میدان مغناطیسی دوار یک ماشین ناهمزمان (برای افراد غیر برق). موتور آسنکرون

یکی از رایج ترین موتورهای الکتریکی که در اکثر دستگاه های محرک الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد، موتور آسنکرون است. این موتور را ناهمزمان (ناسنکرون) می نامند زیرا روتور آن نسبت به سرعت چرخش بردار میدان مغناطیسی با سرعت کمتری نسبت به موتور سنکرون می چرخد.

لازم به توضیح است که سرعت سنکرون چیست.

سرعت سنکرون سرعتی است که میدان مغناطیسی در یک ماشین دوار می‌چرخد و به طور دقیق، سرعت زاویه‌ای چرخش بردار میدان مغناطیسی است. سرعت چرخش میدان به فرکانس جریان جاری و تعداد قطب های دستگاه بستگی دارد.

یک موتور ناهمزمان همیشه با سرعت کمتر از سرعت چرخش سنکرون کار می‌کند، زیرا میدان مغناطیسی که توسط سیم‌پیچ‌های استاتور ایجاد می‌شود، شار مغناطیسی ضد در روتور ایجاد می‌کند. برهمکنش این شار مغناطیسی ضد تولید شده با شار مغناطیسی استاتور باعث می شود که روتور شروع به چرخش کند. از آنجایی که شار مغناطیسی در روتور عقب می ماند، روتور هرگز نمی تواند به طور مستقل به سرعت سنکرون دست یابد، یعنی همان سرعتی که بردار میدان مغناطیسی استاتور می چرخد.

دو نوع اصلی موتور القایی وجود دارد که با توجه به نوع برق عرضه شده تعیین می شود. این:

• موتور ناهمزمان تک فاز؛
• موتور سه فاز آسنکرون

لازم به ذکر است که یک موتور ناهمزمان تک فاز قادر به شروع حرکت مستقل (چرخش) نیست. برای اینکه شروع به چرخش کند، لازم است مقداری جابجایی از موقعیت تعادل ایجاد شود. این امر به روش‌های مختلف با استفاده از سیم‌پیچ‌های اضافی، خازن‌ها و سوئیچینگ در زمان راه‌اندازی به دست می‌آید. برخلاف موتورهای ناهمزمان تک فاز، موتور سه فاز قادر است بدون ایجاد تغییر در طراحی یا شرایط راه اندازی، حرکت مستقل (چرخش) را راه اندازی کند.

موتورهای القایی از نظر ساختاری با موتورهای جریان مستقیم (DC) متفاوت هستند، زیرا برق به استاتور تأمین می شود، برخلاف موتور DC، که در آن برق از طریق مکانیزم برس به آرمیچر (روتور) تأمین می شود.

اصل عملکرد یک موتور ناهمزمان

با اعمال ولتاژ فقط به سیم پیچ استاتور، موتور ناهمزمان شروع به کار می کند. علاقه مندید بدانید چگونه کار می کند، چرا این اتفاق می افتد؟ این بسیار ساده است اگر درک کنید که چگونه فرآیند القایی در هنگام القای میدان مغناطیسی در روتور رخ می دهد. به عنوان مثال، در ماشین های DC، شما باید به طور جداگانه یک میدان مغناطیسی در آرمیچر (روتور) نه از طریق القاء، بلکه از طریق برس ایجاد کنید.

وقتی به سیم‌پیچ‌های استاتور ولتاژ می‌دهیم، جریان الکتریکی از آن‌ها شروع به عبور می‌کند که میدان مغناطیسی در اطراف سیم‌پیچ‌ها ایجاد می‌کند. علاوه بر این، از بسیاری از سیم پیچ هایی که روی مدار مغناطیسی استاتور قرار دارند، یک میدان مغناطیسی مشترک استاتور تشکیل می شود. این میدان مغناطیسی با یک شار مغناطیسی مشخص می شود که اندازه آن در طول زمان تغییر می کند؛ علاوه بر این، جهت شار مغناطیسی در فضا تغییر می کند یا بهتر است بگوییم می چرخد. در نتیجه، معلوم می شود که بردار شار مغناطیسی استاتور مانند یک قلاب چرخیده با یک سنگ می چرخد.

مطابق با قانون القای الکترومغناطیسی فارادی، در روتوری که سیم پیچی اتصال کوتاه دارد (روتور اتصال کوتاه). از آنجایی که مدار بسته است و در حالت اتصال کوتاه است، یک جریان الکتریکی القایی در این سیم پیچ روتور جریان می یابد. این جریان، درست مانند جریان تغذیه در استاتور، یک میدان مغناطیسی ایجاد خواهد کرد. روتور موتور داخل استاتور به آهنربا تبدیل می شود که دارای میدان دوار مغناطیسی است. هر دو میدان مغناطیسی استاتور و روتور با رعایت قوانین فیزیک شروع به تعامل خواهند کرد.

از آنجایی که استاتور بی حرکت است و میدان مغناطیسی آن در فضا می چرخد ​​و جریانی به روتور القا می شود که در واقع آن را به یک آهنربای دائمی تبدیل می کند، روتور متحرک شروع به چرخش می کند زیرا میدان مغناطیسی استاتور شروع به فشار دادن آن می کند و آن را می کشد. همراه با آن به نظر می رسد که روتور با میدان مغناطیسی استاتور یکپارچه شده است. می توان گفت که روتور تمایل به چرخش همزمان با میدان مغناطیسی استاتور دارد، اما این برای آن دست نیافتنی است، زیرا در لحظه همگام سازی، میدان های مغناطیسی یکدیگر را خنثی می کنند، که منجر به عملکرد ناهمزمان می شود. به عبارت دیگر، هنگامی که یک موتور ناهمزمان کار می کند، روتور در میدان مغناطیسی استاتور می لغزد.

کشویی می تواند با تاخیر یا پیشرفته باشد. اگر تأخیر وجود داشته باشد، ما یک حالت کار موتور داریم، زمانی که انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود؛ اگر لغزش با پیشروی روتور اتفاق بیفتد، در آن صورت یک حالت کارکرد ژنراتور داریم، زمانی که انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.

گشتاور تولید شده روی روتور به فرکانس تغذیه جریان متناوب به استاتور و همچنین به بزرگی ولتاژ تغذیه بستگی دارد. با تغییر فرکانس جریان و مقدار ولتاژ، می توانید بر گشتاور روتور تأثیر گذاشته و در نتیجه عملکرد موتور ناهمزمان را کنترل کنید. این امر برای موتورهای ناهمزمان تک فاز و سه فاز صادق است.

انواع موتورهای آسنکرون

موتورهای آسنکرون تک فاز به انواع زیر تقسیم می شوند:

• با سیم پیچی مجزا (موتور فاز اسپلیت)؛
• با یک خازن راه اندازی (موتور استارت خازن)؛
• با خازن شروع و خازن اجرا (موتور القایی اجرا خازن شروع خازن)؛
• با قطب جابجا شده (موتور Shaded-Pole).

موتور سه فاز آسنکرون به انواع زیر تقسیم می شود:

• با موتور القایی قفس سنجابی؛
• با حلقه های لغزش، روتور زخمی (موتور القایی حلقه لغزش)؛

همانطور که در بالا ذکر شد، یک موتور ناهمزمان تک فاز نمی تواند به تنهایی شروع به حرکت (چرخش) کند. استقلال چه چیزی را باید فهمید؟ این زمانی است که دستگاه به طور خودکار و بدون تأثیر محیط خارجی شروع به کار می کند. وقتی یک وسیله برقی خانگی مانند فن را روشن می کنیم، با فشار دادن یک کلید بلافاصله شروع به کار می کند. لازم به ذکر است که در زندگی روزمره از یک موتور ناهمزمان تک فاز استفاده می شود، به عنوان مثال یک موتور در یک فن. اگر در بالا گفته شد که این نوع موتور اجازه نمی دهد چگونه چنین استارت مستقلی رخ می دهد؟ برای درک این موضوع باید روش های راه اندازی موتورهای تک فاز را مطالعه کنید.

چرا موتور سه فاز ناهمزمان خود راه اندازی می شود؟

در سیستم سه فاز، هر فاز نسبت به دو فاز دیگر دارای زاویه 120 درجه است. بنابراین، هر سه فاز به طور مساوی در یک دایره قرار گرفته اند؛ دایره دارای 360 درجه است که سه برابر 120 درجه است (120+120+120=360).

اگر سه فاز A، B، C را در نظر بگیریم، متوجه می‌شویم که تنها یکی از آن‌ها در لحظه اولیه، حداکثر مقدار ولتاژ لحظه‌ای را خواهد داشت. فاز دوم به دنبال فاز اول مقدار ولتاژ خود را افزایش می دهد و فاز سوم به دنبال فاز دوم خواهد بود. بنابراین، با افزایش مقدار آنها، ترتیب تناوب فاز A-B-C را داریم و ترتیب دیگری به ترتیب کاهش ولتاژ C-B-A امکان پذیر است. حتی اگر تناوب را متفاوت بنویسید، مثلاً به جای A-B-C، B-C-A را بنویسید، تناوب ثابت می ماند، زیرا زنجیره تناوب به هر ترتیبی یک دایره باطل را تشکیل می دهد.

روتور موتور سه فاز ناهمزمان چگونه می چرخد؟ از آنجایی که روتور توسط میدان مغناطیسی استاتور به دام می افتد و در آن می لغزد، کاملاً واضح است که روتور در جهت بردار میدان مغناطیسی استاتور حرکت می کند. میدان مغناطیسی استاتور در کدام جهت می چرخد؟ از آنجایی که سیم پیچ استاتور سه فاز است و هر سه سیم پیچ به طور مساوی روی استاتور قرار دارند، میدان تولید شده در جهت تناوب فاز سیم پیچ ها می چرخد. از این به نتیجه می رسیم. جهت چرخش روتور به توالی فاز سیم پیچ های استاتور بستگی دارد. با تغییر ترتیب تناوب فازها، موتور را در جهت مخالف می چرخانیم. در عمل، برای تغییر چرخش موتور، کافی است هر دو فاز تغذیه استاتور را تعویض کنید.

چرا یک موتور ناهمزمان تک فاز به خودی خود شروع به چرخش نمی کند؟

به این دلیل که از یک فاز تغذیه می شود. میدان مغناطیسی یک موتور تک فاز ضربانی است نه چرخشی. وظیفه اصلی پرتاب ایجاد یک میدان دوار از یک میدان تپنده است. این مشکل با ایجاد تغییر فاز در سیم پیچ دیگر استاتور با استفاده از خازن ها، سلف ها و آرایش فضایی سیم پیچ ها در طراحی موتور حل می شود.

لازم به ذکر است که موتورهای ناهمزمان تک فاز در استفاده در حضور بار مکانیکی ثابت موثر هستند. اگر بار کمتر باشد و موتور کمتر از حداکثر بار خود کار کند، راندمان آن به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. این یک نقطه ضعف موتورهای ناهمزمان تک فاز است و بنابراین، بر خلاف ماشین های سه فاز، در جاهایی که بار مکانیکی ثابت است از آنها استفاده می شود.

سادگی اجرای تکنیکی حرکت دایره ای برای چرخش میدان مغناطیسی، مبنای کار تمام ماشین های 3 فاز اعم از ژنراتورها و موتورهای الکتریکی است.

شرایط ایجاد میدان مغناطیسی دوار. ایجاد آن با انجام همزمان دو شرط حاصل می شود:

1. با قرار دادن سه سیم پیچ با پارامترهای الکتریکی یکسان در یک صفحه چرخش با جابجایی زاویه ای مساوی. (Δα=360 درجه/3=120 درجه);

2. با عبور از این سیم پیچ ها، جریان های هارمونیک سینوسی با قدر و شکل یکسان، که در زمان به اندازه یک سوم دوره (در فرکانس زاویه ای 120 درجه) جابجا می شوند.

میدان مغناطیسی دایره ای شکل گرفته شروع به چرخش خواهد کرد. القای ثابت میدان ایجاد شده دارای حداکثر دامنه با مقدار Bmax است که در امتداد محور میدان با سرعت چرخش زاویه ای ثابت ωπ هدایت می شود.

محل سه سیم پیچ سیم پیچ در یک صفحه چرخش در شکل نشان داده شده است و شرایط شرط اول را برآورده می کند.

توسط سیم پیچ سیم پیچ اوه, توسط, C-Zاز ابتدای آنها (ورودی) آ, که در, باتا انتها (خروج) ایکس, Y, زیک جریان الکتریکی 3 فاز متقارن عبور می کند که مقدار آن برای هر لحظه از زمان با استفاده از عبارات محاسبه می شود:

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

هر دور سیم پیچ سیم پیچ میدان مغناطیسی خاص خود را تشکیل می دهد که القای آن متناسب با جریان عبوری از پیچ است. (B=k*i). مجموع میدان های همه پیچ ها در هر سیم پیچ، یک سیستم از سه القاء متقارن نسبت به مرکز چرخش (منشا مختصات) را تشکیل می دهد:

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

میدان های مغناطیسی به صورت بردارهای القایی VA, BB, در مقابلیک جهت کاملاً مشخص در فضا دارند که توسط قانون معروف گیملت در رابطه با جهت مثبت جریان در سیم پیچ تعیین می شود.

بردار کل (نتیجه) القای مغناطیسی B از میدان مغناطیسی ایجاد شده در یک ماشین الکتریکی با جمع هندسی بردارهای فاز محاسبه می شود. VA, BB, در مقابلاز همه سیم پیچ ها

در یک مورد خاص، برای ارزیابی موقت بردار القای مغناطیسی، چندین نقطه از دوره انتخاب می شود، به عنوان مثال، نقاطی که مربوط به 0، 30 و 60 درجه چرخش آن نسبت به مختصات اولیه است.

آرایش فضایی بردارهای القایی هر فاز و بردار حاصل از جمع هندسی آنها برای هر مورد در صفحه مختلط با نمودارها نشان داده شده است.

تجزیه و تحلیل نتایج حاصل از اضافه کردن گرافیکی پس از ارائه آنها در جدول جداگانه راحت است:

نتایج تجزیه و تحلیل نشان می دهد که بردار القایی کل B تمام میدان های مغناطیسی فازهای ماشین دارای یک مقدار ثابت در تمام نقاط مورد بررسی است. نتایج مشابهی با حل ریاضی یک مسئله مشابه برای هر نقطه زمانی دیگر به دست خواهد آمد.

خواص بردار القای مغناطیسی که در :

جهت چرخش آن در فضا مطابق با حرکت در نزدیکترین جهت از سیم پیچ است آبه سمت سیم پیچ که در;

شناخته شده است که یک میدان مغناطیسی همیشه در اطراف یک هادی حامل جریان تشکیل می شود. جهت آن توسط قانون پیچ سمت راست ("گیملت") تعیین می شود.

بیایید یک خط میدان مغناطیسی در اطراف هادی های C و Y و بر این اساس، B و Z رسم کنیم (خطوط چین در شکل 5.2.2 a را ببینید).

اکنون لحظه زمان t 2 را در نظر می گیریم. در این زمان هیچ جریانی در فاز B وجود نخواهد داشت. در هادی A فاز A-X دارای علامت (+) و در هادی C فاز C-Z دارای علامت (·) خواهد بود. حالا بیایید علائم را بگذاریم: در هادی X - (·) و در هادی Z - (+).

کل توان مکانیکی توسعه یافته توسط موتور را نشان می دهد.

5.8. دیاگرام سوئیچ موتور القایی

معادلات EMF و جریان مربوط به یک مدار معادل معادل است (شکل 5.8.1.). بنابراین، مدار مغناطیسی پیچیده یک ماشین الکتریکی را می توان با یک مدار الکتریکی جایگزین کرد. مقاومت r 2 "(1 - S)/S را می توان به عنوان مقاومت خارجی موجود در سیم پیچ روتور در نظر گرفت. این تنها پارامتر متغیر مدار است. تغییر در این مقاومت معادل تغییر بار روی موتور است. شفت، و بنابراین تغییر در لغزش S.

5.9. تلفات و راندمان یک موتور القایی

سیم پیچ استاتور توان P 1 را از شبکه دریافت می کند. بخشی از این توان به تلفات Pcl فولاد و همچنین تلفات در سیم پیچ استاتور P e1 می رسد:

نیروی باقیمانده از طریق شار مغناطیسی به روتور منتقل می شود و به آن توان الکترومغناطیسی می گویند:

بخشی از توان الکترومغناطیسی برای پوشش تلفات الکتریکی در سیم پیچ روتور صرف می شود:

توان باقی مانده به توان مکانیکی تبدیل می شود که به آن توان مکانیکی کل می گویند:

P 2 "=P em -P e2

با استفاده از فرمول به دست آمده قبلی

بیایید عبارت قدرت مکانیکی کل را بنویسیم:

Р e2 = SP em،

آن ها قدرت تلفات الکتریکی متناسب با لغزش است.

توان شفت موتور P 2 کمتر از کل توان مکانیکی P 2 ' با مقدار P مکانیکی مکانیکی و P اضافی تلفات اضافی است:

P 2 = P 2 '-(P mech. + P ext.).

بدین ترتیب:

SP=P cl + P e1 + P e2 + P مکانیک. + P داخلی

راندمان نسبت توان روی شفت P 2 به توان مصرفی P 1 است:

5.10. معادله گشتاور

گشتاور در یک موتور ناهمزمان از برهمکنش جریان روتور با میدان مغناطیسی دستگاه ایجاد می شود. گشتاور را می توان به صورت ریاضی بر حسب توان الکترومغناطیسی ماشین بیان کرد:

که در آن w 1 = 2pn 1/60 فرکانس زاویه ای چرخش میدان است.

به نوبه خود، n 1 =f 1 60/P، سپس

بیایید عبارت P em = P e2 / S را به فرمول M 1 جایگزین کنیم و بر 9.81 تقسیم کنیم، دریافت می کنیم:

نتیجه این است که گشتاور موتور متناسب با تلفات الکتریکی در روتور است. بیایید مقدار جریان I 2 را با آخرین فرمول جایگزین کنیم:

با این حال، توسعه گسترده فناوری و خلاقیت فنی دانش آموزان مستلزم دانش تعدادی از امکانات اضافی برای استفاده از این مواد است. بیایید فقط به چند مورد از آنها نگاه کنیم.

5.18.2 تنظیم کننده های القایی و تنظیم کننده های فاز

تنظیم کننده های ولتاژ القایی یک موتور القایی ترمزدار با روتور فاز هستند. آنها می توانند ولتاژ را در محدوده وسیعی تنظیم کنند. سیم‌پیچ‌های استاتور و روتور در رگولاتور به‌صورت الکتریکی به هم متصل هستند، اما به گونه‌ای که می‌توان با چرخاندن روتور نسبت به یکدیگر افست شوند. هنگامی که کنترل کننده القایی به شبکه متصل می شود، شار مغناطیسی دوار EMF E 1 و E 2 را در سیم پیچ های استاتور و روتور القا می کند. هنگامی که محورها در سیم پیچ ها منطبق می شوند، EMFs E 1 و E 2 در فاز هستند و حداکثر مقدار ولتاژ در پایانه های خروجی تنظیم کننده تنظیم می شود.

هنگامی که روتور می چرخد، محورهای سیم پیچ از یک زاویه خاص می چرخند. بردار E 2 نیز با همین زاویه جابه جا می شود. در این حالت ولتاژ خروجی کاهش می یابد. با چرخاندن روتور در زاویه 180 درجه، حداقل ولتاژ را در خروجی تنظیم می کنیم.

تنظیم کننده فاز برای تغییر فاز ولتاژ ثانویه نسبت به اولیه طراحی شده است. در این حالت مقدار ولتاژ ثانویه بدون تغییر باقی می ماند.

تنظیم کننده فاز یک دستگاه ناهمزمان است که توسط یک دستگاه چرخشی خاص مهار می شود. ولتاژ به سیم پیچ استاتور می رسد و از سیم پیچ روتور حذف می شود. برخلاف رگولاتور القایی، سیم‌پیچ‌های استاتور و روتور در اینجا به صورت الکتریکی متصل نیستند. فاز ولتاژ ثانویه با چرخش روتور نسبت به استاتور تغییر می کند.

در اتوماسیون و فناوری اندازه گیری استفاده می شود.

5.18.3 مبدل فرکانس ناهمزمان

همانطور که مشخص است، فرکانس جریان در مدار روتور یک موتور ناهمزمان به لغزش بستگی دارد، یعنی. با تفاوت بین سرعت روتور و میدان استاتور تعیین می شود.

این ویژگی به موتور اجازه می دهد تا به عنوان مبدل فرکانس استفاده شود (شکل 5.18.3.1). اگر سیم پیچ استاتور به یک شبکه فرکانس صنعتی f 1 متصل شود و روتور با استفاده از یک موتور خارجی به چرخش در برابر میدان استاتور هدایت شود، لغزش افزایش می یابد و بر این اساس فرکانس جریان روتور f 2 چندین بار افزایش می یابد. در مقایسه با فرکانس شبکه f 1. در صورت نیاز به کاهش فرکانس جریان، روتور مبدل باید در جهت میدان چرخش استاتور چرخانده شود.

5.18.4 کلاچ ناهمزمان الکترومغناطیسی

یک کلاچ ناهمزمان الکترومغناطیسی (شکل 5.18.4.1) بر اساس اصل یک موتور ناهمزمان طراحی شده است و برای اتصال دو قسمت از شفت کار می کند. در قسمت محرک شفت 1 یک سیستم قطب 2 وجود دارد که سیستمی از قطب های برجسته با سیم پیچ های تحریک است. جریان مستقیم در سیم پیچ تحریک از طریق حلقه های لغزش 4 تامین می شود. قسمت محرک کوپلینگ 3 مانند سیم پیچ روتور موتور طراحی شده است.

اصل عملکرد کوپلینگ شبیه به موتور ناهمزمان است، فقط شار مغناطیسی دوار در اینجا توسط چرخش مکانیکی سیستم قطب ایجاد می شود. گشتاور از قسمت محرک شفت به قسمت رانده به صورت الکترومغناطیسی منتقل می شود. کوپلینگ با قطع جریان تحریک قطع می شود.

یک میدان مغناطیسی دوار دایره ای دارای ویژگی های مشخصه زیر است:

الف) ماکزیمم امواج MMF و القایی حاصل همیشه با محور فازی که در آن جریان دارای حداکثر است منطبق است. این موقعیت را می توان به راحتی با تعیین مقدار تأیید کرد ωt,متناظر با حداکثر جریان در فاز، و تعیین مختصات نقطه توسط (3.15) ایکس، که در آن MDS اف" ایکسبیشترین؛

ب) میدان مغناطیسی به سمت محور فازی حرکت می کند که در آن نزدیکترین حداکثر انتظار می رود. این ویژگی مستقیماً از ویژگی قبلی پیروی می کند.

ج) برای تغییر جهت چرخش میدان، باید ترتیب تناوب جریان در فازها را تغییر داد. در ماشین های سه فاز، برای انجام این کار، سیم هایی که جریان را از شبکه سه فاز به هر دو فاز سیم پیچ می رسانند، تعویض کنید. در ماشین های دوفاز، باید سیم های اتصال فازهای سیم پیچ را به شبکه دو فاز تغییر دهید.

میدان بیضوی.یک میدان مغناطیسی دوار دایره‌ای با تقارن جریان‌های عبوری از فازها (تقارن MMF سیم‌پیچ‌های فازهای منفرد)، آرایش متقارن این فازها در فضا، یک جابجایی زمانی بین جریان‌های فاز برابر با تغییر فضایی بین فازها رخ می‌دهد. و توزیع سینوسی القاء در شکاف هوای دستگاه در امتداد محیط استاتور (روتور). اگر حداقل یکی از شرایط مشخص شده برآورده نشود، نه یک میدان چرخشی، بلکه یک میدان دوار بیضی شکل ایجاد می شود که در آن حداکثر مقدار MMF و القاء حاصل برای لحظات مختلف زمانی ثابت نمی ماند، مانند مورد یک میدان دایره ای در چنین میدانی، بردار فضایی MMF یک بیضی را توصیف می کند (شکل 3.12 را ببینید، V).

میدان بیضوی را می توان به عنوان دو میدان دایره ای معادل در نظر گرفت که در جهت مخالف می چرخند. میدانی که در جهت چرخش میدان بیضی حاصل می گردد نامیده می شود سر راست؛چرخش میدان در جهت مخالف - معکوستجزیه یک میدان بیضی به میدان های دایره ای مستقیم و معکوس با روش اجزای متقارن انجام می شود که با کمک آن MMF دنباله های مستقیم و معکوس تعیین می شود.

به عنوان مثال، یک ماشین دو فاز را در نظر بگیرید که در آن دو سیم پیچ (فاز) فاز روی استاتور قرار دارد. اوهو توسطکه محورهای آن با زاویه ای معین α در فضا جابه جا می شوند (شکل 3.16، آ). جریان های عبوری از این فازها و بردارهای MMF مربوطه FxAو FxBبا یک زاویه خاص β در زمان جابجا شده است. فاز اوهو توسطایجاد میدان های مغناطیسی ضربانی که به صورت سینوسی در فضا توزیع شده اند. MMF این فازها، در هر نقطه عمل می کند ایکسشکاف هوا،

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

MMF فازهای AX و BY، مشابه (3.15)، می تواند به عنوان مجموع دو موج MMF در حال حرکت در جهت مخالف نمایش داده شود:

در عبارات (3.21)، زوایای زمان و مکان اضافه یا کم می شوند، یعنی معادل می شوند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که موقعیت مکانی بردار MMF میدان دوار با زمان و فرکانس جریان تامین کننده فازها تعیین می شود - در یک دوره میدان توسط یک جفت قطب حرکت می کند. میدان مغناطیسی حاصل از عمل ترکیبی دو سیم‌پیچ را می‌توان با افزودن بردارهای MMF دنباله مثبت مولفه‌ای که در جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخند (تشکیل یک میدان مستقیم) بدست آورد:

F"xA = 0.5FmA sin(ωt - πx/τ) و F"xB = 0.5FmB sin(ωt + β - πx/τ ± α)،

و همچنین بردارهای MMF دنباله منفی که در خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخند (یک میدان معکوس را تشکیل می دهند)

کل MMF میدان هایی که در جهت مخالف می چرخند، یعنی. F"x = F"xA + F"xBو F""x = F"xA + F"xB، از نظر قدر مساوی نیستند (شکل 3.16.6) و بنابراین میدان حاصل از ماشین تپنده نیست، بلکه در حال چرخش است. در این زمینه، حداکثر مقدار MMF حاصل در زمان‌های مختلف ثابت نمی‌ماند، مانند یک میدان دایره‌ای، یعنی میدان بیضوی است. در یک ماشین دو فاز نیز می توان یک میدان چرخشی دایره ای به دست آورد. در حالی که یکی از اجزای MDS است F"xیا F"xباید گم شود شرایط به دست آوردن یک میدان دایره ای در چنین ماشینی به جبران متقابل یکی از جفت های MDS کاهش می یابد. F"xAو F"xBیا F"xAو F"xB. دومی می تواند اتفاق بیفتد اگر MMF های نشان داده شده در دامنه برابر اما در فاز مخالف باشند، یعنی اگر α ± β = π .

به فرکانس ولتاژ تغذیه، قدرت بار جریان روی شفت و تعداد قطب های الکترومغناطیسی یک موتور معین بستگی دارد. این سرعت چرخش واقعی (یا فرکانس کاری) همیشه کمتر از فرکانس به اصطلاح سنکرون است که فقط با پارامترهای منبع تغذیه و تعداد قطب های سیم پیچ استاتور یک موتور ناهمزمان مشخص تعیین می شود.

بدین ترتیب، سرعت موتور سنکرونمن- این فرکانس چرخش میدان مغناطیسی سیم پیچ استاتور در فرکانس نامی ولتاژ تغذیه است و کمی با فرکانس کاری متفاوت است. در نتیجه تعداد دور در دقیقه تحت بار همیشه کمتر از دورهای به اصطلاح سنکرون است.

شکل زیر نشان می دهد که چگونه سرعت چرخش سنکرون برای یک موتور ناهمزمان با تعداد معینی قطب استاتور به فرکانس ولتاژ تغذیه بستگی دارد: هر چه فرکانس بیشتر باشد، سرعت زاویه ای چرخش میدان مغناطیسی بیشتر است. به عنوان مثال با تغییر فرکانس ولتاژ تغذیه، فرکانس سنکرون موتور تغییر می کند. در عین حال، سرعت عملکرد روتور موتور تحت بار نیز تغییر می کند.

به طور معمول، سیم پیچ استاتور یک موتور ناهمزمان با جریان متناوب سه فازی تامین می شود که یک میدان مغناطیسی دوار ایجاد می کند. و هر چه جفت قطب بیشتر باشد، سرعت چرخش همزمان کمتر خواهد بود - فرکانس چرخش میدان مغناطیسی استاتور.

اکثر موتورهای آسنکرون مدرن از 1 تا 3 جفت قطب مغناطیسی دارند، در موارد نادر 4 قطب مغناطیسی، زیرا هرچه تعداد قطب ها بیشتر باشد، راندمان موتور ناهمزمان کمتر می شود. با این حال، با قطب های کمتر، سرعت چرخش روتور را می توان با تغییر فرکانس ولتاژ تغذیه، بسیار بسیار آرام تغییر داد.

همانطور که در بالا ذکر شد، فرکانس کاری واقعی یک موتور ناهمزمان با فرکانس سنکرون آن متفاوت است. چرا این اتفاق می افتد؟ هنگامی که روتور با فرکانس کمتر از سنکرون می چرخد، هادی های روتور با سرعت معینی از میدان مغناطیسی استاتور عبور می کنند و یک emf در آنها القا می شود. این EMF جریان هایی را در هادی های بسته روتور ایجاد می کند، در نتیجه این جریان ها با میدان مغناطیسی دوار استاتور تعامل می کنند و یک گشتاور ایجاد می شود - روتور توسط میدان مغناطیسی استاتور کشیده می شود.

اگر گشتاور برای غلبه بر نیروهای اصطکاک به اندازه کافی بزرگ باشد، روتور شروع به چرخش می کند و گشتاور الکترومغناطیسی برابر با گشتاور ترمز ایجاد شده توسط بار، نیروهای اصطکاک و غیره است.

در این حالت ، روتور همیشه از میدان مغناطیسی استاتور عقب می ماند ، فرکانس کاری نمی تواند به فرکانس سنکرون برسد ، زیرا اگر این اتفاق بیفتد ، EMF در هادی های روتور القا نمی شود و گشتاور به سادگی ظاهر نمی شود. . در نتیجه، مقدار "لغزش" برای حالت موتور معرفی می شود (معمولاً 2-8٪) و بنابراین نابرابری موتور زیر معتبر است:

اما اگر روتور همان موتور ناهمزمان با استفاده از یک درایو خارجی، مثلاً یک موتور احتراق داخلی، به حدی بچرخد که سرعت روتور از فرکانس سنکرون بیشتر شود، EMF در هادی‌های روتور و جریان فعال در آنها خواهد بود. جهت خاصی را به دست می آورند و موتور ناهمزمان به .

کل گشتاور الکترومغناطیسی ترمز می شود و لغزش s منفی می شود. اما برای اینکه حالت ژنراتور خود را نشان دهد، لازم است که موتور ناهمزمان با توان راکتیو تامین شود، که میدان مغناطیسی استاتور را ایجاد می کند. در لحظه راه اندازی چنین ماشینی در حالت ژنراتور، القای باقیمانده روتور و خازن ها، که به سه فاز سیم پیچ استاتور که بار فعال را تامین می کنند، متصل می شوند، ممکن است کافی باشد.

اصل به دست آوردن میدان مغناطیسی دوار. عملکرد موتورهای ناهمزمان مبتنی بر یک میدان مغناطیسی دوار است که توسط MMF سیم‌پیچ‌های استاتور ایجاد می‌شود.

اصل به دست آوردن یک میدان مغناطیسی دوار با استفاده از یک سیستم ثابت رسانا به این صورت است که اگر جریان های انتقال فاز از طریق سیستمی از هادی های ساکن که در فضای اطراف یک دایره توزیع شده اند عبور کنند، میدان دوار در فضا ایجاد می شود. اگر سیستم هادی ها متقارن باشد و زاویه تغییر فاز بین جریان هادی های همسایه یکسان باشد، دامنه القای میدان مغناطیسی دوار و سرعت ثابت است. اگر دایره ای با هادی ها روی یک هواپیما چرخانده شود، با استفاده از چنین سیستمی می توان یک میدان "در حال اجرا" به دست آورد.

میدان دوار جریان متناوب یک مدار سه فاز. بیایید به دست آوردن یک میدان دوار با استفاده از مثال یک موتور ناهمزمان سه فاز با سه سیم پیچی که در امتداد محیط 120 درجه جابجا شده اند (شکل 3.5) و توسط یک ستاره به هم متصل شده اند، در نظر بگیریم. اجازه دهید سیم پیچ های استاتور توسط یک ولتاژ متقارن سه فاز با تغییر فاز ولتاژ و جریان 120 درجه تغذیه شود.

اگر برای سیم پیچ اوهفاز اولیه جریان را برابر با صفر بگیرید، سپس مقادیر لحظه ای جریان ها شکل می گیرند.

نمودارهای فعلی در شکل نشان داده شده است. 3.6. اجازه دهید فرض کنیم که در هر سیم پیچ فقط دو سیم وجود دارد که دو شیار به صورت قطری را اشغال می کنند.

برنج. 3.5 شکل. 3.6

همانطور که در شکل دیده میشود. 3.6، در زمان بهجریان فاز آمثبت و در مرحله که درو با- منفی.

اگر جریان مثبت باشد، جهت جریان را از ابتدا تا انتهای سیم پیچ می گیریم که با علامت "x" در ابتدای سیم پیچ و علامت "" مطابقت دارد. · "(نقطه) در انتهای سیم پیچ. با استفاده از قانون پروانه سمت راست، به راحتی می توان الگوی توزیع میدان مغناطیسی را برای لحظه ای در زمان پیدا کرد. به(شکل 3.7، الف). محور میدان مغناطیسی حاصل با القاء در صورتبه صورت افقی قرار گرفته است.

در شکل 3.7، بتصویر میدان مغناطیسی را در یک لحظه از زمان نشان می دهد ti, مربوط به تغییر فاز جریان با زاویه = 60 درجه است. در این لحظه در زمان، جریانات در فازها آو که درمثبت، یعنی جریان از ابتدا تا انتها در آنها جریان دارد و جریان در فاز است با – منفی یعنی از آخر به اول می رود. میدان مغناطیسی با زاویه 60 درجه در جهت عقربه های ساعت می چرخد. اگر فرکانس زاویه ای جریان باشد، پس . (در اینجا، فرکانس جریان در شبکه کجاست). در لحظاتی از زمان تی 2 و t 3محور میدان مغناطیسی بر این اساس در زوایا می چرخد ​​و (شکل 3.6، c و ز).پس از مدت زمانی برابر با دوره تی , محور میدان موقعیت اصلی خود را خواهد گرفت. بنابراین، در طول دوره تی میدان یک انقلاب می کند (شکل 3.7، د) ( ()). در مورد در نظر گرفته شده، تعداد قطب 2r = 2و میدان مغناطیسی با فرکانس می چرخد n 1 =60 f 1 =60∙50=3000 دور در دقیقه ( f 1 =50 هرتز – فرکانس صنعتی). می توان ثابت کرد که القای مغناطیسی حاصل یک میدان دوار با دامنه است

جایی که دبلیو – حداکثر القای یک فاز؛ نفوذ- حداکثر القای سه فاز؛ - زاویه بین محور افقی و خط مستقیمی که مرکز را با یک نقطه دلخواه بین استاتور و روتور متصل می کند.

جهت چرخش میدان. در مورد در نظر گرفته شده، جهت چرخش میدان با جهت حرکت در جهت عقربه های ساعت منطبق است. به عنوان مثال، اگر پایانه های هر دو فاز ولتاژ تغذیه را تعویض کنید ب و با , که با توالی معکوس فازها مطابقت دارد، جهت چرخش میدان مخالف (در خلاف جهت عقربه های ساعت) خواهد بود، یعنی میدان مغناطیسی معکوس است (شکل 3.8 را ببینید).

فرمول فرکانس چرخش میدان اگر تعداد سیم پیچ ها در هر فاز افزایش یابد و تغییر فاز بین جریان ها در 120 درجه نگه داشته شود، فرکانس چرخش میدان تغییر می کند. به عنوان مثال، با دو سیم پیچ در هر فاز، که در شکل نشان داده شده است. 3.9، میدان در یک دوره 180 درجه در فضا می چرخد.

برنج. 3.8 شکل. 3.9 شکل. 3.10

برای به دست آوردن تصویری از زمین، اجازه دهید لحظه ای را در نظر بگیریم به, زمانی که جریان در فاز است آمثبت است و جریان ها در فاز هستند ب و جمنفی. با استفاده از قاعده علائم برای جریان، متوجه می شویم که در این مورد تعداد قطب ها 2r = 4یا p = 2و سپس n 1 = 60 f 1 / پ = 3000/2 =1500 دور در دقیقه با استدلال به روشی مشابه، برای سه سیم پیچ در هر فاز، الگوی میدان نشان داده شده در شکل 3.10 را پیدا می کنیم. در اینجا p = 3 و بنابراین، n 1 = 1000 دور در دقیقه

فرمول کلی برای تعیین سرعت چرخش، دور در دقیقه، خواهد بود

n 1 = 60 f 1 / پ (3.1)

در تمام موارد در نظر گرفته شده، سیم پیچ های هر فاز به صورت سری به یکدیگر متصل شدند. با این اتصال است که فرکانس چرخش میدان استاتور برای آر= 1، 2 و 3 در f 1 = 50 هرتز به ترتیب 3000، 1500 و 1000 دور در دقیقه بود.

اتصال موازی کویل ها. اجازه دهید نشان دهیم که وقتی سیم‌پیچ‌ها از یک فاز به فاز دیگر سوئیچ می‌شوند و زمانی که به صورت موازی به هم متصل می‌شوند، تعداد قطب‌های میدان و در نتیجه فرکانس چرخش میدان با موارد در نظر گرفته شده متفاوت خواهد بود. به عنوان مثال، بیایید در هر فاز دو سیم پیچ را در نظر بگیریم و همانطور که در شکل 3.11 نشان داده شده است، آنها را به صورت موازی به یکدیگر متصل کنیم. آو به شکل بسط یافته در شکل. 3.11، 6 . از تصویر میدان مشخص است که آر= 1 و سرعت چرخش n 1 = 3000 دور در دقیقه در بالا نشان داده شد که وقتی همان سیم پیچ ها به صورت سری وصل می شدند، سرعت چرخش 1500 دور در دقیقه بود. هنگامی که فرکانس فعلی در شبکه 50 هرتز است، فرکانس چرخش میدان استاتور از عبارت تعیین می شود.

n 1 = 60 f 1 / پ = 60 ∙50 / پ .

با توجه به تعداد متفاوتی از جفت قطب آر = 1، 2، 3، 4، 5، 6، 8، 10، فرکانس چرخش میدان را پیدا می کنیم. نتایج محاسبات در جدول خلاصه شده است. 3.1.

جدول 3.1

نیروی جاذبه الکتریکی آسان است