Câmp magnetic rotativ. principiul de funcționare al motoarelor electrice. Viteza de rotație a câmpului magnetic. Alunecare Depinde de viteza de rotație a câmpului magnetic
Se știe că viteza câmpului magnetic este determinată și de frecvența curentului alternativ. În special, dacă o înfășurare a motorului trifazat este plasată în șase fante pe suprafața interioară a statorului, atunci în jumătate de perioadă de curent alternativ vectorul de inducție magnetică va face o jumătate de rotație, iar într-o perioadă completă - o revoluție. În acest caz, înfășurarea statorului creează un câmp magnetic cu o pereche de poli și se numește bipolar.
Dacă înfășurarea statorului constă din șase bobine (două bobine conectate în serie pentru fiecare fază), plasate în douăsprezece sloturi, atunci în jumătate de perioadă de curent alternativ vectorul de inducție magnetică se va roti un sfert de tură și într-o perioadă completă - cu o jumătate de tură. În loc de doi poli pe trei înfășurări, câmpul magnetic al statorului are acum patru poli (două perechi de poli).
Viteza de rotație a câmpului magnetic este invers proporțională cu numărul de perechi de poli.
unde ѓ este frecvența curentului alternativ în Hz, iar coeficientul 60 apare datorită faptului că n1 se măsoară de obicei în rotații pe minut.
Deoarece numărul de perechi de poli poate fi doar un întreg, viteza de rotație a câmpului magnetic poate lua valori nu arbitrare, ci doar anumite:
Rotorul unui motor asincron se rotește în aceeași direcție cu câmpul magnetic, cu o viteză puțin mai mică decât viteza de rotație a câmpului magnetic, deoarece numai în acest caz vor fi induși EMF și curenți în înfășurarea rotorului și un cuplu. va actiona asupra rotorului. Să notăm viteza de rotație a rotorului ca n2. Atunci cantitatea n1 - n2, care se numește viteza de alunecare, reprezintă viteza relativă a câmpului magnetic și a rotorului, iar gradul de întârziere al rotorului față de câmpul magnetic, exprimat în procente, se numește alunecare s:
Alunecarea unui motor asincron la sarcina nominală este de obicei de 3-7%. Pe măsură ce sarcina crește, alunecarea crește și motorul se poate bloca.
Cuplul M al unui motor asincron este creat datorită interacțiunii fluxului magnetic al câmpului statorului F cu curentul I2 indus în înfășurarea rotorului, prin urmare valoarea acestuia este proporțională cu produsul I2F Motorul va funcționa stabil cu o constantă viteza rotorului atunci când cuplurile sunt în echilibru, adică atunci când cuplul Mer este egal cu cuplul de frânare pe arborele motorului M mop:
Orice sarcină a mașinii corespunde unui anumit număr de rotații ale rotorului n2 și unui anumit alunecare S.
Vă rugăm să rețineți că frecvența de rotație a câmpului magnetic nu depinde de modul de funcționare al mașinii asincrone și de sarcina acesteia.
Când se analizează funcționarea unei mașini asincrone, se folosește adesea conceptul vitezei de rotație a câmpului magnetic u0, care este determinat de relația:
u0 = (2 p f) / p = p n0 / 30 [rad/s] 2. 4
O caracteristică a sistemelor multifazate este capacitatea de a crea un câmp magnetic rotativ într-un dispozitiv staționar mecanic.
O bobină conectată la o sursă de curent alternativ produce un câmp magnetic pulsatoriu, adică. un câmp magnetic care variază în mărime și direcție.
Să luăm un cilindru cu diametrul interior D. Pe suprafața cilindrului vom așeza trei bobine, deplasate spațial una față de alta cu 120 o. Conectam bobinele la o sursă de tensiune trifazată (Fig. 12.1). În fig. Figura 12.2 prezintă un grafic al modificărilor curenților instantanei care formează un sistem trifazat.
Fiecare dintre bobine creează un câmp magnetic pulsatoriu. Câmpurile magnetice ale bobinelor, interacționând între ele, formează un câmp magnetic rotativ rezultat, caracterizat de vectorul inducției magnetice rezultate.
În fig. 12.3 prezintă vectorii de inducție magnetică ai fiecărei faze și vectorul rezultat construit pentru trei momente în timp t1, t2, t3. Direcțiile pozitive ale axelor bobinei sunt desemnate +1, +2, +3.
În momentul t = t 1, curentul și inducția magnetică în bobina A-X sunt pozitive și maxime, în bobinele B-Y și C-Z sunt aceleași și negative. Vectorul inducției magnetice rezultate este egal cu suma geometrică a vectorilor inducției magnetice a bobinelor și coincide cu axa bobinei A-X. În momentul t = t 2, curenții din bobinele A-X și C-Z sunt identici ca mărime și opuse ca direcție. Curentul în faza B este zero. Vectorul de inducție magnetică rezultat sa rotit în sensul acelor de ceasornic cu 30 o. În momentul t = t 3, curenții din bobinele A-X și B-Y sunt egali ca mărime și pozitivi, curentul în faza C-Z este maxim și negativ, vectorul câmpului magnetic rezultat este situat în direcția negativă a axei a bobinei C-Z. În timpul perioadei de curent alternativ, vectorul câmpului magnetic rezultat se va roti 360 o.
Viteza de rotație a câmpului magnetic sau viteza de rotație sincronă
unde P este numărul de perechi de poli.
Bobinele prezentate în fig. 12.1, creați un câmp magnetic bipolar, cu numărul de poli 2P = 2. Frecvența de rotație a câmpului este de 3000 rpm.
Pentru a obține un câmp magnetic cu patru poli, este necesar să plasați șase bobine în interiorul cilindrului, câte două pentru fiecare fază. Apoi, conform formulei (12.1), câmpul magnetic se va roti de două ori mai încet, cu n 1 = 1500 rpm.
Pentru a obține un câmp magnetic rotativ, trebuie îndeplinite două condiții.
1. Să aibă cel puțin două bobine decalate spațial.
2. Conectați curenții defazați la bobine.
12.2. Motoare asincrone.
Design, principiu de funcționare
Motorul asincron are nemişcat
partea numită stator
, Și rotind
partea numită rotor
. Statorul conține o înfășurare care creează un câmp magnetic rotativ.
Există motoare asincrone cu cușcă de veveriță și rotor bobinat.
Tije de aluminiu sau cupru sunt plasate în fantele rotorului în scurtcircuit. Capetele tijelor sunt închise cu inele din aluminiu sau cupru. Statorul și rotorul sunt fabricate din tablă de oțel electric pentru a reduce pierderile de curenți turbionari.
Rotorul de fază are o înfășurare trifazată (pentru un motor trifazat). Capetele fazelor sunt conectate într-o unitate comună, iar începuturile sunt aduse la trei inele colectoare plasate pe arbore. Perii de contact fix sunt plasate pe inele. Un reostat de pornire este conectat la perii. După pornirea motorului, rezistența reostatului de pornire este redusă treptat la zero.
Să ne uităm la principiul de funcționare al unui motor asincron folosind modelul prezentat în Figura 12.4.
Să ne imaginăm câmpul magnetic rotativ al statorului sub forma unui magnet permanent care se rotește cu o viteză de rotație sincronă n 1.
Curenții sunt induși în conductorii înfășurării rotorului închis. Polii magnetului se mișcă în sensul acelor de ceasornic.
Pentru un observator plasat pe un magnet rotativ, se pare că magnetul este staționar, iar conductorii înfășurării rotorului se mișcă în sens invers acelor de ceasornic.
Direcțiile curenților rotorului determinate de regula din dreapta sunt prezentate în Fig. 12.4.
Orez. 12.4
Folosind regula stângii, găsim direcția forțelor electromagnetice care acționează asupra rotorului și îl determină să se rotească. Rotorul motorului se va roti cu o viteză de rotație n 2 în sensul de rotație al câmpului statorului.
Rotorul se rotește asincron, adică frecvența sa de rotație n 2 este mai mică decât frecvența de rotație a câmpului statorului n 1.
Diferența relativă de viteză dintre câmpurile statorului și rotorului se numește alunecare.
Alunecarea nu poate fi egală cu zero, deoarece la aceleași viteze ale câmpului și ale rotorului ar înceta inducția de curenți în rotor și, prin urmare, nu ar exista un cuplu electromagnetic.
Cuplul electromagnetic rotativ este echilibrat de cuplul de frânare contracarant M em = M 2.
Pe măsură ce sarcina pe arborele motorului crește, cuplul de frânare devine mai mare decât cuplul de rotație, iar alunecarea crește. Ca urmare, EMF și curenții induși în înfășurarea rotorului cresc. Cuplul crește și devine egal cu cuplul de frânare. Cuplul poate crește odată cu creșterea alunecării până la o anumită valoare maximă, după care, cu o creștere suplimentară a cuplului de frânare, cuplul scade brusc și motorul se oprește.
Alunecarea unui motor blocat este egală cu unu. Se spune că motorul funcționează în modul de scurtcircuit.
Viteza de rotație a unui motor asincron fără sarcină n 2 este aproximativ egală cu frecvența sincronă n 1. Alunecarea unui motor neîncărcat S 0. Se spune că motorul funcționează în regim de ralanti.
Alunecarea unei mașini asincrone care funcționează în modul motor variază de la zero la unu.
O mașină asincronă poate funcționa în modul generator. Pentru a face acest lucru, rotorul său trebuie să fie rotit de un motor terț în sensul de rotație al câmpului magnetic al statorului cu o frecvență n 2 > n 1. Alunecarea unui generator asincron.
O mașină asincronă poate funcționa în modul de frână electrică a mașinii. Pentru a face acest lucru, este necesar să-și rotească rotorul în direcția opusă direcției de rotație a câmpului magnetic al statorului.
În acest mod, S > 1. În mod obișnuit, mașinile asincrone sunt utilizate în modul motor. Motorul cu inducție este cel mai comun tip de motor în industrie. Frecvența de rotație a câmpului într-un motor asincron este strict legată de frecvența rețelei f 1 și de numărul de perechi de poli statori. La frecvența f 1 = 50 Hz, există următoarea serie de frecvențe de rotație.
Electrogravitația este ușoară
Introducere. Articolul descrie cel mai simplu generator electrogravitațional capabil atât să-și scadă cât și să-și mărească greutatea. Astăzi, instalația de lucru este capabilă să modifice greutatea într-un interval foarte mic, până la 50% din greutatea inițială. Prin urmare, sunt oferite recomandări pentru îmbunătățirea acestuia. Experimente ale lui Serghei Godin și Vasily Roșchin Doi fizicieni ruși au creat un generator foarte interesant. De fapt, aceștia sunt magneți permanenți plasați într-un disc special cu cavități pentru magneți. Când „discul cu magneți” s-a rotit în sensul acelor de ceasornic, greutatea generatorului a scăzut, iar când a fost rotit în sens invers acelor de ceasornic, a scăzut.
Iar efectul anti-gravitație poate fi îmbunătățit și mai mult prin adăugarea de noi magneți rotativi echipați cu mini motoare electrice. Al doilea pas ar trebui să fie
, înlocuiți magneții permanenți din „tambur” cu electromagneți.Ce este un magnet permanent? În esență, acesta este un set de curenți inelari de electromagneți mici „cusut” în corpul magnetului.
Principiul obținerii unui câmp magnetic rotativ. Funcționarea motoarelor asincrone se bazează pe un câmp magnetic rotativ creat de MMF-ul înfășurărilor statorului.
Principiul obținerii unui câmp magnetic rotativ folosind un sistem staționar de conductori este că, dacă curenții defazați curg printr-un sistem de conductori staționari distribuiti în spațiu în jurul unui cerc, atunci se creează un câmp rotativ în spațiu. Dacă sistemul de conductori este simetric, iar unghiul de defazare dintre curenții conductoarelor vecine este același, atunci amplitudinea inducției câmpului magnetic rotativ și viteza sunt constante. Dacă un cerc cu conductori este transformat pe un plan, atunci folosind un astfel de sistem este posibil să obțineți un câmp „de rulare”.
Câmp rotativ de curent alternativ al unui circuit trifazat. Să luăm în considerare obținerea unui câmp rotativ folosind exemplul unui motor asincron trifazat cu trei înfășurări deplasate de-a lungul circumferinței cu 120° (Fig. 3.5) și conectate printr-o stea. Lăsați înfășurările statorului să fie alimentate de o tensiune trifazată simetrică cu o defazare a tensiunilor și curenților cu 120°.
Dacă pentru înfăşurare OH luați faza inițială a curentului egală cu zero, apoi valorile instantanee ale curenților au forma
Graficele curente sunt prezentate în Fig. 3.6. Să presupunem că în fiecare înfășurare există doar două fire, ocupând două fante amplasate diametral.
Orez. 3.5 Fig. 3.6
După cum se poate observa din fig. 3.6, la timp la curent de fază A pozitiv, și în faze ÎNȘi CU– negativ.
Dacă curentul este pozitiv, atunci luăm direcția curentului de la începutul până la sfârșitul înfășurării, care corespunde desemnării cu semnul „x” la începutul înfășurării și semnul „ · „(punct) la capătul înfășurării. Folosind regula elicei din dreapta, este ușor să găsiți modelul de distribuție a câmpului magnetic pentru un moment în timp la(Fig. 3.7, a). Axa câmpului magnetic rezultat cu inducție Vrez situat orizontal.
În fig. 3.7, b arată imaginea câmpului magnetic la un moment dat ti, corespunzătoare unei modificări a fazei curentului cu un unghi = 60°. În acest moment, curenții în faze AȘi ÎN pozitiv, adică curentul curge în ele de la început până la sfârșit, iar curentul este în fază CU – negativ, adică merge de la capăt până la început. Câmpul magnetic se dovedește a fi rotit în sensul acelor de ceasornic cu un unghi = 60°. Dacă frecvența unghiulară a curentului este , atunci . (Aici , unde este frecvența curentului în rețea). Pe momente în timp t 2 Și t 3 axa câmpului magnetic se va roti în consecință prin unghiuri și (Fig. 3.6, c și G). După un timp egal cu perioada T , axa câmpului va reveni la poziția inițială. Prin urmare, pe parcursul perioadei T câmpul face o revoluție (Fig. 3.7, d) ( ()). În cazul luat în considerare, numărul de poli 2р = 2 iar câmpul magnetic se rotește cu frecvența n 1 =60 f 1 =60∙50=3000 rpm ( f 1 =50 Hz – frecventa industriala). Se poate dovedi că inducția magnetică rezultată este un câmp rotativ cu amplitudine
Unde W – inducerea maximă a unei faze; Intruziune– inductie maxima a trei faze; – unghiul dintre axa orizontală și linia dreaptă care leagă centrul cu un punct arbitrar între stator și rotor.
Direcția de rotație a câmpului. În cazul luat în considerare, sensul de rotație a câmpului coincide cu direcția de mișcare în sensul acelor de ceasornic. Dacă schimbați bornele oricăror două faze ale tensiunii de alimentare, de exemplu B Și CU , care corespunde succesiunii inverse a fazelor, sensul de rotație al câmpului va fi opus (în sens invers acelor de ceasornic), adică câmpul magnetic este inversat (cf. Fig. 3.8).
Formula frecvenței de rotație a câmpului. Dacă numărul de bobine din fiecare fază crește și defazarea dintre curenți este menținută la 120°, atunci frecvența de rotație a câmpului se va modifica. De exemplu, cu două bobine în fiecare fază, situate așa cum se arată în Fig. 3.9, câmpul se va roti cu 180° în spațiu într-o singură perioadă.
Orez. 3.8 Fig. 3.9 Fig. 3.10
Pentru a obține o imagine a câmpului, să luăm un moment în timp la, când curentul este în fază A pozitiv, iar curenții sunt în faze B și C negativ. Folosind regula semnelor pentru curenți, constatăm că în acest caz numărul de poli 2р = 4 sau p = 2și apoi n 1 = 60 f 1 / p = 3000/2 =1500 rpm Raționând într-un mod similar, pentru trei bobine în fiecare fază găsim modelul de câmp prezentat în Fig. 3.10. Aici p = 3 și, prin urmare, n 1 = 1000 rpm.
Formula generală pentru determinarea vitezei de rotație, rpm, va fi
n 1 = 60 f 1 / p (3.1)
În toate cazurile luate în considerare, bobinele fiecărei faze au fost conectate între ele în serie. Cu această conexiune frecvența de rotație a câmpului statorului pt R= 1, 2 și 3 la f 1 = 50 Hz a fost 3000, 1500 și, respectiv, 1000 rpm.
Conectarea în paralel a bobinelor. Să arătăm că atunci când bobinele sunt comutate de la o fază la alta și când sunt conectate în paralel, numărul de poli de câmp și, prin urmare, frecvența de rotație a câmpului va fi diferit de cele considerate. Ca exemplu, să luăm două bobine în fiecare fază și să le conectăm una la alta în paralel, așa cum se arată în Fig. 3.11, Ași în formă extinsă în Fig. 3.11, 6 . Din poza câmpului se vede clar că R= 1 și viteza de rotație n 1 = 3000 rpm. S-a arătat mai sus că atunci când aceleași bobine erau conectate în serie, viteza de rotație era de 1500 rpm. Când frecvența curentă în rețea este de 50 Hz, frecvența de rotație a câmpului statorului este determinată din expresie
n 1 = 60 f 1 / p = 60 ∙50 / p .
Având în vedere un număr diferit de perechi de poli R = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, găsim frecvența de rotație a câmpului. Rezultatele calculului sunt rezumate în tabel. 3.1.
Tabelul 3.1
Conditii de primire:
1) prezența a cel puțin două înfășurări;
2) curenții din înfășurări trebuie să fie diferiți în fază
3) axele înfășurărilor trebuie să fie deplasate în spațiu.
Într-o mașină trifazată, cu o pereche de poli (p=1), axele înfășurărilor trebuie să fie deplasate în spațiu cu un unghi de 120°, cu două perechi de poli (p=2), axele înfășurărilor înfășurările trebuie să fie deplasate în spațiu cu un unghi de 60° etc.
Să luăm în considerare un câmp magnetic care este creat folosind o înfășurare trifazată care are o pereche de poli (p = 1). Axele înfășurărilor de fază sunt deplasate în spațiu cu un unghi de 120°, iar inducțiile magnetice ale fazelor individuale create de acestea (BA, BB, BC) sunt, de asemenea, deplasate în spațiu cu un unghi de 120°.
Câmpurile de inducție magnetică create de fiecare fază, precum și tensiunile furnizate acestor faze, sunt sinusoidale și diferă în fază cu un unghi de 120°.
Principiul de funcționare
Tensiunea este aplicată înfășurării statorului, sub influența căreia curentul trece prin aceste înfășurări și creează un câmp magnetic rotativ. Câmpul magnetic acționează asupra tijelor rotorului și, conform legii inducției magnetice, induce în ele o fem. Sub influența EMF indusă, în tijele rotorului apare un curent. Curenții din barele rotorului creează propriul câmp magnetic al barelor, care interacționează cu câmpul magnetic rotativ al statorului. Ca urmare, asupra fiecărei tije acţionează o forţă care, adunându-se în jurul cercului, creează un moment electromagnetic rotativ al rotorului.
Luând faza inițială de inducție în faza A (φA) egală cu zero, putem scrie:
Inducția magnetică a câmpului magnetic rezultat este determinată de suma vectorială a acestor trei inducții magnetice.
Să găsim inducția magnetică rezultată folosind diagrame vectoriale, construindu-le pentru câteva momente în timp.
Desenați diagrame vectoriale
După cum reiese din diagrame, inducția magnetică B a câmpului magnetic rezultat al mașinii se rotește, rămânând neschimbată ca mărime. Astfel, înfășurarea statorului trifazat creează un câmp magnetic circular rotativ în mașină. Direcția de rotație a câmpului magnetic depinde de ordinea alternanței fazelor. Mărimea inducției magnetice rezultate.
Frecvența de rotație a câmpului magnetic depinde de frecvența rețelei și de numărul de perechi de poli ai câmpului magnetic.
, [rpm].
În acest caz, frecvența de rotație a câmpului magnetic nu depinde de modul de funcționare al mașinii asincrone și de sarcina acesteia.
Atunci când se analizează funcționarea unei mașini asincrone, este adesea folosit conceptul de viteză de rotație a câmpului magnetic ω0, care este determinat de relația:
, [rad/sec].
Pentru a compara frecvența de rotație a câmpului magnetic și a rotorului-ravel, coeficientul a fost numit alunecare și desemnat printr-o literă. Alunecarea poate fi măsurată în unități relative și ca procent.
sau 
Procese într-o mașină asincronă Circuitul stator
a) EMF stator.
Câmpul magnetic creat de înfășurarea statorului se rotește în raport cu statorul staționar cu o frecvență și va induce un EMF în înfășurarea statorului. Valoarea efectivă a EMF indusă de acest câmp într-o fază a înfășurării statorului este determinată de expresia:
unde: =0,92÷0,98 – coeficient de înfăşurare;
– frecvența rețelei;
– numărul de spire ale unei faze a înfășurării statorului;
– câmp magnetic rezultat în mașină.
b) Ecuația echilibrului electric al fazei înfășurării statorului.
Această ecuație este realizată prin analogie cu o bobină cu miez care funcționează pe curent alternativ.
Aici și sunt tensiunea de rețea și tensiunea furnizată înfășurării statorului.
– rezistența activă a înfășurării statorului asociată cu pierderi datorate încălzirii înfășurării.
– rezistența inductivă a înfășurării statorului asociată cu fluxul de scurgere.
– impedanţa înfăşurării statorului.
– curent în înfăşurarea statorului.
Atunci când se analizează funcționarea mașinilor asincrone, este adesea adoptat. Apoi putem scrie:
Din această expresie rezultă că fluxul magnetic într-o mașină asincronă nu depinde de modul său de funcționare, iar la o anumită frecvență de rețea depinde doar de valoarea efectivă a tensiunii aplicate. O relație similară are loc într-o altă mașină de curent alternativ - într-un transformator.
