อุปกรณ์และหลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัส

รถยนต์ไฟฟ้าการแปลงพลังงานไฟฟ้าจากกระแสสลับเป็นพลังงานกลเรียกว่ามอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ

ในอุตสาหกรรม มอเตอร์สามเฟสแบบอะซิงโครนัสเป็นที่แพร่หลายมากที่สุด ลองดูอุปกรณ์และหลักการทำงานของเครื่องยนต์เหล่านี้

หลักการทำงานของมอเตอร์เหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับการใช้สนามแม่เหล็กหมุน

เพื่อให้เข้าใจการทำงานของเครื่องยนต์ดังกล่าว เราจะทำการทดลองดังต่อไปนี้

เราจะเข้มแข็งขึ้น แม่เหล็กเกือกม้า บนแกนเพื่อให้ด้ามจับหมุนได้ ระหว่างขั้วของแม่เหล็กเราวางกระบอกทองแดงไว้ตามแกนซึ่งสามารถหมุนได้อย่างอิสระ

รูปที่ 1 แบบจำลองที่ง่ายที่สุดในการรับสนามแม่เหล็กหมุน

เริ่มหมุนที่จับแม่เหล็กตามเข็มนาฬิกา สนามของแม่เหล็กก็จะเริ่มหมุนเช่นกัน และขณะที่มันหมุน ก็จะตัดกับกระบอกทองแดงด้วยเส้นแรงของมัน ในกระบอกสูบ ตามกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า, จะมี กระแสน้ำวนใครจะเป็นคนสร้างเอง สนามแม่เหล็ก — สนามของทรงกระบอก สนามนี้จะทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวร ทำให้ทรงกระบอกหมุนไปในทิศทางเดียวกับแม่เหล็ก

พบว่าความเร็วของการหมุนของกระบอกสูบน้อยกว่าความเร็วของการหมุนของสนามแม่เหล็กเล็กน้อย

อันที่จริง ถ้าทรงกระบอกหมุนด้วยความเร็วเท่ากันกับสนามแม่เหล็ก เส้นสนามแม่เหล็กจะไม่ตัดกัน ดังนั้นจึงไม่มีกระแสไหลวนเกิดขึ้น ทำให้ทรงกระบอกหมุน

โดยปกติความเร็วของการหมุนของสนามแม่เหล็กจะเรียกว่าซิงโครนัสเพราะมันเท่ากับความเร็วของการหมุนของแม่เหล็กและความเร็วของการหมุนของกระบอกสูบนั้นไม่ตรงกัน (อะซิงโครนัส) ดังนั้นมอเตอร์เองจึงเรียกว่า มอเตอร์เหนี่ยวนำ... ความเร็วของการหมุนของกระบอกสูบ (โรเตอร์) จึงแตกต่างจาก ความเร็วในการหมุนของสนามแม่เหล็กแบบซิงโครนัส มีการลื่นไถลเล็กน้อย

หมายถึงความเร็วของการหมุนของโรเตอร์ถึง n1 และความเร็วของการหมุนของสนามผ่าน n เราสามารถคำนวณเปอร์เซ็นต์การลื่นไถลได้ด้วยสูตร:

s = (n — n1) / น.

ในการทดลองข้างต้น เราได้รับสนามแม่เหล็กหมุนและการหมุนของกระบอกสูบที่เกิดจากการหมุนของแม่เหล็กถาวร ดังนั้นอุปกรณ์ดังกล่าวจึงยังไม่ใช่มอเตอร์ไฟฟ้า... ควรทำ ไฟฟ้า สร้างสนามแม่เหล็กหมุนและใช้เพื่อหมุนโรเตอร์ ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขอย่างยอดเยี่ยมในสมัยของเขาโดย M. O. Dolivo-Dobrovolski เขาเสนอให้ใช้กระแสสามเฟสเพื่อจุดประสงค์นี้

อุปกรณ์ของมอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัส M. O. Dolivo-Dobrovolski

รูปที่ 2 ไดอะแกรมของมอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัส Dolivo-Dobrovolsky

บนเสาของแกนเหล็กรูปวงแหวนซึ่งเรียกว่ามอเตอร์สเตเตอร์มีขดลวดสามเส้นซึ่งเป็นเครือข่ายกระแสไฟสามเฟส 0 ซึ่งสัมพันธ์กันที่มุม 120 °

ภายในแกนมีกระบอกสูบโลหะซึ่งเรียกว่าโรเตอร์ของมอเตอร์ไฟฟ้า

หากขดลวดเชื่อมต่อกันดังที่แสดงในรูปและเชื่อมต่อกับเครือข่ายกระแสไฟสามเฟส ฟลักซ์แม่เหล็กทั้งหมดที่สร้างขึ้นโดยขั้วทั้งสามจะกลายเป็นการหมุน

รูปที่ 3 แสดงกราฟการเปลี่ยนแปลงของกระแสในขดลวดมอเตอร์และกระบวนการของสนามแม่เหล็กหมุน

ลองดูที่กระบวนการนี้โดยละเอียด

รูปที่ 3 การได้รับสนามแม่เหล็กหมุน

ในตำแหน่ง «A» ของกราฟ กระแสในเฟสแรกเป็นศูนย์ เฟสที่สองเป็นลบ และในเฟสที่สามเป็นบวก กระแสไหลผ่านขดลวดขั้วตามทิศทางที่ระบุโดยลูกศรในรูป

เมื่อพิจารณาตามกฎมือขวาแล้ว ทิศทางของฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแส เราจะตรวจสอบให้แน่ใจว่าขั้วใต้ (S) จะถูกสร้างขึ้นที่ปลายขั้วด้านใน (หันหน้าไปทางโรเตอร์) ของขดลวดที่สามและ ขั้วเหนือ (C ) จะถูกสร้างขึ้นที่ขั้วของขดลวดที่สอง ฟลักซ์แม่เหล็กทั้งหมดจะถูกส่งตรงจากขั้วของขดลวดที่สองผ่านโรเตอร์ไปยังขั้วของขดลวดที่สาม

ในตำแหน่ง «B» ของกราฟ กระแสในเฟสที่สองเป็นศูนย์ ในช่วงแรกเป็นบวก และในเฟสที่สามเป็นลบ กระแสที่ไหลผ่านขดลวดขั้วโลกจะสร้างขั้วใต้ (S) ที่ปลายขดลวดที่หนึ่งและขั้วเหนือ (C) ที่ปลายขดลวดที่สาม ฟลักซ์แม่เหล็กทั้งหมดจะถูกนำจากขั้วที่สามผ่านโรเตอร์ไปยังขั้วแรก นั่นคือ ขั้วจะเคลื่อนที่ไป 120°

ในตำแหน่ง «B» ของกราฟ กระแสในเฟสที่สามเป็นศูนย์ เฟสที่สองเป็นบวก และเฟสแรกเป็นลบตอนนี้กระแสที่ไหลผ่านขดลวดที่หนึ่งและที่สองจะสร้างขั้วเหนือ (C) ที่ปลายขั้วของขดลวดที่หนึ่ง และขั้วใต้ (S) ที่ปลายขั้วของขดลวดที่สอง นั่นคือ , ขั้วของสนามแม่เหล็กทั้งหมดจะเลื่อนไปอีก 120° ที่ตำแหน่ง «G» บนกราฟ สนามแม่เหล็กจะเคลื่อนที่ไปอีก 120°

ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กทั้งหมดจะเปลี่ยนทิศทางโดยมีการเปลี่ยนแปลงทิศทางของกระแสในขดลวดสเตเตอร์ (ขั้ว)

ในกรณีนี้ ในช่วงเวลาหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงของกระแสในขดลวด ฟลักซ์แม่เหล็กจะทำการปฏิวัติอย่างสมบูรณ์ ฟลักซ์แม่เหล็กที่หมุนอยู่จะลากกระบอกสูบไปด้วย ดังนั้นเราจะได้มอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัส

โปรดจำไว้ว่าในรูปที่ 3 ขดลวดสเตเตอร์เชื่อมต่อกับดาว แต่สนามแม่เหล็กหมุนจะเกิดขึ้นเมื่อเชื่อมต่อกับเดลต้า

ถ้าเราสลับขดลวดของเฟสที่สองและสาม ฟลักซ์แม่เหล็กจะกลับทิศทางการหมุน

ผลลัพธ์เดียวกันสามารถทำได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนขดลวดสเตเตอร์ แต่นำกระแสเฟสที่สองของเครือข่ายเข้าสู่เฟสที่สามของสเตเตอร์และเฟสที่สามของเครือข่ายเข้าสู่เฟสที่สองของสเตเตอร์

ดังนั้น คุณสามารถเปลี่ยนทิศทางการหมุนของสนามแม่เหล็กได้โดยการสลับสองเฟส

เราพิจารณาอุปกรณ์ที่มีมอเตอร์เหนี่ยวนำที่มีขดลวดสเตเตอร์สามเส้น... ในกรณีนี้ สนามแม่เหล็กที่หมุนเป็นสองขั้ว และจำนวนรอบต่อวินาทีจะเท่ากับจำนวนรอบของการเปลี่ยนแปลงปัจจุบันในหนึ่งวินาที

หากวางขดหกขดบนสเตเตอร์รอบเส้นรอบวง สนามแม่เหล็กหมุนสี่ขั้ว... ด้วยขดลวดเก้าขด สนามจะเป็นหกขั้ว

ที่ความถี่ของกระแสสามเฟสเท่ากับ 50 รอบต่อวินาทีหรือ 3,000 ต่อนาที จำนวนรอบ n ของสนามหมุนต่อนาทีจะเป็น:

ด้วยไบโพลาร์สเตเตอร์ n = (50 NS 60) / 1 = 3,000 รอบต่อนาที

ด้วยสเตเตอร์สี่ขั้ว n = (50 NS 60) / 2 = 1,500 รอบ

ด้วยสเตเตอร์หกขั้ว n = (50 NS 60) / 3 = 1,000 รอบ

ด้วยจำนวนคู่ของเสาสเตเตอร์เท่ากับ p: n = (f NS 60) / p,

ดังนั้นเราจึงกำหนดความเร็วของการหมุนของสนามแม่เหล็กและขึ้นอยู่กับจำนวนขดลวดของสเตเตอร์ของมอเตอร์

ดังที่เราทราบ โรเตอร์ของมอเตอร์จะล่าช้าเล็กน้อยในการหมุน

อย่างไรก็ตาม ความล่าช้าของโรเตอร์มีน้อยมาก ตัวอย่างเช่น เมื่อเครื่องยนต์เดินเบา ความแตกต่างของความเร็วจะอยู่ที่ 3% เท่านั้น และอยู่ภายใต้ภาระ 5-7% ดังนั้นความเร็วของมอเตอร์เหนี่ยวนำจะเปลี่ยนแปลงภายในขอบเขตที่น้อยมากเมื่อโหลดเปลี่ยนแปลง ซึ่งเป็นข้อดีอย่างหนึ่ง

พิจารณาอุปกรณ์ของมอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัส

มอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสที่ถอดประกอบ: a) สเตเตอร์; b) โรเตอร์กรงกระรอก c) โรเตอร์ในขั้นตอนการดำเนินการ (1 - เฟรม 2 - แกนของแผ่นเหล็กประทับตรา 3 - คดเคี้ยว 4 - เพลา 5 - วงแหวนเลื่อน)

สเตเตอร์ของมอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสสมัยใหม่มีขั้วที่ไม่ออกเสียง นั่นคือ พื้นผิวด้านในของสเตเตอร์นั้นเรียบสนิท

เพื่อลดการสูญเสียกระแสไหลวน แกนสเตเตอร์ถูกสร้างขึ้นจากแผ่นเหล็กปั๊มบาง แกนสเตเตอร์ที่ประกอบแล้วได้รับการแก้ไขในปลอกเหล็ก

ขดลวดทองแดงวางอยู่ในช่องของ stator ขดลวดเฟสของ stator ของมอเตอร์ไฟฟ้าเชื่อมต่อกันด้วย «star» หรือ «delta» ซึ่งจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของขดลวดทั้งหมดจะถูกนำไปที่ ร่างกาย - เป็นเกราะป้องกันพิเศษ อุปกรณ์สเตเตอร์ดังกล่าวสะดวกมากเนื่องจากช่วยให้คุณสามารถเปิดขดลวดเป็นแรงดันไฟฟ้ามาตรฐานต่างๆ

โรเตอร์ของมอเตอร์เหนี่ยวนำเช่นสเตเตอร์ประกอบขึ้นจากแผ่นเหล็กประทับตรา ขดลวดวางอยู่ในร่องของโรเตอร์

ขึ้นอยู่กับการออกแบบของโรเตอร์ มอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสจะแบ่งออกเป็นโรเตอร์กรงกระรอกและมอเตอร์โรเตอร์เฟส

ขดลวดโรเตอร์กรงกระรอกทำจากแท่งทองแดงสอดเข้าไปในช่องของโรเตอร์ ปลายของแท่งเชื่อมต่อกับวงแหวนทองแดง สิ่งนี้เรียกว่าการกลิ้งกรงกระรอก โปรดทราบว่าแถบทองแดงในช่องไม่ได้หุ้มฉนวน

ในบางเครื่องยนต์ "กรงกระรอก" จะถูกแทนที่ด้วยโรเตอร์หล่อ

มอเตอร์โรเตอร์แบบอะซิงโครนัส (มีสลิปริง) โดยทั่วไปจะใช้ในมอเตอร์ไฟฟ้ากำลังสูง และในกรณีเหล่านี้ เมื่อมอเตอร์ไฟฟ้าจำเป็นต้องสร้างแรงขนาดใหญ่เมื่อสตาร์ท สิ่งนี้ทำได้โดยการเชื่อมต่อขดลวดของเฟสมอเตอร์ เริ่มรีโอสแตท.

มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอกมีการใช้งานสองวิธี:

1) การเชื่อมต่อโดยตรงของแรงดันไฟหลักสามเฟสกับสเตเตอร์ของมอเตอร์ วิธีนี้เป็นวิธีที่ง่ายและเป็นที่นิยมมากที่สุด

2) การลดแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับขดลวดสเตเตอร์ ตัวอย่างเช่น แรงดันไฟฟ้าจะลดลงโดยการสลับขดลวดสเตเตอร์จากสตาร์เป็นเดลต้า

มอเตอร์เริ่มทำงานเมื่อขดลวดสเตเตอร์เชื่อมต่อกับ "ดาว" และเมื่อโรเตอร์ถึงความเร็วปกติ ขดลวดสเตเตอร์จะเปลี่ยนเป็นการเชื่อมต่อ "เดลต้า"

กระแสในสายไฟในวิธีการสตาร์ทมอเตอร์นี้จะลดลง 3 เท่าเมื่อเทียบกับกระแสที่จะเกิดขึ้นเมื่อสตาร์ทมอเตอร์โดยการเชื่อมต่อโดยตรงกับเครือข่ายด้วยขดลวดสเตเตอร์ที่เชื่อมต่อด้วย «เดลต้า»อย่างไรก็ตามวิธีนี้เหมาะสมเฉพาะในกรณีที่สเตเตอร์ได้รับการออกแบบมาสำหรับการทำงานปกติเมื่อเชื่อมต่อขดลวดแบบเดลต้า

มอเตอร์แบบกรงกระรอกแบบอะซิงโครนัสที่ง่ายที่สุด ถูกที่สุด และเชื่อถือได้มากที่สุด แต่มอเตอร์นี้มีข้อเสียบางประการ นั่นคือ ออกแรงสตาร์ทต่ำและกระแสสตาร์ทสูง ข้อเสียเหล่านี้ส่วนใหญ่ถูกกำจัดโดยการใช้เฟสโรเตอร์ แต่การใช้โรเตอร์ดังกล่าวจะเพิ่มต้นทุนของมอเตอร์อย่างมากและต้องมีการสตาร์ทด้วยรีโอสแตท

ประเภทของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส

ประเภทหลักของเครื่องอะซิงโครนัสคือมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสสามเฟส... มีขดลวดสเตเตอร์สามเส้นที่อยู่ห่างจากกัน 120 ° ขดลวดเชื่อมต่อแบบสตาร์หรือเดลต้าและขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟส

มอเตอร์กำลังต่ำส่วนใหญ่ใช้งานเป็นแบบสองเฟส... ซึ่งแตกต่างจากมอเตอร์สามเฟสตรงที่มีขดลวดสเตเตอร์สองเส้น ซึ่งเป็นกระแสที่ต้องหักล้างกันเป็นมุมเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กหมุน π/2

หากกระแสในขดลวดมีขนาดเท่ากันและเลื่อนเฟสไป 90 ° การทำงานของมอเตอร์ดังกล่าวจะไม่แตกต่างจากการทำงานของสามเฟสแต่อย่างใด อย่างไรก็ตามในกรณีส่วนใหญ่มอเตอร์ดังกล่าวที่มีขดลวดสเตเตอร์สองอันนั้นขับเคลื่อนโดยเครือข่ายเฟสเดียวและการกระจัดเข้าใกล้ 90 °ถูกสร้างขึ้นเทียมซึ่งมักจะเกิดจากตัวเก็บประจุ

มอเตอร์แบบเฟสเดียวมีเพียงขดลวดเดียวของสเตเตอร์เท่านั้นที่ไม่ได้ใช้งานจริง เมื่อโรเตอร์ หยุดนิ่ง จะมีการสร้างสนามแม่เหล็กเป็นจังหวะในมอเตอร์เท่านั้นและแรงบิดจะเป็นศูนย์ เป็นความจริงที่หากโรเตอร์ของเครื่องดังกล่าวหมุนด้วยความเร็วที่กำหนด ก็จะสามารถทำหน้าที่ของเครื่องยนต์ได้

ในกรณีนี้แม้ว่าจะมีเพียงสนามที่เต้นเป็นจังหวะ แต่ก็ประกอบด้วยสองส่วนสมมาตร - ไปข้างหน้าและข้างหลังซึ่งสร้างแรงบิดที่ไม่เท่ากัน - มอเตอร์ขนาดใหญ่ขึ้นและการเบรกน้อยลงซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากกระแสโรเตอร์ที่มีความถี่เพิ่มขึ้น (ลื่นไถลกับซิงโครนัสย้อนกลับ เขตข้อมูลมากกว่า 1)

ตามที่กล่าวมาข้างต้น มอเตอร์เฟสเดียวจะมาพร้อมกับขดลวดที่สองซึ่งใช้เป็นขดลวดเริ่มต้น ตัวเก็บประจุรวมอยู่ในวงจรของขดลวดนี้เพื่อสร้างการเปลี่ยนเฟสของกระแสซึ่งความจุอาจมีขนาดใหญ่มาก (ไมโครฟารัดหลายสิบตัวที่มีกำลังมอเตอร์น้อยกว่า 1 กิโลวัตต์)

ระบบควบคุมใช้มอเตอร์สองเฟส บางครั้งเรียกว่า ผู้บริหาร... มีขดลวดสเตเตอร์สองตัวชดเชยในอวกาศ 90 ° หนึ่งในขดลวดที่เรียกว่าขดลวดสนามเชื่อมต่อโดยตรงกับเครือข่าย 50 หรือ 400 Hz ตัวที่สองใช้เป็นคอยล์ควบคุม

ในการสร้างสนามแม่เหล็กหมุนและแรงบิดที่สอดคล้องกัน กระแสในคอยล์ควบคุมจะต้องถูกแทนที่ด้วยมุมที่ใกล้เคียงกับ 90° การควบคุมความเร็วมอเตอร์ ดังที่แสดงด้านล่าง ทำได้โดยการเปลี่ยนค่าหรือเฟสของกระแสในขดลวดนี้ สิ่งที่ตรงกันข้ามมีให้โดยการเปลี่ยนเฟสของกระแสในคอยล์ควบคุม 180 ° (การสลับของคอยล์)

มอเตอร์สองเฟสผลิตขึ้นหลายรุ่น:

• ด้วยโรเตอร์กรงกระรอก

• ด้วยโรเตอร์กลวงที่ไม่ใช่แม่เหล็ก

• ด้วยโรเตอร์แม่เหล็กกลวง

มอเตอร์เชิงเส้น

การเปลี่ยนแปลงของการเคลื่อนที่แบบหมุนของเครื่องยนต์เป็นการเคลื่อนที่แบบแปลของอวัยวะเครื่องจักรทำงานนั้นเกี่ยวข้องกับความต้องการใช้หน่วยทางกลใด ๆ เสมอ: ชั้นวางเกียร์, สกรู, ฯลฯแบบมีเงื่อนไขเท่านั้น — เป็นอวัยวะที่เคลื่อนไหวได้)

ในกรณีนี้ จะมีการเรียกใช้งานเครื่องยนต์ ขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์เชิงเส้นจะดำเนินการในลักษณะเดียวกับมอเตอร์ปริมาตร แต่ควรวางเฉพาะในร่องตลอดความยาวทั้งหมดของการเคลื่อนที่สูงสุดของโรเตอร์เลื่อน โรเตอร์สไลเดอร์มักจะลัดวงจร ส่วนกลไกการทำงานของกลไกนั้นเชื่อมต่อกัน ที่ปลายสุดของสเตเตอร์ แน่นอนว่าจะต้องมีการหยุดเพื่อป้องกันไม่ให้โรเตอร์ออกจากขีดจำกัดการทำงานของเส้นทาง