Принцип на действие
Всички в уроци по физика на училище демонстрираха експерименти с телена рамка, поставена в поле на постоянен магнит. Ако през рамката се премине ток, тогава Амперните сили ще действат върху проводниците в дясната и лявата част на рамката, създавайки въртящ момент, а рамката с ток ще се върти, докато заеме позиция, в която действащите сили се балансират.
Ако накарате полето да се върти, рамката с тока ще се върти заедно с нея. Принципът на синхронния двигател се основава на този принцип. Рамка с магнити е аналог на електрически мотор. Въртящата се рамка с ток - ротора. Стационарни магнити - статора.
Трифазен синхронен двигател
Сега е необходимо да се принуди стационарният статор да създаде въртящо се магнитно поле.
Първо, ще заменим постоянните магнити с токови намотки в статорните намотки. А токова намотка създава същото магнитно поле като магнит. Поставете на статора не един магнитен намотка, а три, превръщайки ги на 120 градуса един спрямо друг. Ние доставяме променлив ток към тези намотки с фазово изместване от 120 градуса. По този начин фазите се изместват в трифазна мрежа.
Полученото магнитно поле е резултат от векторното прибавяне на три полета. Общият вектор на магнитна индукция ще се върти с честота на променлив ток. В един период магнитното поле, създадено от трифазния статор на двигателя, прави пълен оборот. Роторът, който е подобен на намотка с ток, се върти с магнитното поле на статора при същата скорост. По този начин роторът на синхронния двигател завърта честотата на променливия ток.
Синхронните двигатели имат най-добрата производителност, развиват максимална мощност и осигуряват висока ефективност. Въпреки това, има тежък ротор с намотки, който е трудно да се балансира. Към намотките на ротора трябва да се подава ток, което изисква използването на изключително ненадежден комплект от четки. Като цяло синхронният двигател е добър, но труден, скъп и не много надежден.
Трифазен асинхронен двигател
Затворете краищата на рамката. Получаваме една катерица. Нашият трифазен статор създава въртящо се магнитно поле. Нека това поле и създава ток в късо съединение ротор.
Когато статорното поле се върти спрямо фиксирана рамка, то създава променлив магнитен поток в своя контур. Според закона на електромагнитната индукция, променливото поле индуцира електрически ток в рамката . Токът създава въртящ момент и рамката се върти след магнитното поле, както при синхронния двигател.
Но има една основна разлика. При синхронния двигател роторът се върти едновременно, т.е. синхронно със статорното поле. Роторът спрямо статорното поле е неподвижен.
При асинхронен двигател роторът се опитва да настигне въртящото се поле, но винаги изостава малко, сякаш се плъзга срещу него. Ако внезапно скоростта на въртене на ротора е точно равна на скоростта на полето, индукционният ток вече няма да бъде индуциран в ротора.
Разликата в честотата на въртене на магнитното поле и на ротора на асинхронния двигател се нарича приплъзване. Това осигурява наличието на ток в ротора.
Асинхронните двигатели са по-ниско синхронни във всички характеристики, но са много по-прости, по-лесни, по-надеждни и по-евтини. Практически всички електродвигатели, използвани в промишлеността днес са асинхронни трифазни двигатели.
Механични характеристики
Механичната характеристика на двигателя е зависимостта на въртящия момент на вала от скоростта на въртене.
Както вече споменахме, скоростта на въртене на ротора в асинхронния двигател винаги е различна от скоростта на въртене на статорното поле с количеството на плъзгане.
Slip S = (n1 - n2) / n1, където n1 е скоростта на въртене на полето, а n2 е скоростта на въртене на ротора.
Характеристиката показва, че двигателят може да работи в пет режима:
- Работата на празен ход.
- Започнете.
- Режим на двигателя.
- Режим на възстановяване.
- Режим генератор.
В режим на празен ход плъзгачът S е равен на 0. Роторът се върти синхронно с магнитното поле, както в синхронния двигател, а въртящият момент е 0. Режимът на работа на празен ход е чисто хипотетичен и никога не се прилага на практика.
В момента на пускане, роторът е все още и S = 1. Въртящият момент при S = 1 се нарича начален въртящ момент.
След стартиране роторът влиза в моторния режим и започва да се върти, като постепенно достига до магнитното поле. В моторния режим 1> S> 0.
Ако роторът изведнъж някак си изпревари полето, тогава ще дойде режимът на възстановяване. В този случай двигателят изпраща енергия към мрежата. В режим на възстановяване S <0.
S> 1 съответства на режима на генератора. В генераторния режим роторът се движи към потока и генерира електрически ток.
S = Sn съответства на номиналния режим. Номиналната стойност на приплъзване обикновено е 2−8%.
Еднофазен асинхронен двигател
Можете дори да просите трифазен асинхронен двигател.
Нека оставим само една намотка на статора и да дадем еднофазен електрически ток там. Имаме еднофазен асинхронен двигател. В този двигател полето на статора е неподвижно - това е основната разлика между еднофазен двигател и многофазен двигател. Въпреки това, такъв двигател работи.
Еднофазен двигател не може да стартира самостоятелно. Нищо особено. Запознат с нас, двигателят с вътрешно горене също трябва първо да отприщи. В колата използваме допълнителен електрически мотор - стартер, а в резачка го правим ръчно, като дърпаме стартовия кабел.
Ако еднофазен двигател бъде натиснат и във всяка посока, той ще се ускори и ще поддържа ротация в дадена посока.
Ако роторът се върти в определена посока, той ще се движи заедно с едно поле и към друго.
Двигателят може да бъде представен като два трифазни двигателя, монтирани на един вал, но включени в обратната посока. При стартиране валът е неподвижен и двигателите се балансират.
Ако валът се отвори от външна сила в някаква посока, тогава един двигател, пуснат в същата посока, ще бъде в режим на двигателя, а другият - в генераторния. Механичната характеристика показва, че въртящият момент в моторния режим е по-голям, отколкото в генераторния режим, поради което свързаният двигател издърпва.
начало
За да се стартира еднофазен електродвигател, перпендикулярно на статора й перпендикулярно към главния е навита допълнителна начална намотка и в нея се подава ток с фазово изместване. За фазово изместване последователно с намотката се включва изместващ фаза елемент. Като фазов преходен елемент, можете да използвате резистор, дросел или кондензатор. Във всеки случай, общият импеданс в основния и началото намотки вериги ще бъдат различни, и токове ще получат фаза смяна.
Най-често се използва кондензатор за фазово изместване.
Скорост на въртене
Мрежите на нашите енергийни компании използват променливо напрежение 220/380 с честота 50 Hz. Освен това, AC честотата от 50 Hz се поддържа с точност от 2%. Както вече знаем, роторът на синхронния електродвигател се върти с честотата на променливия ток . Тоест при честота на мрежата от 50 Hz роторът произвежда 50 оборота в секунда или 3000 оборота в минута. Намотката на статора може да бъде разделена на секции и да направи двигателя многополюсен. При многополюсен двигател скоростта намалява с увеличаване на броя на полюсите и обикновено е равна на 3000 / p оборота, където p е броят на полюсите.
По този начин скоростта на въртене на електродвигателя в нашата страна не може да бъде по-висока от 3000 оборота в минута. В страни, където е приета мрежова честота от 60 Hz, например в САЩ, електрическите двигатели се въртят с максимална скорост от 3600 оборота в минута. И тук отново сме зад Америка.
В синхронния електродвигател скоростта не зависи от товара. С увеличаване на натоварването роторът на синхронната машина изостава от полето при по-голям ъгъл, но скоростта на въртене не се променя.
В асинхронен режим, количеството на приплъзване зависи от товара. По този начин, с увеличаване на натоварването, скоростта на асинхронния електродвигател пада.
Електрически схеми
Стартиращата намотка, включена с фазово изместване, превръща магнитното поле и превръща еднофазния двигател в двуфазен за времето на стартиране.
Допълнителната намотка не е предназначена за продължителна работа и трябва да бъде изключена след влизане в режим на работа. Прекъсването се извършва или ръчно с бутон, или с центробежен превключвател, или с термично реле за загряване на стартовата намотка.
В еднофазен двигател в работен режим магнитното поле на статора е неподвижно . Това е основната му разлика от многофазната.
Понякога погрешно се наричат еднофазни електродвигатели, допълнителната намотка на които е свързана постоянно чрез кондензатор.
Възможно е да се свърже трифазен двигател към еднофазна мрежа, ако една от фазните намотки е свързана чрез кондензатор. Така че, ако изведнъж имате на разположение индустриален трифазен електродвигател, можете да го използвате в еднофазна домашна мрежа, макар и със загуба на мощност и по-ниска ефективност.
Сравнение на двигателите
синхронен
- На ротора има намотка, в която протича ток.
- Честотата на въртене на вала е същата или кратна на честотата на електрозахранването.
- Скоростта е стабилна и не се променя при натоварване.
асинхронни
- Роторът не е свързан към източника на ток.
- Честотата на въртене на вала под честотата на мрежата върху размера на приплъзване.
- Скоростта намалява с увеличаване на натоварването.
Еднофазна асинхронна
- Единственото навиване на статора.
- Завърта се във всяка посока.
- Не започва от само себе си.