Silnik indukcyjny
zarówno w silnikach indukcyjnych, jak i synchronicznych, moc prądu przemiennego dostarczana do stojana silnika tworzy pole magnetyczne, które obraca się w synchronizacji z oscylacjami prądu przemiennego. Podczas gdy wirnik silnika synchronicznego obraca się z taką samą prędkością jak Pole stojana, wirnik silnika indukcyjnego obraca się z nieco wolniejszą prędkością niż pole stojana. Pole magnetyczne stojana silnika indukcyjnego zmienia się lub obraca względem wirnika. Indukuje to przeciwstawny prąd w wirniku silnika indukcyjnego, w efekcie uzwojenie wtórne silnika, gdy to ostatnie jest zwarte lub zamknięte przez zewnętrzną impedancję. Wirujący strumień magnetyczny indukuje prądy w uzwojeniach wirnika, w sposób podobny do prądów indukowanych w uzwojeniach wtórnych transformatora.
indukowane prądy w uzwojeniach wirnika z kolei tworzą pola magnetyczne w wirniku, które reagują na pole stojana. Kierunek wytworzonego pola magnetycznego będzie taki, aby przeciwstawiać się zmianie prądu przez uzwojenia wirnika, zgodnie z Prawem Lenza. Przyczyną indukowanego prądu w uzwojeniach wirnika jest obracające się pole magnetyczne stojana, więc aby przeciwstawić się zmianie prądów uzwojenia wirnika, wirnik zacznie obracać się w kierunku obracającego się pola magnetycznego stojana. Wirnik przyspiesza, aż wielkość indukowanego prądu wirnika i momentu obrotowego równoważy przyłożone obciążenie mechaniczne na obrót wirnika. Ponieważ obrót z prędkością synchroniczną nie powodowałby indukowanego prądu wirnika, silnik indukcyjny zawsze pracuje nieco wolniej niż prędkość synchroniczna. Różnica lub „poślizg” między rzeczywistą i synchroniczną prędkością waha się od około 0,5% do 5,0% dla standardowych silników indukcyjnych krzywej momentu obrotowego B. Podstawowy charakter silnika indukcyjnego polega na tym, że jest on tworzony wyłącznie przez indukcję, a nie jest oddzielnie wzbudzany jak w maszynach synchronicznych lub DC lub jest samomagnetyzowany jak w silnikach z magnesami trwałymi.
aby prądy wirnika były indukowane, prędkość wirnika fizycznego musi być mniejsza niż prędkość obrotowego pola magnetycznego stojana (n s {\displaystyle n_{s}}
); w przeciwnym razie pole magnetyczne nie poruszałoby się względem przewodników wirnika i nie wywołałoby żadnych prądów. Gdy prędkość wirnika spada poniżej prędkości synchronicznej, szybkość obrotu pola magnetycznego w wirniku wzrasta, indukując więcej prądu w uzwojeniach i tworząc większy moment obrotowy. Stosunek prędkości obrotowej pola magnetycznego indukowanego w wirniku do prędkości obrotowej pola obrotowego stojana nazywany jest”poślizgiem”. Pod obciążeniem prędkość spada, a poślizg zwiększa się wystarczająco, aby stworzyć wystarczający moment obrotowy, aby obrócić ładunek. Z tego powodu silniki indukcyjne są czasami określane jako „silniki asynchroniczne”.
silnik indukcyjny może być używany jako generator indukcyjny lub może być rozwijany w celu utworzenia liniowego silnika indukcyjnego, który może bezpośrednio generować ruch liniowy. Tryb generowania dla silników indukcyjnych jest skomplikowany przez potrzebę wzbudzenia wirnika, który zaczyna się tylko od namagnesowania szczątkowego. W niektórych przypadkach to szczątkowe namagnesowanie wystarczy, aby sam wzbudzić silnik pod obciążeniem. Dlatego konieczne jest albo zatrzaśnięcie silnika i podłączenie go na chwilę do sieci pod napięciem, albo dodanie kondensatorów naładowanych początkowo magnetyzmem szczątkowym i zapewniających wymaganą moc bierną podczas pracy. Podobnie działa silnik indukcyjny równolegle z silnikiem synchronicznym służącym jako kompensator współczynnika mocy. Cechą w trybie generatora równolegle do siatki jest to, że prędkość wirnika jest wyższa niż w trybie jazdy. Następnie energia aktywna jest przekazywana do sieci. Inną Wadą generatora silnika indukcyjnego jest to, że zużywa znaczny prąd namagnesowania I0 = (20-35)%.
prędkość Synchronicznaedytuj
prędkość synchroniczna silnika PRĄDU PRZEMIENNEGO, f S {\displaystyle f_{s}}
, jest prędkością obrotową pola magnetycznego stojana, F S = 2 F P {\displaystyle f_{s}={2F \over p}}
,
gdzie F {\displaystyle f}
to częstotliwość zasilania, P {\displaystyle p}
to Liczba biegunów magnetycznych, A F S {\displaystyle f_{s}}
to prędkość synchroniczna maszyny. Dla f {\displaystyle f}
w hercach i n S {\displaystyle n_{s}}
prędkość synchroniczna w obr / min, wzór staje się: n s = 2 f p ⋅ ( 60 s e C o N D s M i N U T E ) = 120 F p ⋅ ( S E C o N D s M i N U T E ) {\displaystyle n_{s}={2F \over P}\cdot \left({\frac {60\ \mathrm {seconds} }{\mathrm {minute} }}\right)={120F \over {p}}\cdot \left({\frac {mathrm {Seconds}} {\mathrm {minute}}} \right)}
.
na przykład dla silnika czterobiegunowego, trójfazowego, p {\displaystyle p}
= 4 i n S = 120 f 4 {\displaystyle n_{s}={120F \over 4}}
= 1,500 rpm (dla F {\displaystyle f}
= 50 Hz) i 1,800 rpm (dla F {\displaystyle f}
= 60 Hz) prędkość synchroniczna.
Liczba biegunów magnetycznych, p {\displaystyle p}
, jest równa liczbie grup cewek na fazę. Aby określić liczbę grup cewek na fazę w silniku trójfazowym, policz liczbę cewek, podziel przez liczbę faz, która wynosi 3. Cewki mogą obejmować kilka szczelin w rdzeniu stojana, co sprawia, że ich liczenie jest żmudne. W przypadku silnika trójfazowego, jeśli policzysz w sumie 12 grup cewek, ma on 4 bieguny magnetyczne. W przypadku 12-biegunowej maszyny 3-fazowej będzie 36 cewek. Liczba biegunów magnetycznych w wirniku jest równa liczbie biegunów magnetycznych w stojanie.
dwie figury po prawej i lewej stronie powyżej każdej przedstawiają 2-biegunową trójfazową maszynę składającą się z trzech par biegunów z każdym biegunem ustawionym w odległości 60°.
slipedit
poślizg, s {\displaystyle S}
, jest zdefiniowana jako różnica między prędkością synchroniczną a prędkością roboczą, przy tej samej częstotliwości, wyrażona w obr. / min lub w procentach lub stosunku prędkości synchronicznej. Tak więc s = N s − N r n s {\displaystyle s={\frac {n_{s}-n_{r}}{n_{s}}}\,}
gdzie n s {\displaystyle n_{s}}
to prędkość elektryczna stojana, n r {\displaystyle n_{r}}
to prędkość mechaniczna wirnika. Poślizg, który zmienia się od zera przy prędkości synchronicznej i 1, gdy wirnik jest zablokowany, określa moment obrotowy silnika. Ponieważ zwarte uzwojenia wirnika mają mały opór, nawet niewielki poślizg indukuje duży prąd w wirniku i wytwarza znaczny moment obrotowy. Przy pełnym obciążeniu znamionowym poślizg waha się od ponad 5% dla małych lub specjalnych silników do mniej niż 1% dla dużych silników. Te zmiany prędkości mogą powodować problemy z podziałem obciążenia, gdy silniki o różnych rozmiarach są podłączone mechanicznie. Dostępne są różne metody redukcji poślizgu, VFD często oferują najlepsze rozwiązanie.
TorqueEdit
Standard torqueEdit
odtwarzaj media
typowa zależność prędkość-moment obrotowy standardowego polifazowego silnika indukcyjnego Nema Design B jest pokazana na krzywej po prawej stronie. Odpowiednie do większości obciążeń o niskiej wydajności, takich jak pompy odśrodkowe i wentylatory, silniki Design B są ograniczone przez następujące typowe zakresy momentu obrotowego:
- moment załamania (moment szczytowy), 175-300% znamionowego momentu obrotowego
- moment obrotowy z blokadą wirnika (moment obrotowy przy 100% poślizgu), 75-275% znamionowego momentu obrotowego
- moment podciągania, 65-190% znamionowego momentu obrotowego.
w normalnym zakresie obciążenia silnika nachylenie momentu obrotowego jest w przybliżeniu liniowe lub proporcjonalne do poślizgu, ponieważ wartość oporu wirnika podzielona przez poślizg, R r ’ /S {\displaystyle R_{r}’/s}
, dominuje moment obrotowy w sposób liniowy. Wraz ze wzrostem obciążenia powyżej obciążenia znamionowego, współczynniki reakcji na przeciek stojana i wirnika stopniowo stają się bardziej znaczące w stosunku do R r ’ / S {\displaystyle R_{r}’/s}
, tak że moment obrotowy stopniowo zmienia się w kierunku momentu załamania. Wraz ze wzrostem momentu obciążenia poza momentem awarii silnik przestaje działać.
StartingEdit
istnieją trzy podstawowe typy małych silników indukcyjnych: jednofazowy dwufazowy, jednofazowy cieniowany i polifazowy.
w dwubiegunowych silnikach jednofazowych moment obrotowy osiąga zero przy 100% poślizgu (zerowa prędkość), więc wymagają one zmian w stojanie, takich jak zacienione słupy, aby zapewnić Moment rozruchowy. Jednofazowy silnik indukcyjny wymaga oddzielnego obwodu rozruchowego, aby zapewnić pole obrotowe do silnika. Normalne uzwojenia robocze w takim jednofazowym silniku mogą spowodować obrócenie wirnika w dowolnym kierunku, więc obwód rozruchowy określa kierunek pracy.
w niektórych mniejszych silnikach jednofazowych rozruch odbywa się za pomocą drutu miedzianego obracającego się wokół części bieguna; taki biegun jest określany jako biegun zacieniony. Prąd indukowany w tym zakręcie pozostaje w tyle za prądem zasilającym, tworząc opóźnione pole magnetyczne wokół zacienionej części czoła bieguna. Zapewnia to wystarczającą energię pola obrotowego do uruchomienia silnika. Silniki te są zwykle stosowane w aplikacjach takich jak wentylatory biurkowe i Gramofony, ponieważ wymagany moment rozruchowy jest niski, a niska sprawność jest tolerowana w stosunku do obniżonego kosztu silnika i metody rozruchu w porównaniu z innymi konstrukcjami silników prądu przemiennego.
większe silniki jednofazowe są silnikami dwufazowymi i mają drugie uzwojenie stojana zasilane prądem pozafazowym; takie prądy mogą być wytwarzane przez podawanie uzwojenia przez kondensator lub uzyskanie różnych wartości indukcyjności i rezystancji z uzwojenia głównego. W konstrukcjach Kondensator-start, drugie uzwojenie jest odłączane po osiągnięciu prędkości silnika, zwykle za pomocą przełącznika odśrodkowego działającego na ciężary na wale silnika lub termistora, który nagrzewa się i zwiększa opór, zmniejszając prąd przez drugie uzwojenie do nieistotnego poziomu. Konstrukcje zasilane kondensatorem utrzymują drugie uzwojenie podczas pracy, poprawiając moment obrotowy. Konstrukcja rozruchu oporowego wykorzystuje rozrusznik włożony szeregowo z uzwojeniem rozruchowym, tworząc reaktancję.
samonapędzające się polifazowe silniki indukcyjne wytwarzają moment obrotowy nawet podczas postoju. Dostępne metody rozruchu silników indukcyjnych z klatką wiewiórkową obejmują rozruch bezpośredni on-line, rozruch reaktora o obniżonym napięciu lub automatyczny transformator, rozruch gwiazda-delta lub, coraz częściej, nowe miękkie zespoły półprzewodnikowe i oczywiście napędy o zmiennej częstotliwości (VFD).
silniki Polifazowe mają kształt prętów wirnika, co daje różne właściwości prędkości i momentu obrotowego. Rozkład prądu w prętach wirnika zmienia się w zależności od częstotliwości prądu indukowanego. Podczas postoju prąd wirnika ma taką samą częstotliwość jak prąd stojana i ma tendencję do poruszania się w najbardziej zewnętrznych częściach prętów wirnika klatki (przez efekt skóry). Różne kształty prętów mogą dać użytecznie różne charakterystyki prędkości i momentu obrotowego, a także pewną kontrolę nad prądem rozruchowym podczas uruchamiania.
chociaż silniki polifazowe są z natury samoczynne, ich wartości graniczne momentu rozruchowego i momentu podciągania muszą być wystarczająco wysokie, aby przezwyciężyć rzeczywiste warunki obciążenia.
w nawinięte silniki wirnika, połączenie obwodu wirnika przez pierścienie ślizgowe do rezystancji zewnętrznych pozwala na zmianę charakterystyki prędkości obrotowej momentu obrotowego do kontroli przyspieszenia i celów kontroli prędkości.
Kontrola Prędkości obrotowejdit
Rezystancjaedit
przed rozwojem półprzewodnikowej elektroniki mocy trudno było zmieniać częstotliwość, a silniki indukcyjne klatkowe były używane głównie w aplikacjach o stałej prędkości. Zastosowania takie jak elektryczne suwnice używane napędy DC lub nawinięte silniki wirnikowe (WRIM) z pierścieniami ślizgowymi do połączenia obwodu wirnika ze zmienną rezystancją zewnętrzną umożliwiającą znaczny zakres regulacji prędkości. Jednak straty rezystorów związane z niską prędkością pracy Wrimów są główną wadą kosztową, szczególnie w przypadku stałych obciążeń. Duże napędy silników z pierścieniem ślizgowym, zwane systemami odzyskiwania energii poślizgu, niektóre nadal używane, odzyskują energię z obwodu wirnika, naprawiają ją i zwracają do systemu zasilania za pomocą VFD.
CascadeEdit
prędkość pary silników z pierścieniem ślizgowym może być kontrolowana przez połączenie kaskadowe lub konkatenację. Wirnik jednego silnika jest połączony ze stojanem drugiego. Jeśli oba silniki są również połączone mechanicznie, będą pracować z połową prędkości. System ten był kiedyś szeroko stosowany w trójfazowych lokomotywach kolejowych typu AC, takich jak FS Klasa E. 333.
Napęd O Zmiennej Częstotliwości
w wielu przemysłowych aplikacjach o zmiennej prędkości, napędy DC i WRIM są wypierane przez silniki indukcyjne klatkowe zasilane VFD. Najczęstszym skutecznym sposobem kontrolowania prędkości silnika asynchronicznego wielu obciążeń jest użycie VFD. W ciągu ostatnich trzech dekad bariery w stosowaniu VFD ze względu na koszty i niezawodność zostały znacznie zmniejszone, tak że szacuje się, że technologia napędowa jest stosowana w aż 30-40% wszystkich nowo zainstalowanych silników.
napędy o zmiennej częstotliwości realizują sterowanie skalarne lub wektorowe silnika indukcyjnego.
przy sterowaniu skalarnym sterowana jest tylko wielkość i częstotliwość napięcia zasilającego bez sterowania fazowego (brak sprzężenia zwrotnego przez położenie wirnika). Sterowanie skalarne jest odpowiednie do zastosowań, w których obciążenie jest stałe.
sterowanie wektorowe umożliwia niezależną kontrolę prędkości i momentu obrotowego silnika, umożliwiając utrzymanie stałej prędkości obrotowej przy zmiennym momencie obciążenia. Ale sterowanie wektorowe jest droższe ze względu na koszt czujnika (nie zawsze) i wymóg posiadania mocniejszego kontrolera.
Leave a Reply