جهاز ومبدأ تشغيل المحركات الكهربائية غير المتزامنة

سيارات كهربائيةيسمى تحويل الطاقة الكهربائية من التيار المتردد إلى طاقة ميكانيكية محركات التيار المتردد الكهربائية.

في الصناعة ، تعد المحركات ثلاثية الطور غير المتزامنة هي الأكثر انتشارًا. دعونا نلقي نظرة على الجهاز ومبدأ تشغيل هذه المحركات.

يعتمد مبدأ تشغيل المحرك التعريفي على استخدام مجال مغناطيسي دوار.

لفهم تشغيل مثل هذا المحرك ، سنجري التجربة التالية.

سوف نعزز مغناطيس حدوة حصان على المحور بحيث يمكن تدويره بواسطة المقبض. بين أقطاب المغناطيس نضع أسطوانة نحاسية على طول المحور ، والتي يمكن أن تدور بحرية.

الشكل 1. أبسط نموذج للحصول على مجال مغناطيسي دوار

لنبدأ في تدوير مقبض المغناطيس في اتجاه عقارب الساعة. سيبدأ مجال المغناطيس أيضًا في الدوران ، وأثناء دورانه ، سيعبر الأسطوانة النحاسية بخطوط قوتها. في اسطوانة وفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي، سوف نحصل على التيارات إيديالذين سيخلقون بأنفسهم حقل مغناطيسي - مجال الاسطوانة. سيتفاعل هذا المجال مع المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم ، مما يتسبب في دوران الأسطوانة في نفس اتجاه المغناطيس.

وجد أن سرعة دوران الأسطوانة أقل بقليل من سرعة دوران المجال المغناطيسي.

في الواقع ، إذا كانت الأسطوانة تدور بنفس سرعة المجال المغناطيسي ، فإن خطوط المجال المغناطيسي لا تعبرها وبالتالي لا تظهر تيارات دوامة فيها ، مما يتسبب في دوران الأسطوانة.

عادة ما تسمى سرعة دوران المجال المغناطيسي بالتزامن ، لأنها تساوي سرعة دوران المغناطيس ، وسرعة دوران الأسطوانة غير متزامن (غير متزامن). لذلك ، المحرك نفسه يسمى المحرك التعريفي ... تختلف سرعة دوران الأسطوانة (الدوار) عنها سرعة متزامنة لدوران المجال المغناطيسي مع قدر ضئيل من الانزلاق السعري.

تشير إلى سرعة دوران الجزء المتحرك خلال n1 وسرعة دوران الحقل عبر n يمكننا حساب النسبة المئوية للانزلاق بالصيغة:

ق = (ن - ن 1) / ن.

في التجربة أعلاه ، حصلنا على مجال مغناطيسي دوار ودوران الاسطوانة بسبب دوران مغناطيس دائم ، وبالتالي فإن مثل هذا الجهاز ليس محركًا كهربائيًا بعد ... يجب القيام بذلك كهرباء قم بإنشاء مجال مغناطيسي دوار واستخدمه لتدوير الدوار. تم حل هذه المشكلة ببراعة في عصره بواسطة M. O. Dolivo-Dobrovolski. اقترح استخدام تيار ثلاثي الطور لهذا الغرض.

جهاز محرك كهربائي غير متزامن M. O. Dolivo-Dobrovolski

الشكل 2. رسم تخطيطي للمحرك الكهربائي غير المتزامن Dolivo-Dobrovolsky

على أقطاب نواة حديدية على شكل حلقة ، تسمى الجزء الثابت للمحرك ، توضع ثلاث لفات ، شبكات تيار ثلاثية الطور 0 تقع بالنسبة لبعضها البعض بزاوية 120 درجة.

داخل القلب ، أسطوانة معدنية ، ما يسمى بدوار المحرك الكهربائي.

إذا كانت الملفات مترابطة كما هو موضح في الشكل ومتصلة بشبكة تيار ثلاثية الطور ، فإن التدفق المغناطيسي الكلي الناتج عن الأقطاب الثلاثة سوف يدور.

يوضح الشكل 3 الرسم البياني للتغيرات في التيارات في اللفات الحركية وعملية ظهور مجال مغناطيسي دوار.

دعونا نلقي نظرة على هذه العملية بمزيد من التفصيل.

الشكل 3. الحصول على مجال مغناطيسي دوار

في الموضع «أ» من الرسم البياني ، يكون التيار في الطور الأول صفرًا ، وفي المرحلة الثانية يكون سالبًا ، وفي المرحلة الثالثة يكون موجبًا. يتدفق التيار عبر ملفات العمود في الاتجاه الذي تشير إليه الأسهم في الشكل.

بعد أن حددنا ، وفقًا لقاعدة اليد اليمنى ، اتجاه التدفق المغناطيسي الناتج عن التيار ، سنضمن إنشاء القطب الجنوبي (S) في نهاية القطب الداخلي (التي تواجه الدوار) للملف الثالث و سيتم إنشاء القطب الشمالي (C) عند قطب الملف الثاني. سيتم توجيه التدفق المغناطيسي الكلي من قطب الملف الثاني عبر الدوار إلى قطب الملف الثالث.

في الموضع «B» من الرسم البياني ، يكون التيار في الطور الثاني صفرًا ، وفي المرحلة الأولى يكون موجبًا ، وفي المرحلة الثالثة يكون سالبًا. التيار المتدفق عبر لفات العمود يخلق قطبًا جنوبيًا (S) في نهاية الملف الأول وقطبًا شماليًا (C) في نهاية الملف الثالث. سيتم الآن توجيه التدفق المغناطيسي الكلي من القطب الثالث عبر الدوار إلى القطب الأول ، أي أن القطبين سيتحركان بمقدار 120 درجة.

في الموضع «ب» من الرسم البياني ، يكون التيار في الطور الثالث صفرًا ، وفي المرحلة الثانية يكون موجبًا ، وفي المرحلة الأولى يكون سالبًا.الآن التيار المتدفق عبر الملفين الأول والثاني سيخلق قطبًا شماليًا (C) في نهاية القطب للملف الأول ، وقطبًا جنوبيًا (S) في نهاية القطب للملف الثاني ، أي ، قطبية المجال المغناطيسي الكلي ستحول 120 درجة أخرى. في الموضع «G» على الرسم البياني ، يتحرك المجال المغناطيسي بمقدار 120 درجة أخرى.

وبالتالي ، فإن التدفق المغناطيسي الكلي سيغير اتجاهه مع تغيير اتجاه التيار في لفات الجزء الثابت (الأقطاب).

في هذه الحالة ، لفترة واحدة من تغيير التيار في الملفات ، سيحدث التدفق المغناطيسي ثورة كاملة. سوف يسحب التدفق المغناطيسي الدوار الأسطوانة معها وبالتالي سنحصل على محرك كهربائي غير متزامن.

تذكر أنه في الشكل 3 ، تكون لفات الجزء الثابت متصلة بنجمة ، ولكن يتشكل مجال مغناطيسي دوار عندما تكون متصلة بالدلتا.

إذا قمنا بتبديل لفات المرحلتين الثانية والثالثة ، فإن التدفق المغناطيسي سيعكس اتجاه دورانه.

يمكن تحقيق نفس النتيجة دون تغيير ملفات الجزء الثابت ، ولكن توجيه تيار المرحلة الثانية من الشبكة إلى المرحلة الثالثة من الجزء الثابت ، والمرحلة الثالثة من الشبكة إلى المرحلة الثانية من الجزء الثابت.

لذلك ، يمكنك تغيير اتجاه دوران المجال المغناطيسي بتبديل مرحلتين.

اعتبرنا جهازًا به محرك تحريضي بثلاث لفات ثابتة ... في هذه الحالة ، يكون المجال المغناطيسي الدوار ثنائي القطب ، وعدد الدورات في الثانية يساوي عدد فترات التغيير الحالي في ثانية واحدة.

إذا تم وضع ستة ملفات على الجزء الثابت حول المحيط ، فسيكون الحقل المغناطيسي رباعي الأقطاب ... مع تسعة ملفات ، سيكون الحقل ستة أقطاب.

عند تردد تيار ثلاثي الطور يساوي 50 فترة في الثانية أو 3000 في الدقيقة ، سيكون عدد الدورات n للحقل الدوار في الدقيقة كما يلي:

مع الجزء الثابت ثنائي القطب n = (50 NS 60) / 1 = 3000 دورة في الدقيقة ،

مع الجزء الثابت رباعي الأقطاب n = (50 NS 60) / 2 = 1500 دورة ،

مع الجزء الثابت بستة أقطاب n = (50 NS 60) / 3 = 1000 دورة ،

بعدد أزواج أقطاب الجزء الثابت يساوي p: n = (f NS 60) / p ،

لذلك ، حددنا سرعة دوران المجال المغناطيسي واعتماده على عدد لفات الجزء الثابت للمحرك.

كما نعلم ، سيتأخر الجزء المتحرك قليلاً في دورانه.

ومع ذلك ، فإن تأخر الدوار صغير جدًا. على سبيل المثال ، عندما يكون المحرك في وضع الخمول ، يكون الفرق في السرعة 3٪ فقط وتحت الحمل 5-7٪. لذلك ، تتغير سرعة المحرك التعريفي في حدود صغيرة جدًا عندما يتغير الحمل ، وهي إحدى ميزاته.

فكر الآن في جهاز المحركات الكهربائية غير المتزامنة

محرك كهربائي غير متزامن مفكك: أ) الجزء الثابت ؛ ب) دوار قفص السنجاب ؛ ج) الدوار في مرحلة التنفيذ (1 - إطار ؛ 2 - قلب صفائح فولاذية مختومة ؛ 3 - لف ؛ 4 - عمود ؛ 5 - حلقات منزلقة)

يحتوي الجزء الثابت للمحرك الكهربائي غير المتزامن الحديث على أعمدة غير واضحة ، أي أن السطح الداخلي للجزء الثابت مصنوع بشكل سلس تمامًا.

لتقليل خسائر تيار الدوامة ، يتكون قلب الجزء الثابت من صفائح فولاذية مختومة رفيعة. يتم تثبيت قلب الجزء الثابت المجمع في غلاف فولاذي.

يتم وضع ملف من الأسلاك النحاسية في فتحات الجزء الثابت. يتم توصيل لفات الطور للجزء الثابت للمحرك الكهربائي بواسطة "نجمة" أو "دلتا" ، حيث يتم إحضار جميع بدايات ونهايات اللفات إلى الجزء الثابت. الجسم - إلى درع عازل خاص. يعتبر جهاز الجزء الثابت هذا مناسبًا للغاية ، حيث يسمح لك بتشغيل اللفات إلى الفولتية القياسية المختلفة.

يتم تجميع الدوار المحرك التعريفي ، مثل الجزء الثابت ، من صفائح فولاذية مختومة. يتم وضع ملف في أخاديد الدوار.

اعتمادًا على تصميم الدوار ، يتم تقسيم المحركات الكهربائية غير المتزامنة إلى محركات دوار قفص السنجاب ومحركات طور الدوار.

اللف الدوار لقفص السنجاب مصنوع من قضبان نحاسية يتم إدخالها في فتحات الدوار. نهايات القضبان متصلة بحلقة نحاسية. وهذا ما يسمى بقفص السنجاب المتداول. لاحظ أن القضبان النحاسية في القنوات ليست معزولة.

في بعض المحركات ، يتم استبدال "قفص السنجاب" بدوار مصبوب.

محرك دوار غير متزامن (مع حلقات الانزلاق) تستخدم بشكل عام في المحركات الكهربائية عالية الطاقة وفي هذه الحالات ؛ عندما يكون من الضروري للمحرك الكهربائي أن يخلق قوة كبيرة عند البدء. يتم تحقيق ذلك من خلال حقيقة أن لفات محرك الطور متصلة بدء مقاومة ريوستات.

يتم تشغيل المحركات الحثية على شكل قفص السنجاب بطريقتين:

1) التوصيل المباشر لجهد التيار الكهربائي ثلاثي الأطوار بالجزء الثابت للمحرك. هذه الطريقة هي الأبسط والأكثر شيوعًا.

2) تقليل الجهد المطبق على لفات الجزء الثابت. يتم تقليل الجهد ، على سبيل المثال ، عن طريق تبديل لفات الجزء الثابت من النجم إلى دلتا.

يتم تشغيل المحرك عندما يتم توصيل لفات الجزء الثابت في "نجمة" ، وعندما يصل الدوار إلى السرعة العادية ، يتم تحويل ملفات الجزء الثابت إلى اتصال "دلتا".

يتم تقليل التيار في أسلاك الإمداد بهذه الطريقة لبدء تشغيل المحرك بمقدار 3 مرات مقارنة بالتيار الذي قد يحدث عند بدء تشغيل المحرك عن طريق الاتصال المباشر بالشبكة مع ملفات الجزء الثابت المتصلة بواسطة «دلتا».ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة مناسبة فقط إذا كان الجزء الثابت مصممًا للتشغيل العادي عندما تكون ملفاته متصلة بالدلتا.

الأبسط والأرخص والأكثر موثوقية هو محرك قفص السنجاب غير المتزامن ، لكن هذا المحرك له بعض العيوب - جهد بدء منخفض وتيار بدء مرتفع. يتم التخلص من هذه العيوب إلى حد كبير عن طريق استخدام دوار الطور ، لكن استخدام مثل هذا الدوار يزيد بشكل كبير من تكلفة المحرك ويتطلب بدء تشغيل مقاومة متغيرة.

أنواع المحركات غير المتزامنة

النوع الرئيسي للآلة غير المتزامنة هو محرك غير متزامن ثلاثي الأطوار ... له ثلاث لفات للجزء الثابت تقع عند 120 درجة من بعضها البعض. الملفات متصلة بنجمة أو دلتا ويتم تشغيلها بواسطة تيار متناوب ثلاثي الطور.

يتم تنفيذ المحركات منخفضة الطاقة في معظم الحالات على مرحلتين ... على عكس المحركات ثلاثية الطور ، فلديها ملفان ثابتان ، حيث يجب إزاحة التيارات بزاوية لإنشاء مجال مغناطيسي دوار π / 2.

إذا كانت التيارات الموجودة في اللفات متساوية في الحجم وتم تحويلها في الطور بمقدار 90 درجة ، فلن يختلف تشغيل هذا المحرك بأي شكل من الأشكال عن تشغيل ثلاث مراحل. ومع ذلك ، فإن هذه المحركات التي تحتوي على ملفين للجزء الثابت يتم تشغيلها في معظم الحالات بواسطة شبكة أحادية الطور ويتم إنشاء إزاحة تقترب من 90 درجة بشكل مصطنع ، عادةً بسبب المكثفات.

محرك أحادي الطور يكون ملفًا واحدًا فقط من الجزء الثابت غير نشط عمليًا ، وعندما يكون الجزء المتحرك ثابتًا ، يتم إنشاء مجال مغناطيسي نابض فقط في المحرك ويكون عزم الدوران صفرًا. صحيح أنه إذا دار دوار مثل هذه الآلة بسرعة معينة ، فيمكنه أداء وظائف المحرك.

في هذه الحالة ، على الرغم من أنه لن يكون هناك سوى مجال نابض ، إلا أنه يتكون من نوعين متماثلين - للأمام وللخلف ، مما يخلق عزم دوران غير متساوٍ - محرك أكبر وفرامل أقل ، ينشأ بسبب التيارات الدوارة ذات التردد المتزايد (الانزلاق في الاتجاه المعاكس المتزامن الحقل أكبر من 1).

فيما يتعلق بما سبق ، يتم تزويد المحركات أحادية الطور بملف ثانٍ يستخدم كملف بدء. يتم تضمين المكثفات في دائرة هذا الملف لإنشاء تحول طور للتيار ، يمكن أن تكون سعته كبيرة جدًا (عشرات الميكروفاراد مع قوة محرك أقل من 1 كيلو واط).

تستخدم أنظمة التحكم محركات ثنائية الطور ، تسمى أحيانًا تنفيذية ... ولديها ملفان للجزء الثابت يتم إزاحتهما في الفضاء بمقدار 90 درجة. إحدى اللفات ، تسمى ملف المجال ، متصلة مباشرة بشبكة 50 أو 400 هرتز. يستخدم الثاني كملف تحكم.

لإنشاء مجال مغناطيسي دوار والعزم المقابل ، يجب إزاحة التيار في ملف التحكم بزاوية قريبة من 90 درجة. يتم تنظيم سرعة المحرك ، كما هو موضح أدناه ، عن طريق تغيير قيمة أو مرحلة التيار في هذا الملف. يتم توفير العكس من خلال تغيير مرحلة التيار في ملف التحكم بمقدار 180 درجة (تبديل الملف).

يتم إنتاج المحركات ثنائية الطور في عدة إصدارات:

• مع الدوار قفص السنجاب ،

• بدوار مجوف غير مغناطيسي ،

• بدوار مغناطيسي أجوف.

المحركات الخطية

دائمًا ما يرتبط تحويل الحركة الدورانية للمحرك إلى حركة انتقالية لأعضاء آلة العمل بالحاجة إلى استخدام أي وحدات ميكانيكية: رفوف التروس ، والمسمار ، وما إلى ذلك.فقط بشروط - كعضو متحرك).

في هذه الحالة ، يُقال إن المحرك قد تم نشره. يتم تنفيذ لف الجزء الثابت للمحرك الخطي بنفس طريقة تنفيذ المحرك الحجمي ، ولكن يجب وضعه فقط في الأخاديد بطول أقصى حركة ممكنة للدوار المنزلق. عادةً ما يكون الجزء المتحرك المنزلق قصير الدائرة ، ويتم توضيح جسم عمل الآلية به. في نهايات الجزء الثابت ، يجب بالطبع أن تكون هناك نقاط توقف لمنع الدوار من مغادرة حدود العمل للمسار.