असिंक्रोनस इलेक्ट्रिक मोटर्सच्या ऑपरेशनचे डिव्हाइस आणि तत्त्व

इलेक्ट्रिक कारविद्युत ऊर्जेचे पर्यायी विद्युत् प्रवाहापासून यांत्रिक उर्जेमध्ये रूपांतरणास एसी इलेक्ट्रिक मोटर्स म्हणतात.

उद्योगात, असिंक्रोनस थ्री-फेज मोटर्स सर्वात व्यापक आहेत. चला डिव्हाइस आणि या इंजिनच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत पाहू.

इंडक्शन मोटरच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत फिरत्या चुंबकीय क्षेत्राच्या वापरावर आधारित आहे.

अशा इंजिनचे कार्य समजून घेण्यासाठी, आम्ही पुढील प्रयोग करू.

आम्ही बळकट करू घोड्याचा नाल चुंबक धुरा वर जेणेकरून ते हँडलने फिरवता येईल. चुंबकाच्या ध्रुवांदरम्यान आम्ही अक्षाच्या बाजूने तांबे सिलेंडर ठेवतो, जो मुक्तपणे फिरू शकतो.

आकृती 1. फिरणारे चुंबकीय क्षेत्र मिळविण्यासाठी सर्वात सोपा मॉडेल

चला हँडल चुंबक घड्याळाच्या दिशेने वळवायला सुरुवात करूया. चुंबकाचे क्षेत्र देखील फिरण्यास सुरवात करेल आणि ते फिरत असताना, त्याच्या शक्तीच्या रेषांसह तांबे सिलेंडर ओलांडतील. सिलेंडरमध्ये इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शनच्या कायद्यानुसार, आहे एडी प्रवाहजे स्वतःचे निर्माण करतील चुंबकीय क्षेत्र - सिलेंडरचे क्षेत्र. हे क्षेत्र कायम चुंबकाच्या चुंबकीय क्षेत्राशी संवाद साधेल, ज्यामुळे सिलेंडर चुंबकाच्याच दिशेने फिरेल.

असे आढळून आले की सिलेंडरच्या फिरण्याचा वेग चुंबकीय क्षेत्राच्या रोटेशनच्या वेगापेक्षा थोडा कमी आहे.

खरं तर, जर सिलेंडर चुंबकीय क्षेत्राप्रमाणेच वेगाने फिरत असेल, तर चुंबकीय क्षेत्र रेषा त्या ओलांडत नाहीत आणि त्यामुळे त्यात कोणतेही एडी करंट उद्भवत नाहीत, ज्यामुळे सिलेंडर फिरतो.

चुंबकीय क्षेत्राच्या रोटेशनच्या गतीला सहसा समकालिक म्हणतात, कारण तो चुंबकाच्या रोटेशनच्या वेगाइतका असतो आणि सिलेंडरच्या रोटेशनचा वेग असिंक्रोनस (असिंक्रोनस) असतो. म्हणून, मोटरलाच इंडक्शन मोटर म्हणतात... सिलेंडर (रोटर) च्या फिरण्याचा वेग यापेक्षा वेगळा असतो. चुंबकीय क्षेत्राच्या रोटेशनची समकालिक गती थोड्या प्रमाणात स्लिपेजसह.

n1 द्वारे रोटरच्या रोटेशनचा वेग आणि n द्वारे फील्डच्या रोटेशनचा वेग दर्शवतो, आपण सूत्रानुसार टक्केवारी स्लिपची गणना करू शकतो:

s = (n — n1) / n.

वरील प्रयोगात आपल्याला फिरणारे चुंबकीय क्षेत्र मिळाले आणि सिलेंडरचे रोटेशन कायमस्वरूपी चुंबकाच्या रोटेशनमुळे होते, त्यामुळे असे उपकरण अद्याप इलेक्ट्रिक मोटर बनलेले नाही… हे केले पाहिजे. वीज फिरणारे चुंबकीय क्षेत्र तयार करा आणि रोटर फिरवण्यासाठी त्याचा वापर करा. एम.ओ. डोलिव्हो-डोब्रोव्होल्स्की यांनी त्यांच्या काळात ही समस्या चमकदारपणे सोडवली होती. त्यांनी यासाठी थ्री-फेज करंट वापरण्याचा प्रस्ताव दिला.

एसिंक्रोनस इलेक्ट्रिक मोटर एम.ओ. डोलिवो-डोब्रोव्होल्स्कीचे डिव्हाइस

आकृती 2. डोलिवो-डोब्रोव्होल्स्की एसिंक्रोनस इलेक्ट्रिक मोटरचे आकृती

रिंग-आकाराच्या लोखंडी कोरच्या खांबावर, ज्याला मोटर स्टेटर म्हणतात, तीन विंडिंग्ज, थ्री-फेज करंट नेटवर्क 0 एकमेकांच्या सापेक्ष 120 ° च्या कोनात स्थित आहेत.

कोरच्या आत, एक धातूचा सिलेंडर, इलेक्ट्रिक मोटरचा तथाकथित रोटर.

आकृतीत दर्शविल्याप्रमाणे कॉइल एकमेकांशी जोडलेले असतील आणि तीन-टप्प्यांत चालू नेटवर्कशी जोडलेले असतील, तर तीन ध्रुवांद्वारे तयार केलेला एकूण चुंबकीय प्रवाह फिरत असेल.

आकृती 3 मोटर विंडिंगमधील प्रवाहांमधील बदलांचा आलेख आणि फिरणारे चुंबकीय क्षेत्र दिसण्याची प्रक्रिया दर्शविते.

चला या प्रक्रियेकडे अधिक तपशीलवार पाहू या.

आकृती 3. फिरणारे चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त करणे

आलेखाच्या "A" स्थितीत, पहिल्या टप्प्यात प्रवाह शून्य आहे, दुसऱ्या टप्प्यात ते ऋण आहे आणि तिसऱ्या टप्प्यात ते सकारात्मक आहे. आकृतीमधील बाणांनी दर्शविलेल्या दिशेने ध्रुव कॉइलमधून प्रवाह वाहतो.

उजव्या हाताच्या नियमानुसार, विद्युत् प्रवाहाने निर्माण होणाऱ्या चुंबकीय प्रवाहाची दिशा निश्चित केल्यावर, तिसऱ्या वळणाच्या आतील ध्रुवाच्या टोकाला (रोटरकडे तोंड करून) दक्षिण ध्रुव (एस) तयार होईल याची आम्ही खात्री करू. दुसऱ्या कॉइलच्या ध्रुवावर उत्तर ध्रुव (C ) तयार होईल. एकूण चुंबकीय प्रवाह दुसऱ्या कॉइलच्या ध्रुवापासून रोटरद्वारे तिसऱ्या कॉइलच्या खांबाकडे निर्देशित केला जाईल.

आलेखाच्या «B» स्थितीत, दुसऱ्या टप्प्यात विद्युत प्रवाह शून्य आहे, पहिल्या टप्प्यात ते सकारात्मक आहे आणि तिसऱ्या टप्प्यात ते ऋण आहे. ध्रुव विंडिंग्समधून वाहणारा प्रवाह पहिल्या वळणाच्या शेवटी दक्षिण ध्रुव (S) आणि तिसऱ्या वळणाच्या शेवटी उत्तर ध्रुव (C) तयार करतो. एकूण चुंबकीय प्रवाह आता तिसऱ्या ध्रुवावरून रोटरद्वारे पहिल्या ध्रुवाकडे निर्देशित केला जाईल, म्हणजेच ध्रुव 120 ° ने हलतील.

आलेखाच्या «B» स्थितीत, तिसऱ्या टप्प्यात विद्युत प्रवाह शून्य आहे, दुसऱ्या टप्प्यात तो सकारात्मक आहे आणि पहिल्या टप्प्यात तो ऋणात्मक आहे.आता पहिल्या आणि दुसर्‍या कॉइलमधून वाहणारा विद्युत् प्रवाह पहिल्या कॉइलच्या ध्रुवाच्या शेवटी उत्तर ध्रुव (C) आणि दुसर्‍या कॉइलच्या ध्रुवाच्या शेवटी दक्षिण ध्रुव (S) तयार करेल, म्हणजे. , एकूण चुंबकीय क्षेत्राची ध्रुवता आणखी 120 ° बदलेल. आलेखावरील "G" स्थानावर, चुंबकीय क्षेत्र आणखी 120 ° हलवेल.

अशाप्रकारे, एकूण चुंबकीय प्रवाह स्टेटर विंडिंग्ज (ध्रुव) मधील विद्युत् प्रवाहाच्या दिशेने बदलासह त्याची दिशा बदलेल.

या प्रकरणात, कॉइलमधील विद्युत् प्रवाह बदलण्याच्या एका कालावधीसाठी, चुंबकीय प्रवाह संपूर्ण क्रांती करेल. फिरणारा चुंबकीय प्रवाह त्याच्यासह सिलेंडर ड्रॅग करेल आणि अशा प्रकारे आपल्याला एक अतुल्यकालिक इलेक्ट्रिक मोटर मिळेल.

आठवा की आकृती 3 मध्ये स्टेटर विंडिंग्स तारे-कनेक्ट आहेत, परंतु जेव्हा ते डेल्टा-कनेक्ट असतात तेव्हा एक फिरणारे चुंबकीय क्षेत्र तयार होते.

जर आपण दुस-या आणि तिसर्‍या टप्प्यांचे विंडिंग बदलले, तर चुंबकीय प्रवाह त्याच्या रोटेशनची दिशा उलट करेल.

स्टेटर विंडिंग्स न बदलता समान परिणाम प्राप्त केला जाऊ शकतो, परंतु नेटवर्कच्या दुसऱ्या टप्प्याचा प्रवाह स्टेटरच्या तिसऱ्या टप्प्यात आणि नेटवर्कच्या तिसऱ्या टप्प्याला स्टेटरच्या दुसऱ्या टप्प्यात निर्देशित करतो.

म्हणून, तुम्ही दोन टप्प्यांवर स्विच करून चुंबकीय क्षेत्राच्या रोटेशनची दिशा बदलू शकता.

आम्ही तीन स्टेटर विंडिंगसह इंडक्शन मोटर असलेल्या उपकरणाचा विचार केला... या प्रकरणात, फिरणारे चुंबकीय क्षेत्र द्विध्रुवीय आहे, आणि प्रति सेकंद क्रांतीची संख्या एका सेकंदात वर्तमान बदलाच्या कालावधीच्या संख्येइतकी आहे.

जर स्टेटरवर परिघाभोवती सहा कॉइल्स ठेवल्या तर चार-ध्रुव फिरणारे चुंबकीय क्षेत्र... नऊ कॉइल्ससह, फील्ड सहा-ध्रुव असेल.

प्रति सेकंद 50 पूर्णविराम किंवा 3000 प्रति मिनिट सारख्या थ्री-फेज करंटच्या वारंवारतेवर, प्रति मिनिट फिरणाऱ्या फील्डच्या n क्रांतीची संख्या असेल:

द्विध्रुवीय स्टेटर n = (50 NS 60) / 1 = 3000 rpm सह,

चार-ध्रुव स्टेटर n = (50 NS 60) / 2 = 1500 आवर्तनांसह,

सहा-ध्रुव स्टेटर n = (50 NS 60) / 3 = 1000 वळणांसह,

p च्या समान स्टेटर पोलच्या जोड्यांच्या संख्येसह: n = (f NS 60) / p,

तर, आम्ही चुंबकीय क्षेत्राच्या रोटेशनची गती आणि मोटरच्या स्टेटरच्या विंडिंग्सच्या संख्येवर त्याचे अवलंबन स्थापित केले.

आपल्याला माहित आहे की, मोटर रोटर त्याच्या रोटेशनमध्ये थोडा मागे जाईल.

तथापि, रोटर लॅग खूपच लहान आहे. उदाहरणार्थ, जेव्हा इंजिन निष्क्रिय असते तेव्हा वेगातील फरक फक्त 3% आणि लोड अंतर्गत 5-7% असतो. म्हणून, जेव्हा लोड बदलते तेव्हा इंडक्शन मोटरचा वेग अगदी लहान मर्यादेत बदलतो, जो त्याच्या फायद्यांपैकी एक आहे.

आता एसिंक्रोनस इलेक्ट्रिक मोटर्सच्या डिव्हाइसचा विचार करा

डिस्सेम्बल केलेले असिंक्रोनस इलेक्ट्रिक मोटर: अ) स्टेटर; ब) गिलहरी-पिंजरा रोटर; c) एक्झिक्युशन टप्प्यात रोटर (1 — फ्रेम; 2 — स्टॅम्प केलेल्या स्टील शीटचा कोर; 3 — वळण; 4 — शाफ्ट; 5 — स्लाइडिंग रिंग)

आधुनिक असिंक्रोनस इलेक्ट्रिक मोटरच्या स्टेटरमध्ये अस्पष्ट पोल असतात, म्हणजेच स्टेटरची आतील पृष्ठभाग पूर्णपणे गुळगुळीत केली जाते.

एडी वर्तमान नुकसान कमी करण्यासाठी, स्टेटर कोर पातळ मुद्रांकित स्टील शीटपासून तयार केला जातो. एकत्र केलेला स्टेटर कोर स्टीलच्या आवरणात निश्चित केला जातो.

स्टेटरच्या स्लॉटमध्ये कॉपर वायरची कॉइल घातली जाते. इलेक्ट्रिक मोटरच्या स्टेटरचे फेज विंडिंग्स "स्टार" किंवा "डेल्टा" द्वारे जोडलेले असतात, ज्यासाठी विंडिंगची सर्व सुरुवात आणि टोके आणली जातात. शरीर - एका विशेष इन्सुलेट ढालसाठी. असे स्टेटर डिव्हाइस अतिशय सोयीस्कर आहे, कारण ते आपल्याला त्याचे विंडिंग वेगवेगळ्या मानक व्होल्टेजवर चालू करण्यास अनुमती देते.

इंडक्शन मोटर रोटर, स्टेटरप्रमाणे, स्टॅम्प केलेल्या स्टील शीटमधून एकत्र केले जाते. रोटरच्या खोबणीमध्ये एक कॉइल घातली जाते.

रोटरच्या डिझाइननुसार, एसिंक्रोनस इलेक्ट्रिक मोटर्स गिलहरी-पिंजरा रोटर आणि फेज रोटर मोटर्समध्ये विभागल्या जातात.

गिलहरी पिंजरा रोटर विंडिंग रोटरच्या स्लॉटमध्ये घातलेल्या तांब्याच्या रॉडपासून बनविलेले असते. रॉड्सची टोके तांब्याच्या रिंगने जोडलेली असतात. याला गिलहरी पिंजरा रोलिंग म्हणतात. लक्षात घ्या की वाहिन्यांमधील तांब्याच्या पट्ट्या इन्सुलेटेड नाहीत.

काही इंजिनांमध्ये, "गिलहरी पिंजरा" कास्ट रोटरने बदलला आहे.

असिंक्रोनस रोटर मोटर (स्लिप रिंग्ससह) सामान्यतः उच्च पॉवर इलेक्ट्रिक मोटर्समध्ये आणि या प्रकरणांमध्ये वापरली जाते; जेव्हा इलेक्ट्रिक मोटरला प्रारंभ करताना मोठी शक्ती तयार करणे आवश्यक असते. फेज मोटरचे विंडिंग जोडलेले आहेत या वस्तुस्थितीद्वारे हे प्राप्त झाले आहे रिओस्टॅट सुरू करणे.

गिलहरी पिंजरा इंडक्शन मोटर्स दोन प्रकारे चालू केल्या जातात:

1) मोटर स्टेटरला थ्री-फेज मेन व्होल्टेजचे थेट कनेक्शन. ही पद्धत सर्वात सोपी आणि लोकप्रिय आहे.

2) स्टेटर विंडिंग्सवर लागू व्होल्टेज कमी करणे. व्होल्टेज कमी केले जाते, उदाहरणार्थ, स्टेटर विंडिंग्स तारेपासून डेल्टावर स्विच करून.

जेव्हा स्टेटर विंडिंग्स "स्टार" मध्ये जोडलेले असतात तेव्हा मोटर सुरू होते आणि जेव्हा रोटर सामान्य गतीपर्यंत पोहोचतो तेव्हा स्टेटर विंडिंग्स "डेल्टा" कनेक्शनवर स्विच केले जातात.

मोटर सुरू करण्याच्या या पद्धतीमध्ये पुरवठा तारांमधील विद्युतप्रवाह हा "डेल्टा" द्वारे जोडलेल्या स्टेटर विंडिंग्ससह नेटवर्कशी थेट कनेक्शनद्वारे मोटर सुरू करताना होणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाच्या तुलनेत 3 पटीने कमी होतो.तथापि, ही पद्धत केवळ तेव्हाच योग्य आहे जेव्हा स्टेटर सामान्य ऑपरेशनसाठी डिझाइन केलेले असते जेव्हा त्याचे विंडिंग डेल्टा कनेक्ट केलेले असतात.

सर्वात सोपी, स्वस्त आणि सर्वात विश्वासार्ह म्हणजे एसिंक्रोनस गिलहरी-पिंजरा मोटर आहे, परंतु या मोटरचे काही तोटे आहेत - कमी प्रारंभिक प्रयत्न आणि उच्च प्रारंभिक प्रवाह. हे तोटे फेज रोटरच्या वापराने मोठ्या प्रमाणात दूर केले जातात, परंतु अशा रोटरच्या वापरामुळे मोटरची किंमत मोठ्या प्रमाणात वाढते आणि रिओस्टॅट सुरू करणे आवश्यक असते.

असिंक्रोनस मोटर्सचे प्रकार

एसिंक्रोनस मशीनचा मुख्य प्रकार तीन-फेज असिंक्रोनस मोटर आहे... यात तीन स्टेटर विंडिंग आहेत जे एकमेकांपासून 120 ° वर स्थित आहेत. कॉइल्स तारा किंवा डेल्टा जोडलेले असतात आणि तीन-फेज अल्टरनेटिंग करंटद्वारे समर्थित असतात.

लो-पॉवर मोटर्स बहुतेक प्रकरणांमध्ये टू-फेज म्हणून अंमलात आणल्या जातात... थ्री-फेज मोटर्सच्या विपरीत, त्यांच्याकडे दोन स्टेटर विंडिंग असतात, ज्यामध्ये फिरणारे चुंबकीय क्षेत्र π/2 तयार करण्यासाठी प्रवाह एका कोनात ऑफसेट केले पाहिजेत.

जर विंडिंग्समधील प्रवाह समान प्रमाणात असतील आणि टप्प्यात 90 ° ने हलवले गेले तर अशा मोटरचे ऑपरेशन तीन-टप्प्यांच्या ऑपरेशनपेक्षा कोणत्याही प्रकारे वेगळे होणार नाही. तथापि, दोन स्टेटर विंडिंग असलेल्या अशा मोटर्स बहुतेक प्रकरणांमध्ये सिंगल-फेज नेटवर्कद्वारे समर्थित असतात आणि 90 ° पर्यंत पोहोचणारे विस्थापन कृत्रिमरित्या तयार केले जाते, सामान्यतः कॅपेसिटरमुळे.

सिंगल-फेज मोटर स्टेटरचे फक्त एक विंडिंग व्यावहारिकदृष्ट्या निष्क्रिय आहे. रोटर स्थिर असताना, मोटरमध्ये फक्त एक स्पंदन करणारे चुंबकीय क्षेत्र तयार होते आणि टॉर्क शून्य असतो. हे खरे आहे की अशा मशीनचा रोटर एका विशिष्ट वेगाने फिरला तर ते इंजिनची कार्ये करू शकते.

या प्रकरणात, जरी फक्त स्पंदन करणारे क्षेत्र असेल, तरीही त्यात दोन सममितीय असतात - पुढे आणि मागे, जे असमान टॉर्क तयार करतात - एक मोठी मोटर आणि कमी ब्रेकिंग, वाढीव वारंवारतेच्या रोटर प्रवाहांमुळे उद्भवते (रिव्हर्स सिंक्रोनसच्या विरूद्ध स्लिप) फील्ड 1 पेक्षा मोठे आहे).

वरील संबंधात, सिंगल फेज मोटर्सला दुसऱ्या वळणाचा पुरवठा केला जातो ज्याचा वापर प्रारंभिक वळण म्हणून केला जातो. करंटचा फेज शिफ्ट तयार करण्यासाठी या कॉइलच्या सर्किटमध्ये कॅपेसिटर समाविष्ट केले जातात, ज्याची क्षमता बरीच मोठी असू शकते (1 kW पेक्षा कमी मोटर पॉवरसह दहापट मायक्रोफारॅड्स).

कंट्रोल सिस्टीम दोन-फेज मोटर्स वापरतात, ज्यांना कधीकधी एक्झिक्युटिव्ह म्हणतात... त्यांच्याकडे दोन स्टेटर विंडिंग्स अंतराळात 90 ° ने ऑफसेट असतात. विंडिंगपैकी एक, ज्याला फील्ड विंडिंग म्हणतात, थेट 50 किंवा 400 Hz नेटवर्कशी जोडलेले आहे. दुसरा कंट्रोल कॉइल म्हणून वापरला जातो.

फिरणारे चुंबकीय क्षेत्र आणि संबंधित टॉर्क तयार करण्यासाठी, नियंत्रण कॉइलमधील विद्युत् प्रवाह 90 ° च्या जवळच्या कोनाद्वारे विस्थापित करणे आवश्यक आहे. मोटार गतीचे नियमन, खाली दर्शविल्याप्रमाणे, या कॉइलमधील करंटचे मूल्य किंवा टप्पा बदलून केले जाते. नियंत्रण कॉइलमधील विद्युत् प्रवाहाचा टप्पा 180 ° (कॉइलचे स्विचिंग) बदलून उलट प्रदान केले जाते.

दोन-फेज मोटर्स अनेक आवृत्त्यांमध्ये तयार केल्या जातात:

• गिलहरी पिंजरा रोटर सह,

• पोकळ नॉन-चुंबकीय रोटरसह,

• पोकळ चुंबकीय रोटरसह.

रेखीय मोटर्स

इंजिनच्या रोटेशनल हालचालीचे कार्यरत मशीन अवयवांच्या अनुवादात्मक हालचालीमध्ये परिवर्तन नेहमीच कोणत्याही यांत्रिक युनिट्स वापरण्याच्या आवश्यकतेशी संबंधित असते: गियर रॅक, स्क्रू इ.फक्त सशर्त - एक हलणारा अवयव म्हणून).

या प्रकरणात, इंजिन तैनात असल्याचे सांगितले जाते. रेखीय मोटरचे स्टेटर विंडिंग व्हॉल्यूमेट्रिक मोटरप्रमाणेच केले जाते, परंतु ते स्लाइडिंग रोटरच्या जास्तीत जास्त संभाव्य हालचालीच्या संपूर्ण लांबीच्या बाजूने फक्त खोबणीमध्ये ठेवले पाहिजे. स्लायडर रोटर सहसा शॉर्ट-सर्किट केलेले असते, यंत्रणेचे कार्यरत शरीर त्याच्यासह स्पष्ट केले जाते. रोटरला मार्गाच्या कार्यरत मर्यादा सोडण्यापासून रोखण्यासाठी स्टेटरच्या शेवटी नक्कीच थांबे असणे आवश्यक आहे.