Принцип роботи асинхронного двигуна

Асинхронний двигун - це електрична машина змінного струму, яка перетворює електричну енергію в механічну. Асинхронний двигун широко використовується в різних сферах застосування - від основних побутових приладів до важкої промисловості. Машина має стільки застосувань, які важко підрахувати, і ви можете уявити масштаб, знаючи, що майже 30% електроенергії, що виробляється у всьому світі, споживається самими асинхронними двигунами. Цю дивовижну машину винайшов великий вчений Нікола Тесла, і цей винахід назавжди змінив хід людської цивілізації.

Ось декілька застосувань однофазних та трифазних асинхронних двигунів, які ми можемо знайти у повсякденному житті.

Застосування однофазних асинхронних двигунів:

• Електричні вентилятори в будинку
• Свердлильні верстати
• Насоси
• Подрібнювачі
• Іграшки
• Пилосос
• Витяжні вентилятори
• Компресори та електробритви

Застосування трифазних асинхронних двигунів:

• Малі, середні та великі галузі.
• Підйомники
• Крани
• Привод токарних верстатів
• Нафтовидобувні млини
• Робототехнічна зброя
• Стрічкові конвеєрні системи
• Важкі дробарки

В індукційних двигунах бувають різних розмірів і форм, які мають відносні можливості і електричні характеристики. Вони варіюються від декількох сантиметрів до декількох метрів і мають потужність від 0,5 до 10000 к. С. Користувач може вибрати найбільш підходящу з океану моделей, щоб задовольнити його / її попит.

Ми вже обговорювали основи двигунів та їх роботу в попередній статті. Тут ми детально обговоримо конструкцію та роботу асинхронного двигуна.

Принцип роботи асинхронного двигуна

Щоб зрозуміти принцип роботи асинхронного двигуна, спочатку розглянемо просту настройку, як показано на малюнку.

Ось,

• Дві залізні або феритові серцевини однакових розмірів беруть і підвішують у повітрі на відстані.
• На верхній сердечник намотується емальований мідний дріт, а потім нижній і два кінці відводяться в одну сторону, як показано на малюнку.
• Серцевина тут діє як середовище для перенесення та концентрування магнітного потоку, що генерується котушкою під час роботи.

Тепер, якщо ми підключимо джерело змінної напруги на двох кінцях міді, у нас буде щось подібне нижче.

Під час позитивного циклу змінного струму:

Тут протягом першого напівцикла позитивна напруга в точці 'А' поступово буде переходити від нуля до максимуму, а потім повертається до нуля. У цей період поточний потік в обмотці можна представити як.

Ось,

• Під час позитивного циклу джерела змінного струму струм в обох обмотках поступово збільшується від нуля до максимуму, а потім поступово повертається від максимуму до нуля. Це пояснюється тим, що згідно із законом Ома струм у провіднику прямо пропорційний напрузі на клем, і ми багато разів обговорювали це в попередніх статтях.
• Обмотки намотуються таким чином, що струм в обох обмотках тече в одному напрямку, і ми можемо бачити те саме, представлене на схемі.

А тепер згадаймо закон, який називали законом Ленца, який ми вивчали раніше перед тим, як рухатись вперед. Відповідно до закону Ленца, " провідник, що несе струм, буде генерувати магніт, заповнений навколо своєї поверхні",

і якщо ми застосуємо цей закон у наведеному вище прикладі, то магнітне поле буде генеруватися кожною петлею в обох котушках. Якщо додати магнітний потік, який генерується всією котушкою, то він отримає значне значення. Весь цей потік з’явиться на залізному сердечнику, коли котушка була намотана на корпус сердечника.

Для зручності, якщо ми проведемо лінії магнітного потоку, зосереджені на залізному ядрі на обох кінцях, то у нас буде щось подібне нижче.

Тут ви можете побачити, як магнітні лінії концентруються на залізних сердечниках і їх рух через повітряний зазор.

Ця інтенсивність потоку прямо пропорційна струму, що протікає в котушках, намотаних на обох залізних тілах. Отже, під час позитивного напів циклу потік переходить від Нуля до Максимуму, а потім зменшується від Максимуму до Нуля. Як тільки позитивний цикл завершить напруженість поля у повітряному зазорі, також досягне нуля, і після цього ми матимемо негативний цикл.

Під час негативного циклу змінного струму:

Під час цього негативного циклу синусоїдальної напруги позитивна напруга в точці 'B' буде поступово переходити від нуля до максимуму, а потім повертається до нуля. Як зазвичай, через цю напругу буде протікати струм, і ми можемо бачити напрямок цього струму в обмотках на малюнку нижче.

Оскільки струм лінійно пропорційний напрузі, його величина в обох обмотках поступово зростає від нуля до максимуму, а потім знижується від максимуму до нуля.

Якщо розглядати закон Ленца, то навколо котушок з’явиться магнітне поле через струм струму, подібний до випадку, що вивчався в позитивному циклі. Це поле буде концентруватися в центрі феритових сердечників, як показано на малюнку. Оскільки інтенсивність потоку прямо пропорційна струму, що протікає в котушках, намотаних на обох залізних тілах, цей потік також буде переходити від Нуля до Максимуму, а потім зменшуватиметься від Максимуму до Нуля відповідно до величини струму. Хоча це схоже на позитивний цикл, є різниця і це напрям ліній магнітного поля. Ви можете спостерігати цю різницю в напрямку потоку на діаграмах.

Після його негативного циклу настає позитивний цикл, за яким слідує інший негативний цикл, і він триває так, поки не буде знято синусоїдальна напруга змінного струму. І через цей взаємообмінний цикл напруги магнітне поле в центрі на залізних сердечниках постійно змінюється як за величиною, так і за напрямком.

На закінчення, використовуючи це налаштування,

• Ми розробили зосереджену область магнітного поля в центрі залізних сердечників.
• Інтенсивність магнітного поля у повітряному зазорі постійно змінюється як за величиною, так і за напрямком.
• Поле слідує за формою хвилі синусоїдальної напруги змінного струму.

Закон Фарадея про електромагнітну індукцію

Ця установка, яку ми обговорювали до цього часу, найкраще підходить для реалізації закону Фарадея електромагнітної індукції. Це пояснюється тим, що постійно мінливе магнітне поле є найосновнішою та найважливішою вимогою до електромагнітної індукції.

Ми вивчаємо цей закон тут, оскільки асинхронний двигун працює за принципом закону Фарадея про електромагнітну індукцію.

Тепер, щоб вивчити явище електромагнітної індукції, давайте розглянемо налаштування нижче.

• Беруть провідник і формують його у квадрат із обома кінцями короткого замикання.
• Металевий стрижень закріплений у центрі квадрата провідника, який виконує роль осі установки.
• Тепер квадрат провідника може вільно обертатися вздовж осі і називається ротором.
• Ротор розміщений в центрі повітряного зазору таким чином, що контур провідника може відчувати максимальне поле, створюване котушками ротора.

Ми знаємо, згідно із законом Фарадея про електромагнітну індукцію, " коли різне магнітне поле перерізає металевий провідник, тоді в провіднику наводиться ЕРС або напруга" .

Тепер застосуємо цей закон, щоб зрозуміти роботу асинхронного двигуна:

• Згідно з цим законом електромагнітної індукції, ЕРС повинна індукуватися в провіднику ротора, розміщеному в центрі, через змінне магнітне поле, яке зазнає він.
• Через цю індуковану ЕРС і провідник, що замикається, струм протікає по всій петлі, як показано на малюнку.
• Ось ключ до роботи асинхронного двигуна. Ми знаємо, згідно із законом Ленца, струмопровідний провідник генерує навколо нього магнітне поле, інтенсивність якого пропорційна величині струму.
• Оскільки закон універсальний, то провідна петля ротора також повинна генерувати магнітне поле, оскільки через нього протікає струм через електромагнітну індукцію.
• Якщо ми називаємо магнітне поле, створюване обмотками статора та установкою залізного сердечника, головним потоком або потоком статора. Тоді ми можемо назвати магнітне поле, яке генерується контуром провідника ротора, як потік ротора.
• Через взаємодію між основним потоком і потоком ротора ротор відчуває силу. Ця сила намагається протистояти індукції ЕРС у ротор, регулюючи положення ротора. Отже, у цей час ми відчуємо рух у положенні валу.
• Зараз магнітне поле постійно змінюється, оскільки через змінну напругу сила також постійно регулює положення ротора без зупинки.
• Таким чином, ротор продовжує обертатися через змінну напругу, і, отже, ми маємо механічну потужність на валу або осі ротора.

З цим ми побачили, як через електромагнітну індукцію в роторі ми маємо механічний вихід на валу. Тож назва, дана цій установці, називається асинхронним двигуном.

До цього часу ми обговорювали принцип роботи асинхронного двигуна, але пам'ятаємо, що і теорія, і практика відрізняються. А для роботи асинхронного двигуна необхідна додаткова настройка, про яку ми поговоримо нижче.

Однофазний асинхронний двигун

Асинхронний двигун, який працює на однофазному живленні змінного струму, називається однофазним асинхронним двигуном .

Лінія електропередачі, доступна для нас вдома, - це однофазна лінія електропередачі змінного струму 240 В / 50 Гц, а асинхронні двигуни, які ми використовуємо в повсякденному житті в наших будинках, називаються однофазними асинхронними двигунами.

Для кращого розуміння принципу роботи однофазного асинхронного двигуна розглянемо конструкцію однофазного асинхронного двигуна.

Ось,

• Ми візьмемо кілька провідників і встановимо їх на вільно обертовому валу, як показано на малюнку.
• Крім того, ми закоротимо кінці всіх провідників металевим кільцем, тим самим створюючи безліч провідникових петель, які ми вивчали раніше.
• Ця установка ротора виглядає ближче, як клітка білки, і тому вона називається асинхронним двигуном клітки білки. Тут давайте подивимось на тривимірну структуру ротора клітки білки.

• Статор, який вважався цілісним залізом, насправді являє собою групу тонких залізних листів, складених разом. Вони настільки тісно стиснуті, що між ними буквально не буде повітря. Ми використовуємо стос залізних листів замість однієї залізної деталі з тієї самої причини, що ми використовуємо прокатні листи у випадку силового трансформатора, який має зменшити втрати заліза. Використовуючи метод укладання, ми значно зменшимо втрати потужності, зберігаючи при цьому однакові показники.

Робота цієї установки схожа на установку, яка використовується для пояснення принципу роботи асинхронного двигуна.

• Спочатку ми забезпечимо змінну напругу, і через цю напругу струм протікає через обмотку статора, намотану як на верхньому, так і на нижньому сегментах.
• Через струм на верхній і нижній обмотках генерується магнітне поле.
• Основна маса залізних листів виступає в якості основного середовища для перенесення магнітного поля, що генерується котушками.
• Це змінне магнітне поле, яке несе залізний сердечник, концентрується в центральному повітряному проміжку через навмисну ​​конструкцію конструкції.
• Тепер, оскільки ротор розміщений у цьому повітряному зазорі, закорочені провідники, закріплені на роторі, також відчувають це змінне поле.
• Через поле в провідниках ротора індукується струм.
• Оскільки струм проходить через провідники ротора, магнітне поле також генерується навколо ротора.
• При взаємодії між генеруваним магнітним полем ротора і магнітним полем статора ротор відчуває силу.
• Ця сила рухає ротор уздовж осі, і таким чином ми матимемо обертальний рух.
• Оскільки напруга постійно змінюється в синусоїдальній напрузі, ротор також продовжує постійно обертатися вздовж своєї осі. Таким чином, ми матимемо постійний механічний вихід для заданої однофазної вхідної напруги.

Хоча ми припустили, що ротор буде обертатися автоматично після подачі потужності на однофазний двигун, що не так. Оскільки поле, генероване однофазним асинхронним двигуном, є змінним магнітним полем, а не обертовим магнітним полем. Отже, при запуску двигуна ротор замикається у своєму положенні, оскільки сила, яка зазнає його через нижню котушку та верхню котушку, буде однакової величини та протилежна за напрямком. Отже, на початку чиста сила, яку відчуває ротор, дорівнює нулю. Щоб уникнути цього, ми будемо використовувати допоміжну обмотку для асинхронного двигуна, щоб зробити його самозапускним двигуном. Ця допоміжна обмотка забезпечить необхідне поле, щоб змусити ротор рухатися на старті. Прикладом цього випадку є електричний вентилятор, який ми бачимо у своєму повсякденному житті,який є пуском конденсатора і працює асинхронним двигуном із допоміжною обмоткою, з'єднаним послідовно з конденсатором.

Трифазний асинхронний двигун

Асинхронний двигун, який працює на трифазній електричній енергії змінного струму, називається трифазним асинхронним двигуном. Зазвичай трифазні асинхронні двигуни використовуються у промисловості і не підходять для домашнього застосування.

Лінія електроживлення, доступна для промисловості, становить 400 В / 50 Гц Трифазна чотирилінійна змінна потужність, а асинхронні двигуни, які працюють на цьому джерелі живлення, називаються трифазними асинхронними двигунами.

Для кращого розуміння принципу роботи трифазного асинхронного двигуна розглянемо конструкцію трифазного асинхронного двигуна.

Ось,

• Намотування фази А починається з верхнього сегмента, а потім нижнього, як показано на малюнку.
• Що стосується двох кінців фази, обмотка підключена до лінії електропередач фази А трифазного джерела живлення, тоді як інший кінець підключений до нейтралі цих же трьох фаз чотирилінійного джерела живлення. Це можливо, оскільки в трифазному чотирилінійному блоці живлення ми маємо перші три лінії, що несуть три лінії напруги, тоді як четверта лінія нейтральна.
• Інші двофазні обмотки дотримуються тієї ж схеми, що і фаза А. На двох кінцях обмотки фази B одна підключена до лінії електропередач фази B трифазного джерела живлення, а інший кінець - до нейтралі тих самих трьох фаз чотирилінійний блок живлення.
• Будова ротора схожа на білкову клітку і являє собою той самий тип ротора, який використовується в однофазному асинхронному двигуні.

Тепер, якщо ми надаємо електричну потужність трифазним обмоткам статора, тоді струм починає протікати у всіх трьох обмотках. Через цей потік струму котушки генерують магнітне поле, яке протікатиме через шлях з меншим опором, забезпечений багатошаровим сердечником. Тут конструкція двигуна сконструйована так, що магнітне поле, яке несе сердечник, концентрується на повітряному зазорі в центрі, де розміщений ротор. Отже, магнітне поле, зосереджене серцевиною в центральному зазорі, впливає на провідники в роторі, тим самим індукуючи в них струм.

За наявності струму провідника ротор також генерує магнітне поле, яке взаємодіє з полем статора в будь-який момент часу. І завдяки цій взаємодії ротор відчуває силу, яка призводить до обертання двигуна.

Тут магнітне поле, яке генерується статором, має обертовий тип через трифазну потужність, на відміну від змінного типу, про який ми говорили в однофазному двигуні. І через це обертове магнітне поле ротор починає обертатися сам по собі навіть за відсутності початкового поштовху. Це робить трифазний двигун типом самозапуску, і нам не потрібна допоміжна обмотка для цього типу двигуна.