Rotační magnetické pole asynchronního stroje (pro neelektrikáře). Asynchronní motor

Jedním z nejběžnějších elektromotorů, který se používá ve většině elektrických pohonných zařízení, je asynchronní motor. Tento motor se nazývá asynchronní (nesynchronní) z toho důvodu, že se jeho rotor otáčí nižší rychlostí než u synchronního motoru, vzhledem k rychlosti otáčení vektoru magnetického pole.

Je potřeba vysvětlit, co je to synchronní rychlost.

Synchronní rychlost je rychlost, kterou se magnetické pole otáčí v rotačním stroji, přesněji řečeno je to úhlová rychlost otáčení vektoru magnetického pole. Rychlost rotace pole závisí na frekvenci protékajícího proudu a počtu pólů stroje.

Asynchronní motor vždy pracuje s rychlostí nižší, než je rychlost synchronního otáčení, protože magnetické pole, které je tvořeno vinutím statoru, bude generovat protimagnetický tok v rotoru. Interakce tohoto generovaného protimagnetického toku s magnetickým tokem statoru způsobí, že se rotor začne otáčet. Protože magnetický tok v rotoru bude zaostávat, rotor nikdy nebude schopen samostatně dosáhnout synchronní rychlosti, tedy stejné rychlosti, jakou se otáčí vektor magnetického pole statoru.

Existují dva hlavní typy indukčních motorů, které jsou určeny typem dodávané energie. Tento:

• jednofázový asynchronní motor;
• třífázový asynchronní motor.

Je třeba poznamenat, že jednofázový asynchronní motor není schopen samostatného rozběhového pohybu (rotace). Aby se začal otáčet, je nutné vytvořit nějaké posunutí z rovnovážné polohy. Toho je dosaženo různými způsoby, pomocí přídavných vinutí, kondenzátorů a spínání v době spouštění. Na rozdíl od jednofázového asynchronního motoru je třífázový motor schopen spustit nezávislý pohyb (rotaci) bez jakýchkoli změn konstrukce nebo podmínek spouštění.

Indukční motory se konstrukčně liší od stejnosměrných (DC) motorů v tom, že energie je dodávána do statoru, na rozdíl od stejnosměrného motoru, ve kterém je energie přiváděna do kotvy (rotoru) prostřednictvím kartáčového mechanismu.

Princip činnosti asynchronního motoru

Přivedením napětí pouze na vinutí statoru začne pracovat asynchronní motor. Zajímá vás, jak to funguje, proč se to děje? To je velmi jednoduché, pokud rozumíte tomu, jak dochází k indukčnímu procesu, když je v rotoru indukováno magnetické pole. Například u stejnosměrných strojů musíte samostatně vytvořit magnetické pole v kotvě (rotoru) nikoli indukcí, ale pomocí kartáčů.

Když přivedeme napětí na vinutí statoru, začne jimi procházet elektrický proud, který kolem vinutí vytvoří magnetické pole. Dále z mnoha vinutí, která jsou umístěna na magnetickém obvodu statoru, se vytváří společné magnetické pole statoru. Toto magnetické pole je charakterizováno magnetickým tokem, jehož velikost se v čase mění, navíc se směr magnetického toku v prostoru mění, respektive rotuje. V důsledku toho se ukazuje, že vektor magnetického toku statoru se otáčí jako roztočený popruh s kamenem.

Plně v souladu s Faradayovým zákonem elektromagnetické indukce v rotoru, který má vinutí nakrátko (rotor nakrátko). V tomto vinutí rotoru bude protékat indukovaný elektrický proud, protože obvod je uzavřen a je v režimu zkratu. Tento proud, stejně jako napájecí proud ve statoru, vytvoří magnetické pole. Rotor motoru se stává magnetem uvnitř statoru, který má magnetické točivé pole. Obě magnetická pole ze statoru a rotoru začnou interagovat a budou se řídit fyzikálními zákony.

Protože je stator nehybný a jeho magnetické pole se otáčí v prostoru a v rotoru se indukuje proud, který z něj vlastně dělá permanentní magnet, pohyblivý rotor se začne otáčet, protože magnetické pole statoru ho začne tlačit a táhnout. spolu s tím. Zdá se, že rotor je v záběru s magnetickým polem statoru. Můžeme říci, že rotor má tendenci se otáčet synchronně s magnetickým polem statoru, ale to je pro něj nedosažitelné, neboť v okamžiku synchronizace se magnetická pole vzájemně ruší, což vede k asynchronnímu chodu. Jinými slovy, když asynchronní motor pracuje, rotor klouže v magnetickém poli statoru.

Posouvání může být buď zpožděné, nebo pokročilé. Dojde-li ke zpoždění, pak máme motorický režim provozu, kdy se elektrická energie přeměňuje na mechanickou energii, dojde-li ke skluzu při pohybu rotoru, pak máme generátorový režim, kdy se mechanická energie přeměňuje na elektrickou energii.

Točivý moment vznikající na rotoru závisí na frekvenci napájení statoru střídavým proudem a také na velikosti napájecího napětí. Změnou frekvence proudu a velikosti napětí můžete ovlivnit točivý moment rotoru a tím řídit činnost asynchronního motoru. To platí pro jednofázové i třífázové asynchronní motory.

Typy asynchronních motorů

Jednofázový asynchronní motor je rozdělen do následujících typů:

• Se samostatným vinutím (split-fázový motor);
• Se startovacím kondenzátorem (Capacitor start motor);
• Se spouštěcím kondenzátorem a provozním kondenzátorem (indukční motor pro spuštění kondenzátoru);
• S posunutým pólem (motor se stíněným pólem).

Třífázový asynchronní motor je rozdělen do následujících typů:

• S indukčním motorem s veverkovou klecí;
• Se sběracími kroužky, vinutým rotorem (indukční motor se sběracími kroužky);

Jak bylo uvedeno výše, jednofázový asynchronní motor se nemůže sám od sebe pohybovat (rotovat). Co je třeba chápat pod pojmem nezávislost? To je okamžik, kdy stroj začne pracovat automaticky bez jakéhokoli vlivu vnějšího prostředí. Když zapneme domácí elektrospotřebič, například ventilátor, začne fungovat okamžitě po stisknutí tlačítka. Je třeba poznamenat, že v každodenním životě se používá jednofázový asynchronní motor, například motor ve ventilátoru. Jak k takovému nezávislému startu dochází, pokud bylo výše řečeno, že tento typ motoru to neumožňuje? Abyste tomuto problému porozuměli, musíte si prostudovat metody spouštění jednofázových motorů.

Proč se třífázový asynchronní motor samospouští?

V třífázovém systému má každá fáze vzhledem k ostatním dvěma úhel 120 stupňů. Všechny tři fáze jsou tedy rovnoměrně rozmístěny v kruhu, kruh má 360 stupňů, což je třikrát 120 stupňů (120+120+120=360).

Uvažujeme-li tři fáze, A, B, C, pak si všimneme, že pouze jedna z nich bude mít v počátečním okamžiku maximální hodnotu okamžité hodnoty napětí. Druhá fáze zvýší svou hodnotu napětí po první a třetí fáze bude následovat po druhé. Máme tedy řád střídání fází A-B-C, jak jejich hodnota roste, a další řád je možný v řádu klesajícího napětí C-B-A. I když alternaci napíšete jinak, například místo A-B-C napíšete B-C-A, alternace zůstane stejná, jelikož alternační řetězec v libovolném pořadí tvoří začarovaný kruh.

Jak se bude otáčet rotor asynchronního třífázového motoru? Protože je rotor unášen magnetickým polem statoru a klouže v něm, je zcela zřejmé, že se rotor bude pohybovat ve směru vektoru magnetického pole statoru. Jakým směrem se bude magnetické pole statoru otáčet? Vzhledem k tomu, že vinutí statoru je třífázové a všechna tři vinutí jsou na statoru umístěna rovnoměrně, bude se generované pole otáčet ve směru fázové střídání vinutí. Z toho vyvozujeme závěr. Směr otáčení rotoru závisí na sledu fází statorových vinutí. Změnou pořadí střídání fází získáme motor rotující v opačném směru. V praxi pro změnu otáčení motoru stačí prohodit libovolné dvě napájecí fáze statoru.

Proč se jednofázový asynchronní motor nezačne otáčet sám od sebe?

Z toho důvodu, že je napájen z jedné fáze. Magnetické pole jednofázového motoru pulsuje, nerotuje. Hlavním úkolem startu je vytvořit z pulzujícího pole rotující pole. Tento problém je řešen vytvořením fázového posunu v druhém statorovém vinutí pomocí kondenzátorů, tlumivek a prostorového uspořádání vinutí v konstrukci motoru.

Je třeba poznamenat, že jednofázové asynchronní motory jsou účinné při použití v přítomnosti konstantního mechanického zatížení. Pokud je zatížení menší a motor běží pod svou maximální zátěž, jeho účinnost se výrazně snižuje. To je nevýhoda jednofázového asynchronního motoru a proto se na rozdíl od třífázových strojů používají tam, kde je mechanické zatížení konstantní.

Jednoduchost technického provedení kruhového pohybu pro otáčení magnetického pole je základem pro provoz všech 3-fázových strojů, včetně elektrických generátorů a motorů.

Podmínky pro vytvoření rotujícího magnetického pole. Jeho vytvoření je dosaženo současným splněním dvou podmínek:

1. Umístěním tří vinutí se stejnými elektrickými parametry do stejné roviny otáčení se stejným úhlovým posunutím (Aα=360°/3=120°);

2. Průchodem těmito vinutími sinusové harmonické proudy stejné velikosti a tvaru, které jsou posunuty v čase o třetinu periody (v úhlové frekvenci o 120°).

Vytvořené kruhové magnetické pole se začne otáčet. Konstantní indukce vytvořeného pole má maximální amplitudu s hodnotou Bmax směrovanou podél osy pole s rychlostí konstantní úhlové rotace ωп.

Umístění tří vinutí cívky ve stejné rovině otáčení je znázorněno na obrázku a splňuje požadavky první podmínky.

Prostřednictvím vinutí cívky ACH, PODLE, C-Z od jejich začátku (vchod) A, V, S do konce (exit) X, Y, Z Prochází elektrický symetrický třífázový proud, jehož hodnota pro jakýkoli časový okamžik se vypočítá pomocí výrazů:

iA=Im∙sin(ωt+0);
iº=Im∙sin(ωt-120°);
iС=Im∙sin(ωt+120°).

Každý závit vinutí cívky tvoří své vlastní magnetické pole, jehož indukce je úměrná proudu procházejícím závitem (B=k*i). Součet polí všech závitů v každé cívce tvoří systém tří indukcí, symetrických vzhledem ke středu rotace (počátek souřadnic):

BA=Вm∙sin(ωt+0);
ВB=Вm∙sin(ωt+0);
ВC=Вm∙sin(ωt+0).

Magnetická pole ve formě indukčních vektorů VA, BB, VS mají přesně definovanou orientaci v prostoru, určenou známým gimletovým pravidlem ve vztahu ke kladnému směru proudu ve vinutí cívky.

Celkový (výsledný) vektor magnetické indukce B z vytvořeného magnetického pole v elektrickém stroji se vypočítá geometrickým sčítáním fázových vektorů VA, BB, VS ze všech cívek.

V konkrétním případě je pro dočasné posouzení vektoru magnetické indukce vybráno několik bodů periody, například takové, které odpovídají 0, 30 a 60 stupňům jeho natočení vzhledem k počáteční ordinátě.

Prostorové uspořádání indukčních vektorů každé fáze a výsledného vektoru získaného z jejich geometrického sčítání pro každý případ na komplexní rovině demonstrují grafy.

Je vhodné analyzovat výsledky grafického sčítání poté, co jsou uvedeny v samostatné tabulce:

Výsledky analýzy ukazují, že celkový indukční vektor B všech magnetických polí fází stroje má ve všech uvažovaných bodech jednu konstantní hodnotu. Podobné závěry budou získány matematickým řešením podobného problému pro jakékoli jiné časové body.

Vlastnosti vektoru magnetické indukce V :

Směr jeho rotace v prostoru odpovídá pohybu v nejbližším směru od cívky A směrem k cívce V;

Je známo, že magnetické pole se vždy vytváří kolem vodiče, kterým prochází proud. Jeho směr je určen pravidlem pravého šroubu („gimlet“).

Nakreslete siločáru magnetického pole kolem vodičů C a Y a podle toho i B a Z (viz čárkované čáry na obr. 5.2.2 a).

Uvažujme nyní časový okamžik t 2. V tuto chvíli nebude ve fázi B žádný proud. Ve vodiči A fáze A-X bude mít znaménko (+) a ve vodiči C fáze C-Z bude mít znaménko (·). Nyní položme znaménka: ve vodiči X - (·) a ve vodiči Z - (+).

představuje celkovou mechanickou sílu vyvinutou motorem.

5.8. SCHÉMA SPÍNAČE INDUKČNÍHO MOTORU

EMF a proudové rovnice odpovídají ekvivalentnímu ekvivalentnímu obvodu (obr. 5.8.1.). Složitý magnetický obvod elektrického stroje tak může být nahrazen elektrickým obvodem. Odpor r 2"(1 - S)/S lze považovat za vnější odpor obsažený ve vinutí rotoru. Je to jediný proměnný parametr obvodu. Změna tohoto odporu je ekvivalentní změně zatížení motoru hřídel, a proto změna skluzu S.

5.9. ZTRÁTY A ÚČINNOST ASYNCHRONNÍHO MOTORU

Vinutí statoru přijímá výkon P 1 ze sítě. Část tohoto výkonu jde do ztrát v oceli Pcl, stejně jako ztráty ve vinutí statoru P e1:

Zbývající výkon je přenášen na rotor prostřednictvím magnetického toku a nazývá se elektromagnetický výkon:

Část elektromagnetické energie se spotřebuje na pokrytí elektrických ztrát ve vinutí rotoru:

Zbývající výkon se přemění na mechanický výkon, nazývaný celkový mechanický výkon:

P 2 "=P em -P e2

Pomocí dříve získaného vzorce

Zapišme si výraz pro celkový mechanický výkon:

Р e2 = SP em,

těch. síla elektrických ztrát je úměrná skluzu.

Výkon na hřídeli motoru P2 je menší než celkový mechanický výkon P2' o množství mechanických P mechanických a dalších P dodatečných ztrát:

P2 = P2'-(P mech. + P ext.).

Tím pádem:

SP=P cl +P e1 +P e2 +P mech. +P ext.

Účinnost je poměr výkonu na hřídeli P 2 ke spotřebě energie P 1:

5.10. ROVNICE MOMENTU

Točivý moment v asynchronním motoru vzniká interakcí rotorového proudu s magnetickým polem stroje. Točivý moment lze vyjádřit matematicky pomocí elektromagnetického výkonu stroje:

kde w 1 = 2pn 1 /60 je úhlová frekvence rotace pole.

Potom n 1 = f 1 60/P

Dosadíme výraz P em = P e2 / S do vzorce M 1 a vydělíme 9,81, dostaneme:

Z toho vyplývá, že moment motoru je úměrný elektrickým ztrátám v rotoru. Dosadíme hodnotu proudu I 2 ' do posledního vzorce:

Široký rozvoj techniky a technické kreativity studentů však vyžaduje znalost řady dalších možností využití těchto materiálů. Podívejme se jen na některé z nich.

5.18.2 Indukční regulátory a fázové regulátory

Indukční regulátory napětí jsou brzděný indukční motor s fázovým rotorem. Mohou regulovat napětí v širokém rozsahu. Vinutí statoru a rotoru v regulátoru jsou elektricky propojeny, ale tak, že je lze otáčením rotoru vzájemně přesadit. Když je indukční regulátor připojen k síti, rotující magnetický tok indukuje EMF E 1 a E 2 ve vinutí statoru a rotoru. Když se osy ve vinutí shodují, EMF E 1 a E 2 jsou ve fázi a maximální hodnota napětí je nastavena na výstupních svorkách regulátoru.

Při otáčení rotoru se osy vinutí otáčejí o určitý úhel a. O stejný úhel je posunut i vektor E 2 . V tomto případě výstupní napětí klesá. Otočením rotoru o úhel 180° nastavíme minimální napětí na výstupu.

Fázový regulátor je určen ke změně fáze sekundárního napětí vzhledem k primárnímu. V tomto případě zůstává hodnota sekundárního napětí nezměněna.

Fázový regulátor je asynchronní stroj, inhibovaný speciálním rotačním zařízením. Napětí je přiváděno do vinutí statoru a odváděno z vinutí rotoru. Na rozdíl od indukčního regulátoru zde není vinutí statoru a rotoru elektricky spojeno. Fáze sekundárního napětí se mění otáčením rotoru vůči statoru.

Používá se v automatizační a měřicí technice.

5.18.3 Asynchronní měnič kmitočtu

Jak je známo, frekvence proudu v obvodu rotoru asynchronního motoru závisí na skluzu, tzn. je určeno rozdílem mezi otáčkami rotoru a statorovým polem.

Tato vlastnost umožňuje použití motoru jako frekvenčního měniče (obr. 5.18.3.1). Pokud je statorové vinutí připojeno k průmyslové frekvenční síti f 1 a rotor je poháněn do rotace proti statorovému poli pomocí externího motoru, pak se skluz zvyšuje a frekvence rotorového proudu f 2 se odpovídajícím způsobem zvyšuje několikrát. ve srovnání s frekvencí sítě f 1. Pokud je nutné snížit frekvenci proudu, pak je třeba rotor měniče natočit ve směru točivého pole statoru.

5.18.4 Elektromagnetická asynchronní spojka

Elektromagnetická asynchronní spojka (obr. 5.18.4.1) je navržena na principu asynchronního motoru a slouží ke spojení dvou částí hřídele. Na hnací části hřídele 1 je pólový systém 2, což je systém vyčnívajících pólů s budicími cívkami. Stejnosměrný proud v budicí cívce je přiváděn přes sběrací kroužky 4. Hnaná část spojky 3 je řešena jako rotorové vinutí motoru.

Princip činnosti spojky je podobný jako u asynchronního motoru, pouze rotační magnetický tok zde vzniká mechanickým otáčením pólového systému. Točivý moment z hnací části hřídele na hnanou část je přenášen elektromagneticky. Vazba se rozpojuje vypnutím budícího proudu.

Kruhové rotující magnetické pole má následující charakteristické vlastnosti:

a) maxima výsledných MMF a indukčních vln se vždy shodují s osou fáze, ve které má proud maximum. Tuto polohu lze snadno ověřit zadáním hodnoty ωt, odpovídající maximálnímu proudu ve fázi a určení pomocí (3.15) souřadnice bodu X, ve kterém MDS F" X maximum;

b) magnetické pole se pohybuje směrem k ose fáze, ve které se očekává nejbližší maximum. Tato vlastnost přímo navazuje na předchozí;

c) pro změnu směru otáčení pole je nutné změnit pořadí střídání proudu ve fázích. U třífázových strojů za tímto účelem prohoďte vodiče, které dodávají proud z třífázové sítě do libovolných dvou fází vinutí. U dvoufázových strojů je třeba přepnout vodiče spojující fáze vinutí s dvoufázovou sítí.

Eliptické pole. Kruhové točivé magnetické pole vzniká při symetrii proudů procházejících fázemi (symetrie MMF cívek jednotlivých fází), symetrické uspořádání těchto fází v prostoru, časový posun mezi fázovými proudy rovný prostorovému posunu mezi fázemi. a sinusové rozložení indukce ve vzduchové mezeře stroje po obvodu statoru (rotoru). Pokud není splněna alespoň jedna z uvedených podmínek, nevzniká kruhové, ale eliptické točivé pole, ve kterém maximální hodnota výsledného MMF a indukce pro různé časové okamžiky nezůstává konstantní, jako v případě kruhové pole. V takovém poli popisuje prostorový vektor MMF elipsu (viz obr. 3.12, PROTI).

Eliptické pole si lze představit jako dvě ekvivalentní kruhová pole rotující v opačných směrech. Pole rotující ve směru rotace výsledného eliptického pole se nazývá rovný; pole rotující v opačném směru - zvrátit Rozklad eliptického pole na přímá a inverzní kruhová pole se provádí metodou symetrických složek, pomocí kterých se určuje MMF přímých a inverzních posloupností.

Uvažujme například dvoufázový stroj, ve kterém jsou dvě fázová vinutí (fáze) umístěna na statoru ACH A PODLE, jehož osy jsou v prostoru posunuty o určitý úhel α (obr. 3.16, Obr. A). Proudy procházející těmito fázemi a odpovídající MMF vektory FxA A FxB posunutý v čase o určitý úhel β. Fáze ACH A PODLE vytvářejí pulzující magnetická pole sinusově rozmístěná v prostoru. MMF těchto fází, působící v kterémkoli bodě X vzduchová mezera,

FxA = FmA sin ωt cos(πx/τ); FxB = FmB sin(ωt + β)cos(πx/τ + α).

MMF fází AX a BY, podobně jako v (3.15), lze znázornit jako součet dvou postupujících MMF vln opačných směrů:

Ve výrazech (3.21) se časové a prostorové úhly sčítají nebo odečítají, tj. stávají se ekvivalentními. To se vysvětluje tím, že prostorová poloha MMF vektoru točivého pole je určena časem a frekvencí proudu napájejícího fáze - v jedné periodě se pole pohybuje o dvojici pólů. Výsledné magnetické pole vytvořené kombinovaným působením dvou vinutí lze získat přidáním komponentních vektorů MMF s kladnou posloupností rotujících ve směru hodinových ručiček (tvořících přímé pole):

F"xA = 0,5FmA sin(ωt - πx/τ) a F"xB = 0,5FmB sin(ωt + β - πx/τ ± α),

Stejně jako negativní sekvence MMF vektory rotující proti směru hodinových ručiček (tvořící reverzní pole)

Celkový MMF polí rotujících v opačných směrech, tzn. F"x = F"xA + F"xB A F""x = F"xA + F"xB, nejsou co do velikosti stejné (obr. 3.16.6), a proto výsledné pole stroje nepulsuje, ale rotuje. V tomto poli nezůstává maximální hodnota výsledného MMF v různých časech konstantní, jako u kruhového pole, tj. pole je eliptické. U dvoufázového stroje je také možné získat kruhové točivé pole; zatímco jedna ze složek MDS F"x nebo F"x by měl chybět. Podmínky pro získání kruhového pole u takového stroje jsou redukovány na vzájemnou kompenzaci jednoho z párů MDS F"xA A F"xB nebo F"xA A F"xB. K tomu druhému může dojít, pokud jsou uvedené MMF stejné v amplitudě, ale opačné ve fázi, tj α ± β = π .

Závisí na frekvenci napájecího napětí, na síle proudového zatížení hřídele a na počtu elektromagnetických pólů daného motoru. Tato skutečná rychlost otáčení (resp. pracovní frekvence) je vždy menší než tzv. synchronní frekvence, která je dána pouze parametry napájecího zdroje a počtem pólů statorového vinutí daného asynchronního motoru.

Tím pádem, rychlost synchronního motoru já- to je frekvence otáčení magnetického pole statorového vinutí při jmenovité frekvenci napájecího napětí a mírně se liší od provozní frekvence. Díky tomu je počet otáček za minutu při zatížení vždy menší než tzv. synchronní otáčky.

Níže uvedený obrázek ukazuje, jak závisí rychlost synchronního otáčení u asynchronního motoru s určitým počtem pólů statoru na frekvenci napájecího napětí: čím vyšší frekvence, tím vyšší je úhlová rychlost otáčení magnetického pole. Například změnou frekvence napájecího napětí se změní synchronní frekvence motoru. Zároveň se mění i provozní otáčky rotoru motoru při zatížení.

Typicky je vinutí statoru asynchronního motoru napájeno třífázovým střídavým proudem, který vytváří rotující magnetické pole. A čím více párů pólů, tím nižší bude rychlost synchronního otáčení - frekvence otáčení magnetického pole statoru.

Většina moderních asynchronních motorů má od 1 do 3 párů magnetických pólů, ve vzácných případech 4, protože čím více pólů, tím nižší je účinnost asynchronního motoru. S menším počtem pólů však lze rychlost otáčení rotoru měnit velmi, velmi plynule změnou frekvence napájecího napětí.

Jak bylo uvedeno výše, skutečná provozní frekvence asynchronního motoru se liší od jeho synchronní frekvence. Proč se tohle děje? Když se rotor otáčí frekvencí menší než synchronní, křižují vodiče rotoru magnetické pole statoru určitou rychlostí a indukuje se v nich emf. Toto EMF vytváří proudy v uzavřených vodičích rotoru, v důsledku čehož tyto proudy interagují s rotujícím magnetickým polem statoru a vzniká točivý moment - rotor je tažen magnetickým polem statoru.

Pokud je točivý moment dostatečně velký, aby překonal třecí síly, rotor se začne otáčet a elektromagnetický točivý moment se rovná brzdnému momentu vytvořenému zatížením, třecími silami atd.

V tomto případě rotor vždy zaostává za magnetickým polem statoru, pracovní frekvence nemůže dosáhnout synchronní frekvence, protože pokud by k tomu došlo, EMF by se přestalo indukovat ve vodičích rotoru a točivý moment by se jednoduše neobjevil . V důsledku toho je pro režim motoru zavedena hodnota „skluzu“ (obvykle 2-8 %), a proto platí následující nerovnost motoru:

Ale pokud se rotor stejného asynchronního motoru roztočí pomocí nějakého externího pohonu, například spalovacího motoru, na takovou rychlost, že rychlost rotoru překročí synchronní frekvenci, pak EMF ve vodičích rotoru a aktivní proud v nich bude získá určitý směr a asynchronní motor se změní na .

Celkový elektromagnetický točivý moment se ukáže jako brzdný a skluz s bude záporný. Aby se ale režim generátoru projevil, je potřeba napájet asynchronní motor jalovým výkonem, který by vytvořil magnetické pole statoru. V okamžiku spouštění takového stroje v generátorovém režimu může stačit zbytková indukce rotoru a kondenzátorů, které jsou připojeny ke třem fázím statorového vinutí napájejícího aktivní zátěž.

Princip získání rotujícího magnetického pole. Provoz asynchronních motorů je založen na rotujícím magnetickém poli vytvářeném MMF vinutí statoru.

Princip získání rotujícího magnetického pole pomocí stacionární soustavy vodičů spočívá v tom, že pokud soustavou stacionárních vodičů rozmístěných v prostoru po kružnici protékají fázově posunuté proudy, pak v prostoru vzniká točivé pole. Pokud je systém vodičů symetrický a úhel fázového posunu mezi proudy sousedních vodičů je stejný, pak jsou amplituda indukce rotujícího magnetického pole a rychlost konstantní. Pokud je kruh s vodiči otočen do roviny, pak pomocí takového systému je možné získat „běžící“ pole.

Točivé pole střídavého proudu třífázového obvodu. Uvažujme získání točivého pole na příkladu třífázového asynchronního motoru se třemi vinutími posunutými po obvodu o 120° (obr. 3.5) a spojenými hvězdou. Vinutí statoru nechť jsou napájena symetrickým třífázovým napětím s fázovým posunem napětí a proudů o 120°.

Pokud pro navíjení ACH vzít počáteční fázi proudu rovnou nule, pak okamžité hodnoty proudů mají tvar

Aktuální grafy jsou na obr. 3.6. Předpokládejme, že v každém vinutí jsou pouze dva dráty, které zabírají dva diametrálně umístěné štěrbiny.

Rýže. 3.5 Obr. 3.6

Jak je vidět z Obr. 3.6 v čase na fázový proud A pozitivní a ve fázích V A S- negativní.

Pokud je proud kladný, vezmeme směr proudu od začátku do konce vinutí, což odpovídá označení se znaménkem „x“ na začátku vinutí a znaménkem „ · "(tečka) na konci vinutí. Pomocí pravidla pravé vrtule je snadné najít vzor rozložení magnetického pole pro určitý okamžik na(obr. 3.7, a). Osa výsledného magnetického pole s indukcí V obličeji umístěn vodorovně.

Na Obr. 3,7, b ukazuje obraz magnetického pole v časovém okamžiku ti, odpovídající změně fáze proudu o úhel = 60°. V tomto okamžiku jsou proudy ve fázích A A V kladný, tj. proud v nich teče od začátku do konce a proud je ve fázi S – negativní, to znamená, že jde od konce k začátku. Ukázalo se, že magnetické pole je otočeno ve směru hodinových ručiček o úhel = 60°. Pokud je úhlová frekvence proudu , pak . (Zde , kde je frekvence proudu v síti). Ve chvílích času t 2 A t 3 osa magnetického pole se bude podle toho otáčet o úhly a (obr. 3.6, c a G). Po době rovnající se periodě T , osa pole zaujme svou původní polohu. Proto v průběhu období T pole udělá jednu otáčku (obr. 3.7, d) ( ()). V posuzovaném případě počet pólů 2R = 2 a magnetické pole rotuje s frekvencí n 1 =60 F 1 =60∙50=3000 otáčky za minutu ( F 1 =50 Hz – průmyslová frekvence). Lze prokázat, že výsledná magnetická indukce je rotující pole s amplitudou

Kde W – maximální indukce jedné fáze; Narušení– maximální indukce tří fází; – úhel mezi vodorovnou osou a přímkou ​​spojující střed s libovolným bodem mezi statorem a rotorem.

Směr rotace pole. V uvažovaném případě se směr rotace pole shoduje se směrem pohybu ve směru hodinových ručiček. Pokud prohodíte svorky libovolných dvou fází napájecího napětí, např B A S , což odpovídá obrácenému sledu fází, bude směr rotace pole opačný (proti směru hodinových ručiček), tj. magnetické pole je obrácené (srov. obr. 3.8).

Vzorec pro frekvenci rotace pole. Pokud se počet cívek v každé fázi zvýší a fázový posun mezi proudy se udrží na 120°, pak se změní frekvence rotace pole. Například se dvěma cívkami v každé fázi, umístěnými, jak je znázorněno na Obr. 3.9 se pole otočí o 180° v prostoru za jednu periodu.

Rýže. 3.8 Obr. 3.9 Obr. 3.10

Abychom získali obrázek pole, udělejme si chvíli času na, když je proud ve fázi A pozitivní a proudy jsou ve fázích B a C negativní. Pomocí pravidla znaků pro proudy zjistíme, že v tomto případě počet pólů 2R = 4 nebo p = 2 a pak n 1 = 60 F 1 / p = 3000/2 =1500 ot./min Uvažování podobným způsobem, pro tři cívky v každé fázi najdeme obrazec pole znázorněný na obr. 3.10. Zde p = 3, a proto n 1 = 1000 ot./min.

Obecný vzorec pro určení rychlosti otáčení, ot./min, bude

n 1 = 60 F 1 / p (3.1)

Ve všech uvažovaných případech byly cívky každé fáze vzájemně zapojeny do série. Právě s tímto spojením je frekvence otáčení statorového pole R= 1, 2 a 3 at F 1 = 50 Hz bylo 3000, 1500 a 1000 ot./min.

Paralelní zapojení cívek. Ukažme, že když se cívky přepínají z jedné fáze do druhé a jsou zapojeny paralelně, počet pólů pole, a tedy i frekvence rotace pole se bude lišit od uvažovaných. Jako příklad si vezměme dvě cívky v každé fázi a zapojme je k sobě paralelně, jak je znázorněno na obr. 3.11, A a v rozšířené podobě na obr. 3.11, 6 . Z obrázku pole je zřejmé, že R= 1 a rychlost otáčení n 1 = 3000 ot./min. Výše bylo ukázáno, že když byly stejné cívky zapojeny do série, rychlost otáčení byla 1500 ot./min. Když je aktuální frekvence v síti 50 Hz, je frekvence rotace pole statoru určena z výrazu

n 1 = 60 F 1 / p = 60 ∙50 / p .

Daný různý počet párů pólů R = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, zjistíme frekvenci rotace pole. Výsledky výpočtu jsou shrnuty v tabulce. 3.1.

Tabulka 3.1

Elektrogravitace je snadná