Perangkat dan prinsip pengoperasian motor listrik asinkron

Mobil listrikkonversi energi listrik dari arus bolak-balik menjadi energi mekanik disebut motor listrik AC.

Dalam industri, motor tiga fase asinkron adalah yang paling umum. Mari kita lihat perangkat dan prinsip pengoperasian mesin ini.

Prinsip pengoperasian motor induksi didasarkan pada penggunaan medan magnet yang berputar.

Untuk memahami pengoperasian mesin seperti itu, kami akan melakukan percobaan berikut.

Kami akan memperkuat magnet tapal kuda pada porosnya sehingga dapat diputar oleh pegangannya. Di antara kutub magnet kami menempatkan silinder tembaga di sepanjang sumbu, yang dapat berputar bebas.

Gambar 1. Model paling sederhana untuk mendapatkan medan magnet yang berputar

Mari kita mulai memutar pegangan magnet searah jarum jam. Medan magnet juga akan mulai berputar dan, saat berputar, akan melintasi silinder tembaga dengan garis gayanya. Dalam sebuah silinder sesuai dengan hukum induksi elektromagnetik, akan memiliki arus eddyyang akan membuat sendiri Medan gaya - bidang silinder. Medan ini akan berinteraksi dengan medan magnet magnet permanen, menyebabkan silinder berputar searah dengan magnet.

Ditemukan bahwa kecepatan putaran silinder sedikit lebih kecil dari kecepatan putaran medan magnet.

Faktanya, jika silinder berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan magnet, maka garis medan magnet tidak melewatinya dan oleh karena itu tidak ada arus eddy yang muncul di dalamnya, yang menyebabkan silinder berputar.

Kecepatan putaran medan magnet biasa disebut sinkron, karena sama dengan kecepatan putaran magnet, dan kecepatan putaran silinder bersifat asinkron (asinkron). Oleh karena itu, motor itu sendiri disebut motor induksi... Kecepatan putaran silinder (rotor) berbeda-beda kecepatan sinkron rotasi medan magnet dengan sedikit slip.

Menunjukkan kecepatan putaran rotor melalui n1 dan kecepatan putaran bidang melalui n kita dapat menghitung persentase slip dengan rumus:

s = (n — n1) / n.

Dalam percobaan di atas kami memperoleh medan magnet yang berputar dan rotasi silinder yang disebabkan oleh rotasi magnet permanen, oleh karena itu alat tersebut belum menjadi motor listrik… Itu harus dilakukan listrik buat medan magnet berputar dan gunakan untuk memutar rotor. Masalah ini diselesaikan dengan gemilang pada masanya oleh M. O. Dolivo-Dobrovolski. Dia mengusulkan untuk menggunakan arus tiga fase untuk tujuan ini.

Perangkat motor listrik asinkron M. O. Dolivo-Dobrovolski

Gambar 2. Diagram motor listrik asinkron Dolivo-Dobrovolsky

Pada kutub inti besi berbentuk cincin, yang disebut stator motor, ditempatkan tiga belitan, jaringan arus tiga fasa 0 yang terletak relatif satu sama lain pada sudut 120 °.

Di dalam inti ada silinder logam, yang disebut rotor motor listrik.

Jika kumparan saling berhubungan seperti yang ditunjukkan pada gambar dan dihubungkan ke jaringan arus tiga fasa, maka total fluks magnet yang diciptakan oleh ketiga kutub tersebut akan berputar.

Gambar 3 memperlihatkan grafik perubahan arus pada belitan motor dan proses munculnya medan magnet putar.

Mari kita lihat proses ini lebih detail.

Gambar 3. Memperoleh medan magnet berputar

Pada posisi «A» grafik, arus pada fase pertama adalah nol, pada fase kedua negatif, dan pada fase ketiga positif. Arus mengalir melalui kumparan kutub ke arah yang ditunjukkan oleh panah pada gambar.

Setelah menentukan, menurut aturan tangan kanan, arah fluks magnet yang diciptakan oleh arus, kami memastikan bahwa kutub selatan (S) akan dibuat di ujung kutub dalam (menghadap rotor) dari belitan ketiga dan kutub utara (C ) akan dibuat di kutub kumparan kedua. Fluks magnet total akan diarahkan dari kutub kumparan kedua melalui rotor ke kutub kumparan ketiga.

Pada posisi «B» grafik, arus pada fase kedua adalah nol, pada fase pertama positif, dan pada fase ketiga negatif. Arus yang mengalir melalui belitan kutub menciptakan kutub selatan (S) di ujung belitan pertama dan kutub utara (C) di ujung belitan ketiga. Fluks magnet total sekarang akan diarahkan dari kutub ketiga melalui rotor ke kutub pertama, yaitu kutub akan bergerak 120 °.

Pada posisi «B» grafik, arus pada fase ketiga adalah nol, pada fase kedua positif, dan pada fase pertama negatif.Sekarang arus yang mengalir melalui kumparan pertama dan kedua akan menciptakan kutub utara (C) di ujung kutub kumparan pertama, dan kutub selatan (S) di ujung kutub kumparan kedua, yaitu , polaritas medan magnet total akan bergeser 120 ° lagi. Pada posisi «G» pada grafik, medan magnet akan bergerak 120 ° lagi.

Dengan demikian, fluks magnet total akan berubah arah dengan perubahan arah arus pada belitan (kutub) stator.

Dalam hal ini, untuk satu periode perubahan arus dalam kumparan, fluks magnet akan membuat revolusi penuh. Fluks magnet yang berputar akan menyeret silinder bersamanya dan dengan demikian kita akan mendapatkan motor listrik asinkron.

Ingatlah bahwa pada Gambar 3 belitan stator terhubung bintang, tetapi medan magnet berputar terbentuk ketika terhubung delta.

Jika kita mengganti belitan fase kedua dan ketiga, fluks magnet akan membalikkan arah putarannya.

Hasil yang sama dapat dicapai tanpa mengubah belitan stator, tetapi mengarahkan arus jaringan fase kedua ke fase ketiga stator, dan fase ketiga jaringan ke fase kedua stator.

Oleh karena itu, Anda dapat mengubah arah putaran medan magnet dengan mengalihkan dua fase.

Kami mempertimbangkan perangkat dengan motor induksi dengan tiga belitan stator... Dalam hal ini, medan magnet yang berputar adalah bipolar, dan jumlah putaran per detik sama dengan jumlah periode perubahan arus dalam satu detik.

Jika enam kumparan ditempatkan pada keliling stator, maka medan magnet berputar empat kutub. Dengan sembilan kumparan, medan akan menjadi enam kutub.

Pada frekuensi arus tiga fasa sama dengan 50 periode per detik atau 3000 per menit, jumlah putaran n medan putar per menit adalah:

dengan stator bipolar n = (50 NS 60) / 1 = 3000 rpm,

dengan stator empat kutub n = (50 NS 60) / 2 = 1500 putaran,

dengan stator enam kutub n = (50 NS 60) / 3 = 1000 putaran,

dengan jumlah pasang kutub stator sama dengan p : n = (f NS 60) / p,

Jadi, kami menetapkan kecepatan putaran medan magnet dan ketergantungannya pada jumlah belitan stator motor.

Seperti yang kita ketahui, rotor motor akan sedikit tertinggal dalam putarannya.

Namun, rotor lag sangat kecil. Misalnya, saat mesin dalam keadaan diam, perbedaan kecepatan hanya 3% dan di bawah beban 5-7%. Oleh karena itu, kecepatan motor induksi berubah dalam batas yang sangat kecil saat beban berubah, yang merupakan salah satu kelebihannya.

Pertimbangkan sekarang perangkat motor listrik asinkron

Motor listrik asinkron yang dibongkar: a) stator; b) rotor sangkar tupai; c) rotor dalam fase eksekusi (1 — rangka; 2 — inti dari lembaran baja yang dicap; 3 — belitan; 4 — poros; 5 — cincin geser)

Stator motor listrik asinkron modern memiliki kutub yang tidak menonjol, yaitu permukaan bagian dalam stator dibuat sangat halus.

Untuk mengurangi kerugian arus eddy, inti stator dibentuk dari lembaran baja stempel tipis. Inti stator yang dirakit dipasang dalam selubung baja.

Kumparan kawat tembaga diletakkan di slot stator Belitan fase stator motor listrik dihubungkan oleh "bintang" atau "delta", di mana semua awal dan akhir belitan dibawa ke tubuh - ke pelindung isolasi khusus. Perangkat stator seperti itu sangat nyaman, karena memungkinkan Anda menghidupkan belitannya ke voltase standar yang berbeda.

Rotor motor induksi, seperti stator, dirakit dari lembaran baja yang dicap. Kumparan diletakkan di alur rotor.

Bergantung pada desain rotor, motor listrik asinkron dibagi menjadi rotor sangkar-tupai dan motor rotor fase.

Belitan rotor sangkar tupai terbuat dari batang tembaga yang dimasukkan ke dalam slot rotor. Ujung batang dihubungkan dengan cincin tembaga. Ini disebut penggulingan sangkar tupai. Perhatikan bahwa batang tembaga di saluran tidak diisolasi.

Di beberapa mesin, "sangkar tupai" diganti dengan rotor tuang.

Motor rotor asinkron (dengan slip ring) umumnya digunakan pada motor listrik berdaya tinggi dan dalam kasus ini; bila diperlukan motor listrik untuk menciptakan gaya yang besar saat start. Ini dicapai dengan fakta bahwa belitan motor fase terhubung mulai rheostat.

Motor induksi sangkar tupai ditugaskan dalam dua cara:

1) Sambungan langsung tegangan listrik tiga fasa ke stator motor. Metode ini adalah yang paling sederhana dan paling populer.

2) Mengurangi tegangan yang diterapkan pada belitan stator. Tegangan dikurangi, misalnya dengan mengalihkan belitan stator dari bintang ke delta.

Motor dihidupkan ketika belitan stator terhubung dalam "bintang", dan ketika rotor mencapai kecepatan normal, belitan stator dialihkan ke koneksi "delta".

Arus pada kabel suplai dalam metode pengasutan motor ini berkurang 3 kali lipat dibandingkan dengan arus yang akan terjadi saat pengasutan motor dengan koneksi langsung ke jaringan dengan belitan stator yang dihubungkan oleh «delta».Namun, metode ini hanya cocok jika stator dirancang untuk operasi normal ketika belitannya terhubung secara delta.

Yang paling sederhana, termurah, dan paling andal adalah motor sangkar-tupai asinkron, tetapi motor ini memiliki beberapa kelemahan - upaya penyalaan yang rendah dan arus penyalaan yang tinggi. Kerugian ini sebagian besar dihilangkan dengan penggunaan rotor fase, tetapi penggunaan rotor semacam itu sangat meningkatkan biaya motor dan membutuhkan start rheostat.

Jenis motor asinkron

Jenis utama mesin asinkron adalah motor asinkron tiga fase. Ia memiliki tiga belitan stator yang terletak 120 ° dari satu sama lain. Kumparan terhubung bintang atau delta dan ditenagai oleh arus bolak-balik tiga fase.

Motor berdaya rendah dalam banyak kasus diimplementasikan sebagai dua fase... Tidak seperti motor tiga fase, mereka memiliki dua belitan stator, arus yang harus diimbangi pada suatu sudut untuk menciptakan medan magnet berputar π/2.

Jika arus dalam belitan sama besarnya dan bergeser dalam fasa sebesar 90 °, maka pengoperasian motor semacam itu tidak akan berbeda dengan pengoperasian tiga fasa. Namun, motor dengan dua belitan stator dalam banyak kasus ditenagai oleh jaringan fase tunggal dan perpindahan mendekati 90 ° dibuat secara artifisial, biasanya karena kapasitor.

Motor fase tunggal hanya satu belitan stator yang praktis tidak aktif.Ketika rotor diam, hanya medan magnet berdenyut yang dibuat di motor dan torsinya nol. Memang benar jika rotor mesin seperti itu berputar ke kecepatan tertentu, maka ia dapat menjalankan fungsi mesin.

Dalam hal ini, meskipun hanya akan ada medan berdenyut, itu terdiri dari dua simetris - maju dan mundur, yang menciptakan torsi yang tidak sama - motor yang lebih besar dan pengereman yang lebih sedikit, yang timbul karena arus rotor dengan frekuensi yang meningkat (tergelincir melawan sinkron terbalik). lapangan lebih besar dari 1).

Sehubungan dengan hal di atas, motor satu fasa disuplai dengan belitan kedua yang digunakan sebagai belitan awal. Kapasitor disertakan dalam rangkaian koil ini untuk membuat pergeseran fasa arus, yang kapasitasnya bisa sangat besar (puluhan mikrofarad dengan daya motor kurang dari 1 kW).

Sistem kontrol menggunakan motor dua fase, terkadang disebut eksekutif... Mereka memiliki dua belitan stator yang diimbangi dalam ruang sebesar 90 °. Salah satu belitan, disebut belitan medan, terhubung langsung ke jaringan 50 atau 400 Hz. Yang kedua digunakan sebagai koil kontrol.

Untuk membuat medan magnet yang berputar dan torsi yang sesuai, arus dalam koil kontrol harus dipindahkan dengan sudut mendekati 90 °. Pengaturan kecepatan motor, seperti yang akan ditunjukkan di bawah ini, dilakukan dengan mengubah nilai atau fase arus pada kumparan ini. Kebalikannya disediakan dengan mengubah fase arus dalam koil kontrol sebesar 180 ° (pergantian koil).

Motor dua fase diproduksi dalam beberapa versi:

• dengan rotor sangkar tupai,

• dengan rotor non-magnetik berongga,

• dengan rotor magnet berongga.

Motor linier

Transformasi gerakan rotasi mesin menjadi gerakan translasi organ mesin yang bekerja selalu dikaitkan dengan kebutuhan untuk menggunakan unit mekanis apa pun: rak roda gigi, sekrup, dll.hanya bersyarat — sebagai organ yang bergerak).

Dalam hal ini, mesin dikatakan dikerahkan. Belitan stator dari motor linier dilakukan dengan cara yang sama seperti untuk motor volumetrik, tetapi harus diletakkan hanya di alur di sepanjang panjang gerakan maksimum yang mungkin dari rotor geser. Rotor penggeser biasanya dihubung pendek, badan kerja mekanisme diartikulasikan dengannya. Di ujung stator tentunya harus ada pemberhentian untuk mencegah rotor meninggalkan batas kerja lintasan.