비동기 전동기의 작동 원리 및 장치

전기차교류에서 기계 에너지로 전기 에너지를 변환하는 것을 AC 전기 모터라고 합니다.

산업계에서는 비동기식 3상 모터가 가장 널리 사용됩니다. 이 엔진의 장치와 작동 원리를 살펴 보겠습니다.

유도 전동기의 작동 원리는 회전 자기장의 사용을 기반으로 합니다.

이러한 엔진의 작동을 이해하기 위해 다음 실험을 수행합니다.

우리는 강화할 것입니다 편자 자석 핸들에 의해 회전될 수 있도록 축에. 자석의 극 사이에 자유롭게 회전할 수 있는 축을 따라 구리 실린더를 배치합니다.

그림 1. 회전 자기장을 얻기 위한 가장 간단한 모델

핸들 자석을 시계 방향으로 돌려봅시다. 자석의 필드도 회전하기 시작하고 회전하면서 힘선과 함께 구리 실린더를 가로지릅니다. 실린더에서 전자기 유도의 법칙에 따라, 가질 것이다 맴돌이 전류누가 자신의 것을 만들 것인가 자기장 - 실린더의 필드. 이 필드는 영구 자석의 자기장과 상호 작용하여 실린더가 자석과 같은 방향으로 회전하도록 합니다.

실린더의 회전 속도는 자기장의 회전 속도보다 약간 느린 것으로 나타났습니다.

실제로 실린더가 자기장과 같은 속도로 회전하면 자기장선이 실린더를 가로지르지 않으므로 실린더에 와전류가 발생하지 않아 실린더가 회전합니다.

자기장의 회전 속도는 자석의 회전 속도와 같고 실린더의 회전 속도는 비동기식(비동기식)이기 때문에 일반적으로 동기식이라고 합니다. 따라서 모터 자체를 유도 전동기라고 합니다... 실린더(로터)의 회전 속도가 자기장의 동기 회전 속도 약간의 미끄러짐으로.

n1을 통한 로터의 회전 속도와 n을 통한 필드의 회전 속도를 나타내며 다음 공식으로 백분율 슬립을 계산할 수 있습니다.

s = (n — n1) / n.

위의 실험에서 우리는 영구 자석의 회전으로 인해 회전 자기장과 이로 인해 발생하는 실린더의 회전을 얻었으므로 이러한 장치는 아직 전기 모터가 아닙니다… 전기 회전 자기장을 생성하고 이를 사용하여 로터를 돌립니다. 이 문제는 당시 M.O. Dolivo-Dobrovolski에 의해 훌륭하게 해결되었습니다. 그는 이 목적을 위해 3상 전류를 사용할 것을 제안했습니다.

비동기 전동기 M.O. Dolivo-Dobrovolski 장치

그림 2. Dolivo-Dobrovolsky 비동기 전기 모터의 다이어그램

모터 고정자라고하는 링 모양의 철심의 극에는 3 개의 권선, 3 상 전류 네트워크 0 120 °의 각도로 서로 상대적으로 위치합니다.

코어 내부에는 금속 실린더, 소위 전기 모터의 회 전자가 있습니다.

코일이 그림과 같이 상호 연결되고 3상 전류 네트워크에 연결되면 3극에 의해 생성된 총 자속이 회전하는 것으로 판명됩니다.

그림 3은 모터 권선의 전류 변화 그래프와 회전 자기장의 출현 과정을 보여줍니다.

이 과정을 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.

그림 3. 회전 자기장 얻기

그래프의 위치 «A»에서 첫 번째 위상의 전류는 0이고 두 번째 위상에서는 음수이며 세 번째 위상에서는 양수입니다. 그림에서 화살표로 표시된 방향으로 극 코일을 통해 전류가 흐릅니다.

오른손 법칙에 따라 전류에 의해 생성된 자속의 방향을 결정한 후 세 번째 권선의 내부 극 끝(회전자를 향함)에 남극(S)이 생성되고 북극(C)은 두 번째 코일의 극에 생성됩니다. 총 자속은 두 번째 코일의 극에서 회전자를 통해 세 번째 코일의 극으로 향하게 됩니다.

그래프의 위치 «B»에서 두 번째 위상의 전류는 0이고 첫 번째 위상에서는 양수이며 세 번째 위상에서는 음수입니다. 극 권선을 통해 흐르는 전류는 첫 번째 권선 끝에 남극(S)을 생성하고 세 번째 권선 끝에 북극(C)을 생성합니다. 총 자속은 이제 세 번째 극에서 회 전자를 통해 첫 번째 극으로 향합니다. 즉, 극이 120 ° 이동합니다.

그래프의 위치 «B»에서 세 번째 위상의 전류는 0이고 두 번째 위상에서는 양수이며 첫 번째 위상에서는 음수입니다.이제 첫 번째와 두 번째 코일을 통해 흐르는 전류는 첫 번째 코일의 극 끝에 북극(C)을 만들고 두 번째 코일의 극 끝에 남극(S)을 생성합니다. , 총 자기장의 극성은 또 다른 120 ° 이동합니다. 그래프의 위치 «G»에서 자기장이 120° 더 이동합니다.

따라서 총 자속은 고정자 권선(극)의 전류 방향이 변경됨에 따라 방향이 변경됩니다.

이 경우 코일의 전류 변화 기간 동안 자속이 완전히 회전합니다. 회전하는 자속은 실린더와 함께 드래그하므로 비동기식 전기 모터를 얻게 됩니다.

그림 3에서 고정자 권선은 스타형으로 연결되어 있지만 델타형으로 연결되면 회전 자기장이 형성됩니다.

두 번째와 세 번째 위상의 권선을 전환하면 자속이 회전 방향을 바꿉니다.

고정자 권선을 변경하지 않고도 동일한 결과를 얻을 수 있지만 네트워크의 두 번째 위상의 전류를 고정자의 세 번째 위상으로, 네트워크의 세 번째 위상을 고정자의 두 번째 위상으로 유도합니다.

따라서 두 위상을 전환하여 자기장의 회전 방향을 변경할 수 있습니다.

고정자 권선이 3 개인 유도 전동기가있는 장치를 고려했습니다.... 이 경우 회전 자기장은 양극성이며 초당 회전 수는 1 초 동안의 전류 변화 기간과 같습니다.

6개의 코일이 고정자 둘레에 배치되면 4극 회전 자기장... 9개의 코일을 사용하면 필드는 6극이 됩니다.

초당 50 주기 또는 분당 3000에 해당하는 3상 전류의 주파수에서 분당 회전 필드의 회전 수 n은 다음과 같습니다.

바이폴라 고정자 n = (50 NS 60) / 1 = 3000 rpm,

4극 고정자 n = (50 NS 60) / 2 = 1500회전,

6극 고정자 n = (50 NS 60) / 3 = 1000 회전,

p와 같은 고정자 극 쌍의 수: n = (f NS 60) / p,

그래서 우리는 자기장의 회전 속도와 모터 고정자의 권선 수에 대한 의존성을 설정했습니다.

아시다시피 모터 회전자는 회전이 약간 느려집니다.

그러나 로터 지연은 매우 작습니다. 예를 들어, 엔진이 공회전 중일 때 속도 차이는 3%에 불과하고 부하에서는 5-7%입니다. 따라서 유도 전동기의 속도는 부하가 변할 때 매우 작은 한계 내에서 변하는 것이 장점 중 하나입니다.

이제 비동기 전기 모터 장치를 고려하십시오.

분해된 비동기 전동기: a) 고정자; b) 농형 로터; c) 실행 단계의 로터(1 — 프레임, 2 — 스탬핑 강판 코어, 3 — 와인딩, 4 — 샤프트, 5 — 슬라이딩 링)

현대식 비동기식 전기 모터의 고정자에는 극이 표시되지 않습니다. 즉, 고정자의 내부 표면이 완전히 매끄럽게 만들어집니다.

와전류 손실을 줄이기 위해 고정자 코어는 얇은 스탬핑 강판으로 형성됩니다. 조립된 고정자 코어는 강철 케이싱에 고정됩니다.

구리선 코일이 고정자의 슬롯에 놓여 있습니다.전기 모터의 고정자의 위상 권선은 «스타» 또는 «델타»로 연결되어 권선의 모든 시작과 끝이 본체 - 특수 절연 실드에. 이러한 고정자 장치는 권선을 다른 표준 전압으로 켤 수 있으므로 매우 편리합니다.

고정자와 같은 유도 전동기 회전자는 스탬핑 강판으로 조립됩니다. 로터의 홈에 코일이 놓여 있습니다.

로터의 설계에 따라 비동기 전기 모터는 농형 로터와 페이즈 로터 모터로 나뉩니다.

농형 회 전자 권선은 회 전자의 슬롯에 삽입 된 구리 막대로 만들어집니다. 로드의 끝은 구리 링으로 연결됩니다. 이것은 다람쥐 케이지 롤링이라고합니다. 채널의 구리 막대는 절연되어 있지 않습니다.

일부 엔진에서는 "다람쥐 케이지"가 주조 로터로 대체됩니다.

비동기 로터 모터 (슬립 링 포함)은 일반적으로 고전력 전기 모터에 사용되며 이러한 경우에 사용됩니다. 전기 모터가 시작할 때 큰 힘을 생성해야 하는 경우. 이것은 위상 모터의 권선이 연결되어 있다는 사실에 의해 달성됩니다. 가변 저항 시작.

농형 유도 전동기는 두 가지 방식으로 시운전됩니다.

1) 3상 주전원 전압을 모터 고정자에 직접 연결합니다. 이 방법은 가장 간단하고 대중적입니다.

2) 고정자 권선에 가해지는 전압을 줄입니다. 예를 들어 고정자 권선을 스타에서 델타로 전환하면 전압이 감소합니다.

고정자 권선이 "스타"로 연결되면 모터가 시작되고 회전자가 정상 속도에 도달하면 고정자 권선이 "델타" 연결로 전환됩니다.

이 모터 시동 방법에서 공급 와이어의 전류는 «델타»로 연결된 고정자 권선이 있는 네트워크에 직접 연결하여 모터를 시동할 때 발생하는 전류에 비해 3배 감소합니다.그러나 이 방법은 권선이 델타 연결될 때 고정자가 정상 작동하도록 설계된 경우에만 적합합니다.

가장 간단하고 저렴하며 가장 신뢰할 수 있는 것은 비동기 농형 모터이지만 이 모터에는 몇 가지 단점이 있습니다. 즉, 시동 노력이 적고 시동 전류가 높습니다. 이러한 단점은 위상 회전자를 사용하면 대부분 제거되지만 이러한 회전자를 사용하면 모터 비용이 크게 증가하고 가변 저항기 시동이 필요합니다.

비동기 모터의 종류

비동기 기계의 주요 유형은 3 상 비동기 모터... 서로 120 °에 위치한 3 개의 고정자 권선이 있습니다. 코일은 스타 또는 델타 연결이며 3상 교류로 전원이 공급됩니다.

저전력 모터는 대부분의 경우 2상으로 구현됩니다.... 3상 모터와 달리 2개의 고정자 권선이 있으며 전류는 회전 자기장 π/2를 생성하기 위해 일정 각도로 오프셋되어야 합니다.

권선의 전류 크기가 같고 위상이 90 ° 이동하면 이러한 모터의 작동은 3 상 작동과 전혀 다르지 않습니다. 그러나 두 개의 고정자 권선이 있는 모터는 대부분 단상 네트워크에 의해 구동되며 일반적으로 커패시터로 인해 인위적으로 90°에 가까운 변위가 생성됩니다.

단상 모터 고정자의 한 권선 만 실제로 비활성화됩니다.회전자가 정지하면 모터에 맥동 자기장 만 생성되고 토크는 0입니다. 그러한 기계의 로터가 일정 속도로 회전하면 엔진의 기능을 수행할 수 있는 것은 사실입니다.

이 경우 맥동 필드 만 있지만 두 개의 대칭으로 구성됩니다. 앞뒤로 불평등 한 토크를 생성합니다. 주파수가 증가한 회 전자 전류로 인해 발생하는 더 큰 모터와 더 적은 제동 (역 동기에 대한 슬립) 필드가 1보다 큽니다).

위와 관련하여 단상 모터에는 시작 권선으로 사용되는 두 번째 권선이 제공됩니다. 커패시터는 이 코일의 회로에 포함되어 전류의 위상 편이를 생성하며, 그 용량은 상당히 클 수 있습니다(모터 전력이 1kW 미만인 수십 마이크로패럿).

제어 시스템은 때때로 호출되는 2상 모터를 사용합니다. 집행... 공간에서 90 ° 오프셋 된 두 개의 고정자 권선이 있습니다. 계자 권선이라고 하는 권선 중 하나는 50 또는 400Hz 네트워크에 직접 연결됩니다. 두 번째는 제어 코일로 사용됩니다.

회전 자기장과 해당 토크를 생성하려면 제어 코일의 전류가 90°에 가까운 각도로 변위되어야 합니다. 모터 속도의 조절은 아래에서 볼 수 있듯이 이 코일의 전류 값 또는 위상을 변경하여 수행됩니다. 반대는 제어 코일의 전류 위상을 180 ° 변경하여 제공됩니다 (코일 전환).

2상 모터는 여러 버전으로 생산됩니다.

• 다람쥐 케이지 로터 포함,

• 속이 빈 비자성 회전자로,

• 속이 빈 마그네틱 로터.

리니어 모터

엔진의 회전 운동을 작업 기계 기관의 병진 운동으로 변환하는 것은 항상 기어 랙, 나사 등과 같은 기계 장치를 사용해야 할 필요성과 관련이 있습니다.조건부로만-움직이는 기관으로).

이 경우 엔진이 배치되었다고 합니다. 선형 모터의 고정자 권선은 체적 모터와 동일한 방식으로 수행되지만 슬라이딩 로터의 가능한 최대 이동 길이 전체를 따라 홈에만 배치해야 합니다. 슬라이더 로터는 일반적으로 단락되어 있으며 메커니즘의 작동 본체가 연결되어 있습니다. 고정자 끝에는 회전자가 경로의 작업 한계를 벗어나지 않도록 정지 장치가 있어야 합니다.