Prostota technicznej realizacji ruchu kołowego do wirowania pola magnetycznego jest podstawą działania wszystkich maszyn trójfazowych, w tym generatorów i silników elektrycznych.
Warunki powstania wirującego pola magnetycznego. Jego powstanie następuje poprzez jednoczesne spełnienie dwóch warunków:
1. Poprzez umieszczenie trzech uzwojeń o tych samych parametrach elektrycznych w tej samej płaszczyźnie obrotu z jednakowym przesunięciem kątowym (Δα=360°/3=120°);
2. Przechodząc przez te uzwojenia sinusoidalne harmoniczne prądów o równej wielkości i kształcie, które są przesunięte w czasie o jedną trzecią okresu (o 120 ° w częstotliwości kątowej).
Utworzone okrągłe pole magnetyczne zacznie się obracać. Stała indukcja wytworzonego pola ma maksymalną amplitudę o wartości Bmax skierowaną wzdłuż osi pola ze stałą prędkością kątową ωp.
Położenie trzech uzwojeń cewki w tej samej płaszczyźnie obrotu pokazano na rysunku i spełnia wymagania pierwszego warunku.
Przez uzwojenia cewki OH, PRZEZ, C-Z od ich początku (wejście) A, W, Z do końca (wyjścia) X, Y, Z przepływa elektryczny symetryczny prąd trójfazowy, którego wartość w dowolnej chwili oblicza się za pomocą wyrażeń:
iA=Im*sin(ωt+0);
iВ=Im∙sin(ωt-120°);
iС=Im∙sin(ωt+120°).
Każdy zwój uzwojenia cewki tworzy własne, indywidualne pole magnetyczne, w którym indukcja jest proporcjonalna do prądu przepływającego przez zwój (B=k*i). Suma pól wszystkich zwojów w każdej cewce tworzy układ trzech indukcji, symetrycznych względem środka obrotu (początku współrzędnych):
VA=Bm∙sin(ωt+0);
ВB=Вm∙sin(ωt+0);
ВC=Вm∙sin(ωt+0).
Pola magnetyczne jako wektory indukcyjne VA, B.B, Słońce mają ściśle wyraźną orientację w przestrzeni, określoną przez dobrze znaną regułę świdra w odniesieniu do dodatniego kierunku prądu w uzwojeniu cewki.
Całkowity (wypadkowy) wektor indukcji magnetycznej B z generowanego pola magnetycznego w maszynie elektrycznej oblicza się przez sumowanie geometryczne wektorów fazowych VA, B.B, Słońce ze wszystkich cewek.
W szczególnym przypadku do czasowego oszacowania wektora indukcji magnetycznej wybiera się kilka punktów okresu, na przykład te, które odpowiadają 0, 30 i 60 stopniom jego obrotu względem początkowej rzędnej.
Przestrzenny układ wektorów indukcji każdej fazy i wynikowy wektor uzyskany z ich geometrycznego dodania dla każdego przypadku na płaszczyźnie zespolonej przedstawiono za pomocą wykresów.
Wygodnie jest przeanalizować wyniki dodawania graficznego po przedstawieniu ich w osobnej tabeli:
Wyniki analizy wskazują, że całkowity wektor indukcyjny B wszystkich pól magnetycznych faz maszyny ma jedną stałą wartość we wszystkich rozpatrywanych punktach. Podobne wnioski można uzyskać, rozwiązując matematycznie podobny problem dla dowolnych innych momentów czasu.
Własności wektora indukcji magnetycznej W :
Kierunek jego obrotu w przestrzeni odpowiada ruchowi w najbliższym kierunku od cewki A w kierunku cewki W;
Wiadomo, że wokół przewodnika z prądem zawsze powstaje pole magnetyczne. Jego kierunek określa reguła śruby prawoskrętnej („świder”).
Narysujmy linię sił magnetycznych wokół przewodników C i Y oraz odpowiednio B i Z (patrz linie przerywane na ryc. 5.2.2 a).
Rozważmy teraz czas t 2 . W tym czasie w fazie B nie będzie prądu. W przewodzie A fazy A-X będzie miał znak (+), aw przewodzie C fazy C-Z będzie miał znak (·). Teraz odłóżmy znaki: w przewodniku X - (·), aw przewodniku Z - (+).
,
reprezentuje całkowitą moc mechaniczną wytwarzaną przez silnik.
5.8. SCHEMAT ZAMIANY SILNIKA ASYCHRONICZNEGO
Równania pola elektromagnetycznego i prądów odpowiadają równoważnemu obwodowi równoważnemu (ryc. 5.8.1.). W ten sposób złożony obwód magnetyczny maszyny elektrycznej można zastąpić obwodem elektrycznym. Rezystancję r 2"(1 - S)/S można uznać za rezystancję zewnętrzną zawartą w uzwojeniu wirnika. Jest to jedyny zmienny parametr obwodu. Zmiana tej rezystancji jest równoznaczna ze zmianą obciążenia silnika wału, a co za tym idzie zmiana poślizgu S.
5.9. STRATY I SPRAWNOŚĆ SILNIKA ASYCHRONICZNEGO
Moc P 1 jest dostarczana do uzwojenia stojana z sieci. Część tej mocy przypada na straty w stali P sl, a także straty w uzwojeniu stojana Р e1:
Pozostała moc jest przekazywana do wirnika za pomocą strumienia magnetycznego i nazywana jest mocą elektromagnetyczną:
Część mocy elektromagnetycznej jest zużywana na pokrycie strat elektrycznych w uzwojeniu wirnika:
Pozostała moc jest zamieniana na moc mechaniczną, zwaną całkowitą mocą mechaniczną:
R 2 "= R em -R e2
Korzystając z wcześniej otrzymanego wzoru
piszemy wyrażenie na całkowitą moc mechaniczną:
P e2 \u003d SP em,
te. moc strat elektrycznych jest proporcjonalna do poślizgu.
Moc na wale silnika P 2 jest mniejsza od całkowitej mocy mechanicznej P 2 ’ o wartość mechanicznego P mech i dodatkowych strat P ext:
P 2 \u003d P 2 '- (P mech. + P ext.).
Zatem:
SP \u003d P sl + R e1 + R e2 + R mech. +R wewn.
Sprawność to stosunek mocy na wale P 2 do poboru mocy P 1:
5.10. RÓWNANIE MOMENTU OBROTOWEGO
Moment obrotowy w silniku indukcyjnym powstaje w wyniku oddziaływania prądu wirnika z polem magnetycznym maszyny. Moment obrotowy można matematycznie wyrazić jako moc elektromagnetyczną maszyny:
,gdzie w 1 =2pn 1 /60 jest kątową częstotliwością wirowania pola.
Z kolei n 1 \u003d f 1 60 / P
.
Podstawiamy wyrażenie R em \u003d R e2 / S do wzoru M 1 i dzieląc przez 9,81 otrzymujemy:
,
Wynika z tego, że moment obrotowy silnika jest proporcjonalny do strat elektrycznych w wirniku. Zastąp w ostatniej formule wartość prądu I 2 ’:
,
,
Jednak szeroki rozwój techniki, kreatywność techniczna uczniów wymaga znajomości szeregu dodatkowych możliwości wykorzystania tych materiałów. Rozważmy tylko kilka z nich.
5.18.2 Regulatory indukcyjne i regulatory fazy
Indukcyjne regulatory napięcia to zablokowany silnik indukcyjny z wirnikiem fazowym. Mogą regulować napięcie w szerokim zakresie. Uzwojenia stojana i wirnika w regulatorze są połączone elektrycznie, ale w taki sposób, że można je przesuwać względem siebie, obracając wirnik. Gdy regulator indukcyjny jest podłączony do sieci, wirujący strumień magnetyczny indukuje pole elektromagnetyczne E 1 i E 2 w uzwojeniach stojana i wirnika. Gdy osie pokrywają się w uzwojeniach, EMF E 1 i E 2 są w fazie, a maksymalna wartość napięcia jest ustawiana na zaciskach wyjściowych regulatora.
Gdy wirnik obraca się, osie uzwojenia obracają się o pewien kąt a. Wektor E2 również przesuwa się o ten sam kąt. W takim przypadku napięcie wyjściowe spada. Obracając wirnik o 180°, ustalamy minimalne napięcie na wyjściu.
Regulator fazy jest przeznaczony do zmiany fazy napięcia wtórnego względem pierwotnego. W tym przypadku wartość napięcia wtórnego pozostaje niezmieniona.
Regulator fazy jest maszyną asynchroniczną, hamowaną przez specjalne urządzenie obrotowe. Napięcie jest dostarczane do uzwojenia stojana i usuwane z wirnika. W przeciwieństwie do regulatora indukcyjnego tutaj uzwojenia stojana i wirnika nie są połączone elektrycznie. Zmiana fazy napięcia wtórnego odbywa się poprzez obrót wirnika względem stojana.
Znajduje zastosowanie w automatyce i technice pomiarowej.
5.18.3 Asynchroniczna przetwornica częstotliwości
Jak wiadomo, częstotliwość prądu w obwodzie wirnika silnika indukcyjnego zależy od poślizgu, tj. jest określona przez różnicę między częstotliwościami obrotów wirnika i pola stojana.
.
Podana właściwość pozwala na wykorzystanie silnika jako przetwornicy częstotliwości (Rys. 5.18.3.1). Jeżeli uzwojenie stojana jest podłączone do sieci o częstotliwości przemysłowej f 1, a wirnik jest obracany względem pola stojana przez zewnętrzny silnik, wówczas poślizg wzrasta, a częstotliwość prądu wirnika f 2 odpowiednio wzrasta w porównaniu z częstotliwością sieci f1 kilka razy. Jeżeli wymagane jest zmniejszenie częstotliwości prądu, wówczas wirnik przekształtnika należy obrócić w kierunku wirującego pola stojana.
5.18.4 Elektromagnetyczne sprzęgło asynchroniczne
Elektromagnetyczne sprzęgło asynchroniczne (ryc. 5.18.4.1) jest ustawione zgodnie z zasadą silnika asynchronicznego i służy do połączenia dwóch części wału. Na czołowej części wału 1 umieszczony jest układ biegunowy 2, który jest układem wydatnych biegunów z cewkami wzbudzającymi. Prąd stały w cewce wzbudzenia jest dostarczany przez pierścienie ślizgowe 4. Część napędzana sprzęgła 3 jest wykonana zgodnie z rodzajem uzwojenia wirnika silnika.
Zasada działania sprzęgła jest podobna do działania silnika asynchronicznego, tylko wirujący strumień magnetyczny jest tutaj tworzony przez mechaniczny obrót układu biegunów. Moment obrotowy z części napędzającej wału na część napędzaną przenoszony jest drogą elektromagnetyczną. Sprzęgło jest odłączane przez wyłączenie prądu wzbudzenia.
Okrągłe wirujące pole magnetyczne ma następujące charakterystyczne właściwości:
a) maksima wynikowych fal MMF i fal indukcyjnych zawsze pokrywają się z osią fazy, w której prąd ma maksimum. Pozycję tę można łatwo zweryfikować, ustawiając ilość ωt, odpowiadające maksymalnemu prądowi w fazie i określające przez (3.15) współrzędną punktu X, w którym MDS F" X maksymalny;
b) pole magnetyczne przesuwa się w kierunku osi fazy, w której spodziewane jest najbliższe maksimum. Ta właściwość wynika bezpośrednio z poprzedniej;
c) aby zmienić kierunek wirowania pola, konieczna jest zmiana kolejności naprzemienności prądu w fazach. W tym celu w maszynach trójfazowych należy zamienić przewody doprowadzające prąd z sieci trójfazowej na dowolne dwie fazy uzwojenia. W maszynach dwufazowych należy zamienić przewody łączące fazy uzwojenia z siecią dwufazową.
Pole eliptyczne. Kołowe wirujące pole magnetyczne występuje przy symetrii prądów przechodzących przez fazy (symetrie MKZ cewek poszczególnych faz), symetrycznym rozmieszczeniu tych faz w przestrzeni, przesunięciu czasowym między prądami fazowymi równym przesunięciu przestrzennemu między fazy i sinusoidalny rozkład indukcji w szczelinie powietrznej maszyny na obwodzie stojana (wirnika). Jeśli nie zostanie spełniony przynajmniej jeden z tych warunków, powstaje nie kołowe, ale eliptyczne pole wirujące, w którym maksymalna wartość wypadkowej MMF i indukcji dla różnych momentów czasu nie pozostaje stała, jak w przypadku pola kołowego. W takim polu wektor przestrzenny MDS opisuje elipsę (patrz ryc. 3.12, V).
Pole eliptyczne można przedstawić jako dwa równoważne pola kołowe obracające się w przeciwnych kierunkach. Nazywa się pole obracające się zgodnie z kierunkiem obrotu wypadkowego pola eliptycznego bezpośredni; pole obracające się w przeciwnym kierunku odwracać. Rozkład pola eliptycznego na bezpośrednie i odwrotne pola kołowe przeprowadza się metodą składowych symetrycznych, za pomocą których określa się MMF ciągu bezpośredniego i odwrotnego.
Rozważmy na przykład maszynę dwufazową, w której na stojanie znajdują się dwa uzwojenia fazowe (fazy) OH I PRZEZ, którego osie są przesunięte w przestrzeni o pewien kąt α (ryc. 3.16, A). Prądy przechodzące przez te fazy i odpowiadające im wektory MMF FxA I FxB przesunięte w czasie o pewien kąt β. Fazy OH I PRZEZ wytwarzać pulsujące pola magnetyczne rozłożone sinusoidalnie w przestrzeni. MDS tych faz, działając w dowolnym momencie X szczelina powietrzna,
FxA = FmA sin ωt cos(πx/τ); FxB = FmB sin(ωt + β)cos(πx/τ + α).
FRP faz AX i BY, podobnie jak (3.15), można przedstawić jako sumę dwóch fal wędrujących FRP o przeciwnych kierunkach:
W wyrażeniach (3.21) kąty czasowe i przestrzenne są dodawane lub odejmowane, tj. stają się równoważne. Wyjaśnia to fakt, że położenie przestrzenne wektora MMF pola wirującego jest określone przez czas i częstotliwość prądu zasilającego fazy - w jednym okresie pole przemieszcza się do pary biegunów. Powstałe pole magnetyczne utworzone przez połączone działanie dwóch uzwojeń można uzyskać, dodając składowe bezpośredniej kolejności wektorów MMF obracających się zgodnie z ruchem wskazówek zegara (tworząc pole bezpośrednie):
F "xA \u003d 0,5FmA grzech (ωt - πx / τ) i F"xB \u003d 0,5FmB grzech (ωt + β - πx / τ ± α),
Jak również wektory MDS o sekwencji ujemnej, obracające się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara (tworząc pole odwrócone)
| F "xA \u003d 0,5FmA grzech (ωt + πx / τ) i F"xB \u003d 0,5FmB grzech (ωt + β + πx / τ |
|
α). |
Całkowity FRP pól obracających się w przeciwnych kierunkach, tj. F"x \u003d F"xA + F"xB I F""x = F"xA + F"xB, nie są równe pod względem wielkości (ryc. 3.16.6), a zatem pole wynikowe maszyny nie pulsuje, ale obraca się. W tym polu maksymalna wartość wynikowego MMF w różnych momentach nie pozostaje stała, jak w przypadku pola kołowego, tj. pole jest eliptyczne. W maszynie dwufazowej można również uzyskać okrągłe pole wirujące; podczas gdy jeden ze składników MDS F"x Lub F"x powinien być nieobecny. Warunki uzyskania pola kołowego w takiej maszynie sprowadzają się do wzajemnej kompensacji jednej z par MMF F"xA I F"xB Lub F"xA I F"xB. To ostatnie może być, jeśli określone MDS są równe pod względem amplitudy, ale przeciwne w fazie, tj. jeśli α ± β = π .
W indukcyjnych maszynach elektrycznych uzwojenia stojana i wirnika są połączone polem magnetycznym. W celu skomunikowania obracającej się części maszyny z maszyną nieruchomą w szczelinie powietrznej poprzez układ uzwojeń stojana należy stworzyć obracanie pole magnetyczne.
Przez obracanie będziemy rozumieć takie pole magnetyczne, którego wektor indukcji porusza się w przestrzeni (w płaszczyźnie prostopadłej do osi wirnika) z pewną prędkością kątową. Jeżeli amplituda wektora indukcji jest stała, to takie pole nazywa się okólnik. Wirujące pole magnetyczne można wytworzyć:
- prąd przemienny w dwufazowym układzie uzwojeń przesuniętych w przestrzeni o 90 °;
- trójfazowy prąd przemienny w trójfazowym układzie uzwojeń przesuniętych w przestrzeni o 120°;
- prąd stały przełączany szeregowo wzdłuż uzwojeń rozmieszczonych wzdłuż otworu stojana silnika;
- prąd stały, przełączany za pomocą komutatora wzdłuż gałęzi uzwojenia umieszczonych wzdłuż powierzchni wirnika (twornicy). Powstawanie wirującego pola magnetycznego w maszynie dwufazowej
- (Ryż. 1.2). W takiej maszynie osie nawijania są przesunięte geometrycznie o 90° (rozważana jest maszyna z jedną parą biegunów, p n = 1). Uzwojenia stojana są zasilane napięciem dwufazowym, jak pokazano na rys. 1.2, ja. Zakładając, że maszyna jest symetryczna i nienasycona, zakładamy, że prądy w uzwojeniach są również przesunięte o 90 stopni elektrycznych (90 ° el.), a siła magnetomotoryczna uzwojeń jest proporcjonalna do prądu (ryc. 1 .2,6). W chwila czasu, = 0 prąd uzwojenia A wynosi zero, a prąd w uzwojeniu B ma najbardziej ujemną wartość.
Ryż. 1.2. Powstawanie wirującego pola magnetycznego w dwufazowej maszynie elektrycznej: a - obwód przełączania uzwojeń: b - układ prądów dwufazowych w uzwojeniach stojana: V- przestrzenny diagram wektorowy sił poruszających się magnetycznie, generowanych przez uzwojenia stojana
Zatem całkowity wektor sił poruszających się magnetycznie (MMF) uzwojeń w danej chwili jest równy t i znajduje się w przestrzeni, jak pokazano na rys. 1.2 V. W tej chwili c 2 \u003d 7 s / prądy w uzwojeniach będą Tl m / iw konsekwencji całkowity wektor MDS obróci się o kąt Do/ and_zajmuje w przestrzeni pozycję wskazaną na ryc. 12, V, jak 2 = 2 + 2 . W tym momencie
czas w 2 \u003d i / 2, całkowity wektor MDS będzie równy. Podobnie można prześledzić, jak zmienia się pozycja całkowitego wektora MDS w punktach czasowych itp. Można zauważyć, że wektor obraca się w przestrzeni z prędkością ω = 2ts, zachowując stałą amplitudę. Kierunek wirowania pola jest zgodny z ruchem wskazówek zegara. Proponujemy upewnić się, że jeśli ubiegasz się o fazę A napięcie \u003d (co -) i na fazę B napięcie = co, następnie kierunek
obrót zostanie odwrócony.
Ryż. 1.3. Schematy włączania uzwojeń silnika trójfazowego: a - położenie uzwojeń silnika przy p p \u003d 1; b - połączenie uzwojeń w gwiazdę; V- wykresy prądów trójfazowych w uzwojeniach silnika
Zatem połączenie przestrzennego przesunięcia osi uzwojeń o 90 stopni geometrycznych (90°) i przesunięcia fazowego prądu przemiennego w uzwojeniach o (90° el.) stopni elektrycznych umożliwia wytworzenie pola magnetycznego obracające się wzdłuż obwodu stojana w szczelinie powietrznej maszyny.
Mechanizm powstawania wirującego pola magnetycznego w trójfazowej maszynie prądu przemiennego. Uzwojenia maszyny są przesunięte w przestrzeni o 120 ° (ryc. 1.3, a) i są zasilane napięciem trójfazowym. Prądy w uzwojeniu maszyny są przesunięte o 120°el. (ryc. 1.3, V):
Otrzymany wektor MMF uzwojeń stojana to:
Gdzie w- liczba zwojów uzwojeń.
Rozważ położenie wektora w przestrzeni w danym momencie (ryc. 1.4, o). Wektor uzwojenia MMF o t jest skierowany wzdłuż osi o w kierunku dodatnim i jest równy 0, w, te. O, . Uzwojenie wektora MDS Z, skierowany wzdłuż osi Z i jest równe 0, . Suma wektorów j i j jest skierowana wzdłuż osi B w kierunku ujemnym i do tej sumy dodaje się wektor uzwojenia MMF B, równy Suma trzech wektorów tworzy wektor X= 3 /2, zajmując w danym momencie pozycję pokazaną na ryc. 1,4, ok. Po upływie czasu \u003d l / Zco (przy częstotliwości 50 Hz po 1/300 s) nadejdzie moment czasu 2, w którym wektor MMF uzwojenia o jest równy, a wektory MMF uzwojeń B I Z są równe - 0,5 . Wynikowy wektor MDS 2 w czasie 2 zajmie pozycję pokazaną na ryc. 1.4.5, tj. przesunąć względem poprzedniej pozycji Na 60° zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Łatwo jest upewnić się, że w czasie 3 wynikowy wektor MMF uzwojeń stojana zajmie pozycję 3, tj. będzie nadal poruszał się zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Podczas okresu napięcia zasilania = 2l/co = 1/ wynikowy wektor MMF wykona pełny obrót, tj. prędkość wirowania pola stojana jest wprost proporcjonalna do częstotliwości prądu w jego uzwojeniach i odwrotnie proporcjonalna do liczby par biegunów:
gdzie n to liczba par biegunów maszyny.
Jeżeli liczba par biegunów silnika jest większa niż jeden, to zwiększa się liczba odcinków uzwojenia rozmieszczonych na obwodzie stojana. Tak więc, jeśli liczba par biegunów n \u003d 2, wówczas trzy uzwojenia fazowe będą znajdować się na jednej połowie obwodu stojana, a trzy na drugiej. W takim przypadku przez jeden okres napięcia zasilania wypadkowy wektor MMF wykona pół obrotu, a prędkość wirowania pola magnetycznego stojana będzie o połowę mniejsza niż w maszynach o „=1-
Ryż. 1.4.A- co \u003d 7s / B- co \u003d l / V- co \u003d 7s /
Działanie prawie wszystkich silników prądu przemiennego: synchronicznych ze wzbudzeniem elektromagnetycznym (SM), ze wzbudzeniem od magnesów trwałych (PMSM), synchronicznych silników reluktancyjnych (SRM) i silników asynchronicznych (IM) - leży zasada tworzenia wirującego pola magnetycznego.
Zgodnie z zasadami elektrodynamiki, we wszystkich silnikach elektrycznych (z wyjątkiem biernych) powstający moment elektromagnetyczny jest wynikiem oddziaływania strumieni magnetycznych (powiązań strumieniowych) powstających w ruchomej i nieruchomej części silnika elektrycznego. Moment jest równy iloczynowi wektorów tych przepływów, co pokazano na ryc. 1,5, a wartość momentu jest równa iloczynowi modułów wektorów strumienia i sinusa kąta przestrzennego 0 między wektorami strumienia:
Gdzie Do - czynnik konstrukcyjny.
Ryż. 1.5.
Synchroniczny(SD, SDPM, SRD) i silniki asynchroniczne mają prawie takie same konstrukcje stojanów, a wirniki są różne. Rozproszone uzwojenia stojana tych silników elektrycznych mieszczą się w stosunkowo dużej liczbie półzamkniętych żłobków stojana. Jeżeli nie uwzględni się wpływu harmonicznych zębów, to uzwojenia stojana tworzą strumień magnetyczny o stałej amplitudzie, obracający się ze stałą prędkością określoną przez częstotliwość prądu. W rzeczywistych konstrukcjach obecność żłobków i zębów obwodu magnetycznego stojana prowadzi do pojawienia się wyższych harmonicznych sił magnesujących, co prowadzi do pulsacji momentu elektromagnetycznego.
Na wirniku SM znajduje się uzwojenie wzbudzenia, które jest zasilane prądem stałym z niezależnego źródła napięcia - wzbudnicy. Prąd wzbudzenia wytwarza pole elektromagnetyczne, które jest nieruchome względem wirnika i wiruje w szczelinie powietrznej wraz z wirnikiem z prędkością co [patrz rys. (1.7)]. W przypadku silników synchronicznych do 100 kW stosuje się wzbudzenie z magnesu trwałego, który jest montowany na wirniku.
Magnetyczne linie sił pola wirnika, wytworzone przez uzwojenie pola lub magnesy trwałe, „sprzęgają się” z wirującym synchronicznie z nim polem elektromagnetycznym stojana. Oddziaływanie pól stojana X a wirnik 0 wytwarza moment elektromagnetyczny na wale maszyny synchronicznej.
W przypadku braku obciążenia na wale wektory pola stojana i wirnika 0 pokrywają się w przestrzeni i obracają się razem z prędkością 0 (ryc. 1.6, i).
Gdy na wał silnika zostanie przyłożony moment oporu, wektory [ i 0 rozchodzą się (rozciągają się jak sprężyna) pod kątem 0, a oba wektory nadal obracają się z tą samą prędkością od 0 (ryc. 1 .6,6). Jeżeli kąt 0 jest dodatni, to maszyna synchroniczna pracuje w trybie silnikowym. Zmiana obciążenia wału silnika odpowiada zmianie kąta 0 Maksymalny moment obrotowy M będzie w 0 = l; / (0 - stopnie elektryczne). Jeśli
obciążenie wału silnika przekracza M wówczas tryb synchroniczny zostaje naruszony, a silnik wypada z synchronizmu. Przy ujemnym kącie 0 maszyna synchroniczna będzie działać jako generator.
Ryż. 1.6.A- przy idealnym biegu jałowym; b - z obciążeniem na wale
Synchroniczny silnik reluktancyjny - jest to silnik z wyraźnymi biegunami wirnika bez uzwojenia wzbudzenia, w którym moment obrotowy wynika z dążenia wirnika do zajęcia pozycji, w której opór magnetyczny między wzbudzonym uzwojeniem stojana a wirnikiem przyjmuje wartość minimalną.
W SynRM wirnik jest biegunem wystającym (ryc. 1.7). Ma różną przewodność magnetyczną wzdłuż osi. Wzdłuż osi podłużnej D, przechodząc przez środek bieguna przewodność jest maksymalna i wzdłuż osi poprzecznej Q- minimalna. Jeżeli oś sił magnesujących stojana pokrywa się z osią wzdłużną wirnika, to nie występuje krzywizna linii sił strumienia magnetycznego, a moment jest równy zeru. Gdy przepływ osi stojana jest przesunięty względem osi wzdłużnej D gdy pole magnetyczne (MF) obraca się, linie strumienia siły są zakrzywione i powstaje moment elektromagnetyczny. Największy moment przy tym samym prądzie stojana uzyskuje się pod kątem 0 = 45°el.
Główna różnica między silnikiem asynchronicznym a silnikiem synchronicznym polega na tym, że prędkość obrotowa wirnika silnika nie jest równa prędkości pola magnetycznego wytwarzanego przez prądy w uzwojeniach stojana. Nazywa się różnicę między prędkościami pól stojana i wirnika przesuwny= co - co. W wyniku poślizgu magnetyczne linie sił wirującego pola stojana przecinają przewody uzwojenia wirnika i indukują w nim pole elektromagnetyczne oraz prąd wirnika. Oddziaływanie pola stojana i prądu wirnika określa moment elektromagnetyczny silnika indukcyjnego.
Ryż. 1.7.
W zależności od konstrukcji wirnika wyróżnia się silniki asynchroniczne faza I zwarty wirnik. W silnikach z wirnikiem fazowym na wirniku znajduje się uzwojenie trójfazowe, którego końce są połączone z pierścieniami ślizgowymi, przez które obwód wirnika jest usuwany z maszyny w celu podłączenia do rezystorów rozruchowych, a następnie zwiera uzwojenia.
W silniku asynchronicznym, przy braku obciążenia na wale, przez uzwojenia stojana przepływają tylko prądy magnesujące, tworząc główny strumień magnetyczny, a amplituda strumienia jest określona przez amplitudę i częstotliwość napięcia zasilania. W tym przypadku wirnik obraca się z taką samą prędkością jak pole stojana. SEM nie jest indukowane w uzwojeniach wirnika, nie ma prądu wirnika, a zatem moment wynosi zero.
Po przyłożeniu obciążenia wirnik obraca się wolniej niż pole, pojawia się poślizg, w uzwojeniach wirnika indukowana jest siła elektromotoryczna proporcjonalna do poślizgu i powstają prądy wirnika. Prąd stojana, podobnie jak w transformatorze, wzrasta o odpowiednią wartość. Iloczyn składowej czynnej prądu wirnika i modułu strumienia stojana określa moment obrotowy silnika.
Tym, co łączy wszystkie silniki [z wyjątkiem silników zaworowo-reluktancyjnych (VID)], jest to, że główny strumień magnetyczny w szczelinie powietrznej obraca się względem nieruchomego stojana z zadaną częstotliwością prędkości kątowej co. Ten strumień magnetyczny porywa wirnik, który obraca się w maszynach synchronicznych z tą samą prędkością kątową co = co lub w maszynach asynchronicznych z pewnym opóźnieniem 5. Linie pola tworzące główny strumień mają minimalną długość, gdy silnik jest na biegu jałowym ( =). W tym przypadku osie wektorów sił magnesujących stojana i wirnika pokrywają się. Gdy na wale silnika pojawia się obciążenie, osie rozchodzą się, a linie sił ulegają zakrzywieniu i wydłużeniu. Ponieważ linie sił zawsze mają tendencję do skracania się, pojawiają się siły styczne, które tworzą moment obrotowy.
W ostatnich latach zaczynają być stosowane przełączane silniki reluktancyjne. Taki silnik ma stojan z wyraźnym biegunem z uzwojeniami cewki na każdym biegunie. Wirnik jest również biegunem wystającym, ale z inną liczbą biegunów bez uzwojeń. Prąd jednobiegunowy jest naprzemiennie dostarczany do uzwojeń stojana ze specjalnego przetwornika - przełącznika, a pobliski ząb wirnika jest przyciągany do tych wzbudzonych biegunów. Następnie kolejny biegun stojana jest kolejno zasilany. Uzwojenia biegunów stojana przełączane są zgodnie z sygnałami z czujnika położenia wirnika. To, jak również fakt, że prąd w uzwojeniach stojana jest regulowany w zależności od momentu obciążenia, jest główną różnicą między VID a silnikiem krokowym.
Na WIDOK (Rys. 1.8) moment obrotowy jest proporcjonalny do amplitudy przepływu głównego i stopnia krzywizny linii pola magnetycznego. Na początku, gdy biegun wirnika (ząb) zaczyna zachodzić na biegun stojana, krzywizna linii pola jest maksymalna, a strumień minimalny. Kiedy nakładanie się biegunów jest maksymalne, krzywizna linii pola jest minimalna, a amplituda przepływu wzrasta, podczas gdy moment pozostaje w przybliżeniu stały. Ponieważ układ magnetyczny VID jest nasycony, wzrost strumienia jest ograniczony, nawet przy wzroście prądu w uzwojeniach VID. Zmiana momentu obrotowego podczas mijania biegunów wirnika względem biegunów stojana powoduje nierównomierny obrót wału VID.
Ryż. 1.8.
W silniku prądu stałego uzwojenie wzbudzenia znajduje się na stojanie, a pole wytworzone przez to uzwojenie jest nieruchome. W tworniku powstaje wirujące pole magnetyczne, którego prędkość obrotowa jest równa prędkości obrotowej twornika, ale skierowana przeciwnie. Osiąga się to dzięki temu, że prąd przemienny przepływa przez zwoje uzwojenia twornika, przełączane przez mechaniczną przetwornicę częstotliwości - urządzenie zbierające.
Moment elektromagnetyczny silnika prądu stałego określa interakcję głównego strumienia wytwarzanego przez uzwojenie wzbudzenia i prądu w zwojach uzwojenia twornika: M = k/ I
Jeśli zastąpimy aparat szczotkowo-kolektorowy silnika prądu stałego przełącznikiem półprzewodnikowym, otrzymamy bezszczotkowy silnik prądu stałego. Praktyczną realizacją takich silników jest silnik bezszczotkowy. Formalnie Silnik bezszczotkowy to trójfazowa maszyna synchroniczna ze wzbudzeniem elektromagnetycznym lub magnesem trwałym. Uzwojenia stojana przełączane są za pomocą sterowanej półprzewodnikowo przetwornicy - wyłącznika, w zależności od położenia wirnika silnika.
Cechą układów wielofazowych jest możliwość wytworzenia wirującego pola magnetycznego w urządzeniu mechanicznie nieruchomym.
Cewka podłączona do źródła prądu przemiennego wytwarza pulsujące pole magnetyczne, tj. pole magnetyczne, które zmienia wielkość i kierunek.
Weźmy walec o średnicy wewnętrznej D. Na powierzchni walca umieszczamy trzy zwoje, przestrzennie przesunięte względem siebie o 120 o . Cewki podłączamy do trójfazowego źródła napięcia (ryc. 12.1). na ryc. 12.2 pokazuje wykres chwilowych prądów, które tworzą układ trójfazowy.
Każda z cewek wytwarza pulsujące pole magnetyczne. Oddziałujące ze sobą pola magnetyczne cewek tworzą wynikowe wirujące pole magnetyczne, charakteryzujące się wektorem wynikowej indukcji magnetycznej
na ryc. 12.3 pokazuje wektory indukcji magnetycznej każdej fazy i wynikowy wektor skonstruowany dla trzech czasów t1, t2, t3. Dodatnie kierunki osi cewek są oznaczone +1, +2, +3.
W chwili t \u003d t 1 prąd i indukcja magnetyczna w cewce A-X są dodatnie i maksymalne, w cewkach B-Y i C-Z są takie same i ujemne. Wektor wynikowej indukcji magnetycznej jest równy sumie geometrycznej wektorów indukcji magnetycznych cewek i pokrywa się z osią cewki A-X. W chwili t \u003d t 2 prądy w cewkach A-X i C-Z mają taką samą wielkość i przeciwny kierunek. Prąd w fazie B wynosi zero. Otrzymany wektor indukcji magnetycznej obrócono o 30o zgodnie z ruchem wskazówek zegara. W chwili t \u003d t 3 prądy w cewkach A-X i B-Y są tej samej wielkości i dodatnie, prąd w fazie C-Z jest maksymalny i ujemny, wektor wynikowego pola magnetycznego znajduje się w kierunku ujemnym osi cewki C-Z. Przez pewien okres prądu przemiennego wektor wynikowego pola magnetycznego obróci się o 360 o.
Prędkość pola magnetycznego lub prędkość synchroniczna
gdzie P to liczba par biegunów.
Cewki pokazane na rys. 12.1, wytworzyć dwubiegunowe pole magnetyczne o liczbie biegunów 2P = 2. Częstotliwość wirowania pola wynosi 3000 obr./min.
Aby uzyskać czterobiegunowe pole magnetyczne, należy umieścić w cylindrze sześć cewek, po dwie na każdą fazę. Wówczas zgodnie ze wzorem (12.1) pole magnetyczne będzie wirować dwa razy wolniej, z prędkością n 1 = 1500 obr./min.
Aby uzyskać wirujące pole magnetyczne, muszą być spełnione dwa warunki.
1. Mieć co najmniej dwie cewki spolaryzowane przestrzennie.
2. Podłącz prądy przeciwfazowe do cewek.
12.2. silniki asynchroniczne.
Konstrukcja, zasada działania
Silnik asynchroniczny ma bez ruchu
część tzw stojan
, I obracanie
część tzw wirnik
. Stojan zawiera uzwojenie, które wytwarza wirujące pole magnetyczne.
Istnieją silniki asynchroniczne z wirnikiem klatkowym i fazowym.
W żłobkach wirnika ze zwartym uzwojeniem umieszczone są aluminiowe lub miedziane pręty. Na końcach pręty są zamknięte aluminiowymi lub miedzianymi pierścieniami. Stojan i wirnik są wykonane z blach ze stali elektrotechnicznej w celu zmniejszenia strat prądów wirowych.
Wirnik fazowy ma uzwojenie trójfazowe (dla silnika trójfazowego). Końce faz są połączone we wspólny węzeł, a początki wyprowadzone są na trzy pierścienie stykowe umieszczone na wale. Na pierścieniach umieszczone są szczotki o stałym kontakcie. Reostat rozruchowy jest podłączony do szczotek. Po uruchomieniu silnika rezystancja reostatu rozruchowego jest stopniowo zmniejszana do zera.
Zasada działania silnika indukcyjnego zostanie rozważona na modelu pokazanym na rysunku 12.4.
Wirujące pole magnetyczne stojana przedstawiamy jako magnes stały obracający się z prędkością synchroniczną n 1 .
Prądy są indukowane w przewodach zamkniętego uzwojenia wirnika. Bieguny magnesu poruszają się zgodnie z ruchem wskazówek zegara.
Obserwatorowi umieszczonemu na obracającym się magnesie wydaje się, że magnes jest nieruchomy, a przewodniki uzwojenia wirnika poruszają się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.
Kierunki prądów wirnika, określone regułą prawej ręki, pokazano na rys. 12.4.
Ryż. 12.4
Korzystając z reguły lewej ręki, znajdujemy kierunek sił elektromagnetycznych działających na wirnik i powodujących jego obrót. Wirnik silnika będzie się obracał z prędkością n 2 w kierunku obrotu pola stojana.
Wirnik obraca się asynchronicznie, tj. jego prędkość obrotowa n 2 jest mniejsza niż prędkość obrotowa pola stojana n 1.
Względna różnica między prędkościami pól stojana i wirnika nazywana jest poślizgiem.
Poślizg nie może być równy zeru, gdyż przy tych samych prędkościach pola i wirnika indukcja prądów w wirniku ustałaby, aw konsekwencji nie wystąpiłby moment elektromagnetyczny.
Obrotowy moment elektromagnetyczny jest równoważony przez przeciwny moment hamujący M em = M 2 .
Wraz ze wzrostem obciążenia wału silnika moment hamowania staje się większy od momentu obrotowego, a poślizg wzrasta. W rezultacie wzrasta pole elektromagnetyczne i prądy indukowane w uzwojeniu wirnika. Moment obrotowy wzrasta i staje się równy momentowi hamującemu. Moment obrotowy może rosnąć wraz ze wzrostem poślizgu do pewnej wartości maksymalnej, po czym przy dalszym wzroście momentu hamowania moment gwałtownie spada i silnik zatrzymuje się.
Poślizg utkniętego silnika jest równy jeden. Mówi się, że silnik jest w trybie zwarcia.
Prędkość obrotowa nieobciążonego silnika indukcyjnego n2 jest w przybliżeniu równa częstotliwości synchronicznej n1. Poślizg nieobciążonego silnika S 0. Mówi się, że silnik pracuje na biegu jałowym.
Poślizg maszyny asynchronicznej pracującej w trybie silnikowym zmienia się od zera do jednego.
Maszyna asynchroniczna może pracować w trybie generatora. W tym celu jego wirnik musi być obracany przez silnik innej firmy w kierunku wirowania pola magnetycznego stojana z częstotliwością n 2 > n 1 . Przesuwny generator asynchroniczny.
Maszyna asynchroniczna może pracować w trybie elektrycznego hamulca maszyny. Aby to zrobić, konieczne jest obrócenie jego wirnika w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu pola magnetycznego stojana.
W tym trybie S > 1. Z reguły maszyny asynchroniczne są używane w trybie silnikowym. Silnik indukcyjny jest najpopularniejszym typem silnika w przemyśle. Częstotliwość wirowania pola w silniku asynchronicznym jest sztywno związana z częstotliwością sieci f 1 i liczbą par biegunów stojana. Przy częstotliwości f 1 = 50 Hz występuje następujący szereg częstotliwości wirowania.
W poprzednim akapicie pokazano, że prędkość wirowania pola magnetycznego jest stała i zależy od częstotliwości prądu. W szczególności, jeśli uzwojenie silnika trójfazowego zostanie umieszczone w sześciu żłobkach na wewnętrznej powierzchni stojana (rys. 5-7), to, jak pokazano (patrz rys. 5-4), oś strumienia magnetycznego będzie się obracać
przez pół okresu prądu przemiennego o pół obrotu, a przez cały okres - o jeden obrót. Prędkość wirowania strumienia magnetycznego można przedstawić w następujący sposób:
W tym przypadku uzwojenie stojana wytwarza pole magnetyczne z jedną parą biegunów. To uzwojenie nazywa się bipolarnym.
Jeżeli uzwojenie stojana składa się z sześciu cewek (po dwie cewki połączone szeregowo na fazę) ułożonych w dwunastu żłobkach (rys. 5-8), to w wyniku konstrukcji podobnych do uzwojenia dwubiegunowego można uzyskać, że oś strumienia magnetycznego w połowie okresu obróci się o ćwierć obrotu, a przez cały okres - o pół obrotu (ryc. 5-9). Zamiast dwóch biegunów z trzema
uzwojeń, pole stojana ma teraz cztery bieguny (dwie pary biegunów). Prędkość obrotowa pola magnetycznego stojana w tym przypadku jest równa
Zwiększając liczbę żłobków i zwojów i dokonując podobnego rozumowania, możemy stwierdzić, że prędkość wirowania pola magnetycznego w ogólnym przypadku dla par biegunów jest równa
Ponieważ liczba par biegunów może być tylko liczbą całkowitą (liczba cewek w uzwojeniu stojana jest zawsze wielokrotnością trzech), prędkość wirowania pola magnetycznego może mieć nie dowolne, ale całkiem określone wartości (patrz Tabela 5.1).
Tabela 5.1
W praktyce, aby uzyskać stałą wartość momentu działającego na wirnik podczas jednego obrotu, znacznie zwiększa się liczbę żłobków w stojanie (rys. 5-10) i umieszcza każdą stronę cewki w kilku żłobkach, przy czym każdy uzwojenie składające się z kilku sekcji połączonych ze sobą sekwencyjnie. Uzwojenia z reguły są wykonane w dwóch warstwach. W każdym rowku dwa boki sekcji dwóch różnych cewek są ułożone jeden nad drugim, a jeśli jedna aktywna strona leży na dnie jednego rowka, to druga aktywna strona tej sekcji leży na górze drugiego rowka, sekcje i cewki są ze sobą połączone tak, że w większości przewodników w każdej szczelinie kierunek prądów był taki sam.
Elektrograwitacja jest łatwa
Wstęp. W artykule opisano najprostszy generator elektrograwitacyjny, który może zarówno zmniejszać, jak i zwiększać jego wagę. Do tej pory działająca instalacja jest w stanie zmienić wagę w bardzo małym zakresie do 50% wagi pierwotnej. Dlatego podano zalecenia dotyczące jego poprawy. Eksperymenty Siergieja Godina i Wasilija Roshchina Dwóch rosyjskich fizyków stworzyło bardzo ciekawy generator. W rzeczywistości są to magnesy trwałe umieszczone w specjalnym dysku z wnękami na magnesy. Kiedy „dysk z magnesami” obracał się zgodnie z ruchem wskazówek zegara, ciężar generatora zmniejszał się, a gdy obracał się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, zmniejszał się.
Możesz dodatkowo wzmocnić efekt antygrawitacyjny, dodając nowe obracające się magnesy wyposażone w minisilniki elektryczne. Drugi krok powinien
, zastąpić magnesy trwałe w „bębnie” elektromagnesami.Co to jest magnes trwały? W rzeczywistości jest to zestaw prądów pierścieniowych takich małych elektromagnesów "wszytych" w korpus magnesu.
