Optymalny prześwit wynosi od 0, 5 mm do 2 mm.

W zależności od liczby używanych faz, asynchroniczne silniki elektryczne można podzielić na trzy typy:

  • jedna faza;
  • dwufazowy;
  • trzy fazy.

Różnią się liczbą i położeniem uzwojeń stojana. Modele z uzwojeniami trójfazowymi charakteryzują się wysoką stabilnością przy obciążeniu nominalnym. Mają najlepsze cechy wyjściowe. Często te silniki elektryczne wykorzystują prosty schemat rozruchu.

Silniki dwufazowe mają dwa prostopadle rozmieszczone uzwojenia stojana, z których każde odbiera prąd przemienny. Są one często używane w sieciach jednofazowych - jedno uzwojenie jest podłączone bezpośrednio do fazy, a kondensator przesunięcia fazowego jest używany do zasilania drugiego. Bez tej części obrót wału asynchronicznego silnika elektrycznego nie rozpocznie się niezależnie. Ze względu na fakt, że kondensator jest integralną częścią dwufazowego silnika elektrycznego, takie silniki są również nazywane silnikami kondensatorowymi.

Przy budowie jednofazowego silnika elektrycznego stosuje się tylko jedno uzwojenie robocze. Aby rozpocząć obrót wirnika, używana jest cewka rozruchowa indukcyjności, która jest na krótko podłączona do sieci przez kondensator lub zwarta. Te silniki o małej mocy są używane jako napędy elektryczne w niektórych urządzeniach gospodarstwa domowego.

Zasada działania

Działanie silnika asynchronicznego odbywa się na podstawie prądu trójfazowego zdolnego do wytwarzania wirującego pola magnetycznego w uzwojeniach stojana. W rozważanych silnikach elektrycznych synchroniczna częstotliwość obrotu pola elektromagnetycznego jest wprost proporcjonalna do częstotliwości charakterystycznej prądu przemiennego.

Istnieje odwrotnie proporcjonalna zależność prędkości obrotowej od liczby par biegunów w uzwojeniach stojana. Biorąc pod uwagę, że przesunięcie fazowe wynosi 60º, zależność prędkości wirnika (w obr / min) można wyrazić za pomocą wzoru:

n 1 = ( f 1 * 60) / p, gdzie n 1 jest częstotliwością synchroniczną, f 1 jest częstotliwością prądu przemiennego, a p jest liczbą par biegunów.

W wyniku indukcji magnetycznej na rdzeniu wirnika pojawi się w nim emf, który z kolei powoduje pojawienie się prądu elektrycznego w zamkniętym przewodniku. Powstanie siła amperowa, pod wpływem której zamknięta pętla zacznie obracać się po polu magnetycznym. W nominalnym trybie pracy prędkość wirnika jest nieco mniejsza niż prędkość obrotowa pola magnetycznego wytwarzanego w stojanie. Gdy częstotliwości się pokrywają, strumień magnetyczny zatrzymuje się, prąd znika w uzwojeniach wirnika, w wyniku czego siła zatrzymuje się. Gdy tylko prędkość obrotowa wału opóźnia się, prądy przemienne pól magnetycznych wznawiają działanie siły amperowej.

Różnica w częstotliwości obrotu pól magnetycznych jest nazywana częstotliwością poślizgu: n s = n 1 –n 2, a względna wartość s, która charakteryzuje opóźnienie, nazywana jest poślizgiem.

s = 100% * ( n s / n 1 ) = 100% * (n 1 - n 2 ) / n 1, gdzie n s jest częstotliwością poślizgu; n 1, n 2 - częstotliwość obrotu pól magnetycznych stojana i wirnika, odpowiednio.

Aby zmniejszyć harmoniczne EMF i wygładzić pulsacje momentu obrotowego, pręty zwartych zwojów kośą trochę. Spójrz jeszcze raz na zdjęcie. 2 i zwróć uwagę na położenie prętów, które działają jak uzwojenia wirnika, względem osi obrotu.

Poślizg zależy od obciążenia mechanicznego przyłożonego do wału silnika. W asynchronicznych silnikach elektrycznych zmiana parametrów ślizgowych występuje w zakresie od 0 do 1. Ponadto w trybie biegu jałowego wirnik, który nabrał rozpędu, prawie nie opiera się aktywnie. S zbliża się do zera.

Zwiększenie obciążenia przyczynia się do zwiększenia poślizgu, który może dotrzeć do jednostki, w momencie zatrzymania silnika z powodu przeciążenia. Taki stan jest równoznaczny z trybem zwarcia i może wyłączyć urządzenie.

Względna wielkość opóźnienia odpowiadająca nominalnemu obciążeniu maszyny elektrycznej nazywana jest poślizgiem nominalnym. W przypadku silników elektrycznych o małej mocy i silników o średniej mocy wskaźnik ten zmienia się w niewielkim zakresie - od 8% do 2%. Gdy wirnik silnika jest nieruchomy, poślizg ma tendencję do 0, a podczas pracy na biegu jałowym zbliża się do 100%.

Podczas rozruchu silnika elektrycznego jego uzwojenia są obciążone, co prowadzi do gwałtownego wzrostu prądów rozruchowych. Po osiągnięciu mocy znamionowej silniki elektryczne ze zwartymi cewkami niezależnie przywracają nominalną częstotliwość wirnika.

Zwróć uwagę na krzywą momentu poślizgu przedstawioną na rys. 3

Rys. 3. Poślizg krzywą momentu obrotowego

Wraz ze wzrostem momentu obrotowego współczynnik zmienia się od 1 do 0 (patrz sekcja „obszar silnika”). Zwiększa również prędkość obrotową wału. Jeśli prędkość obrotowa wału przekroczy częstotliwość znamionową, wówczas moment obrotowy stanie się ujemny, a silnik przejdzie w tryb wytwarzania (segment „regionu generującego”). W tym trybie wirnik doświadczy oporu magnetycznego, co doprowadzi do hamowania silnika. Proces oscylacyjny będzie powtarzany do momentu ustabilizowania momentu obrotowego, a poślizg jest bliski wartości nominalnej.

Zalety i wady

Powszechne stosowanie silników asynchronicznych z wirnikami zwartymi wynika z ich niepodważalnych zalet:

  • stabilność pracy przy optymalnych obciążeniach;
  • wysoka niezawodność w działaniu;
  • niskie koszty operacyjne;
  • trwałość działania bez konserwacji;
  • stosunkowo wysoka wydajność;
  • niski koszt w porównaniu z modelami opartymi na wirnikach fazowych i innych typach silników elektrycznych.

Wśród niedociągnięć można zauważyć:

  • wysokie prądy rozruchowe;
  • wrażliwość na spadki napięcia;
  • niski współczynnik poślizgu;
  • potrzeba użycia urządzeń, takich jak przetwornice częstotliwości, rezystory rozruchowe itp., w celu poprawy charakterystyki silnika elektrycznego;
  • ED z wirnikiem klatkowym wymaga dodatkowych urządzeń sterujących przełączaniem, w przypadkach, gdy istnieje potrzeba regulacji prędkości.

Silniki elektryczne tego typu mają przyzwoitą charakterystykę mechaniczną. Pomimo niedociągnięć prowadzą one pod względem ich zastosowania.

Główne cechy techniczne

W zależności od klasy silnika jego właściwości techniczne są różne. W ramach tego artykułu zadanie zmniejszenia parametrów wszystkich istniejących klas silników nie zostało postawione. Skupimy się na opisie głównych charakterystyk technicznych silników elektrycznych klas 56 A2 - 80 B2.

W tej niewielkiej szczelinie na linii modelowej silników elektrycznych z wirnikami zwartymi można zauważyć:

Zakres mocy od 0, 18 kW (klasa 56 A2) do 2, 2 kW (klasa 80 B2).

Prąd przy maksymalnym napięciu wynosi od 0, 55 A do 5 A.

Wydajność od 66% do 83%.

Prędkość obrotowa wału dla wszystkich modeli z podanego zakresu wynosi 3000 obr / min.

Specyfikacje konkretnego silnika są wymienione w jego paszporcie.

Połączenie

Uzwojenia stojana trójfazowego ADKR można podłączyć zgodnie ze schematem „trójkąta” lub „gwiazdy”. Jednocześnie gwiazdka wymaga napięcia wyższego niż trójkąt.

Należy pamiętać, że silnik elektryczny podłączony na różne sposoby do tej samej sieci zużywa inną moc. Dlatego nie można podłączyć silnika elektrycznego, zaprojektowanego dla schematu „gwiazdy” na zasadzie trójkąta. Aby jednak zmniejszyć prądy początkowe, można przełączyć na czas rozpoczęcia kontaktów gwiazdy w trójkącie, ale wtedy moment początkowy również się zmniejszy.

Schematy okablowania wynikają z rysunku 4.

Rys. 4. Schematy połączeń

Do podłączenia trójfazowego silnika elektrycznego do jednofazowego prądu stosowane są elementy przesunięcia fazowego: kondensatory, rezystory. Przykłady takich połączeń pokazano na rysunku 5. Możesz użyć zarówno gwiazdy, jak i trójkąta.

Rys. 5. Przykłady jednofazowych połączeń sieciowych

W celu sterowania pracą silnika dodatkowe urządzenia są podłączone do obwodu elektrycznego stojana.

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Kategoria: