Если три катушки, включенные в трехфазную сеть переменного тока, разместить по окружности так, чтобы между плоскостями любых двух катушек был угол 120°, а в центре этой окружности поместить магнитную стрелку на оси, то стрелка придет во вращение, Так как магнитная стрелка в этом опыте может вращаться только под действием магнитных сил, то совокупность магнитных полей, созданных токами трех катушек, включенных в трехфаэную сеть, является вращающимся магнитным полем. Разберем причину этого явления.
Подключите тромбоны к полюсам аккумулятора. Подходите к мощному магниту на поверхности катушки: ротор начинает вращаться. Катушка ротора снабжается током только тогда, когда зачищенные части оси вращения контактируют с скрепками. Затем электрические проводники, составляющие катушку, проходят через ток и погружаются в магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом. Поэтому эти проводники подвержены усилиям Лоренца, и катушка подвергается крутящему моменту: ротор начинает вращаться. После поворота на несколько градусов изолированная часть проводов контактирует с скрепками: катушка больше не снабжена током, она больше не имеет крутящего момента.
Изобразим графически изменения токов в катушках (рис. 5-3) и выберем четыре произвольных момента времени: Для каждого из этих моментов последовательно изобразим результирующие магнитные потоки внутри статора трехфазной машины,
условно имеющей три обмотки, состоящие каждая из одного витка (рис. 5-4). Обозначим начала обмоток (витков) буквами А, В и С, а концы - соответственно X, Y и Z. Ток в начале обмотки будем считать направленным к нам, если его значение положительно. Для момента времени имеем: обмотка потока не создает в начале обмотки В ток направлен от нас , а в ее конце Y - к нам; в начале обмотки С ток направлен к нам а в ее конце Z - от нас. Таким образом, в двух расположенных рядом проводниках С и Y, перпендикулярных к плоскости чертежа, токи направлены одинаково в момент и создают магнитный поток, направленный по правилу буравчика против часовой стрелки, а токи в проводниках В и Z создают поток, направленный по часовой стрелке. Оба потока внутри статора машины имеют одинаковое направление (вверх). Направление оси общего магнитного потока отметим стрелкой.
Благодаря своей инерции ротор продолжает вращение до тех пор, пока голые части проводов снова не соприкоснутся с скрепками для бумаги, прикрепленными к стопке. Затем ток возвращается обратно в катушку, которая снова испытывает крутящий момент: движение продолжается. Вначале тромбоны не обязательно находятся в контакте с голыми частями оси катушки, поэтому по этой причине может потребоваться запустить ротор небольшим импульсом. Если бы вся поверхность оси ротора была снята, то ток непрерывно переходил бы в катушку.
Когда он проходит через ток, катушка становится электромагнитом, который ориентируется параллельно магнитному полю, создаваемому постоянным магнитом, и затем остается в этом положении. Вращение возможно здесь, потому что подача электромагнетика останавливается в нужный момент из-за присутствия сектора, изолированного лаком на оси катушки. Если соединение батареи перевернуто, наблюдается вращение в противоположном направлении от предыдущего, поскольку ротор, подаваемый током в противоположном направлении, подвергается крутящему моменту, который заставляет его вращаться в противоположном направлении.
Рассматривая таким образом положение магнитного потока для каждого из указанных моментов, приходим к выводу, что направление магнитного потока изменяется на 180° за полпериода. Легко убедиться, что за период ось магнитного потока сделает один оборот, и очевидно, что скорость вращения ее пропорциональна частоте тока.
Мы рассмотрели положение магнитных потоков для фиксированных моментов времени, но ток изменяется непрерывно. Отсюда можно предположить, что магнитный поток поворачивается не скачками, а непрерывно с постоянной скоростью. Количественное рассмотрение вопроса о создании вращающегося магнитного поля трехфазной системой приводит нас к более подробным выводам.
Ротор только испытывает крутящий момент, когда он проходит через ток. Питание не длится долго. Это относительно короткое время работы двигателя, однако, является достаточным, чтобы поддерживать движение ротора при условии, что трение низкое, а двигатель не должен обеспечивать механическую мощность. Поскольку функция используемых электродвигателей действительно обеспечивает механическую мощность, необходимо предоставить им устройства, устраняющие этот дефект. Так обстоит дело, например, с системой переключения двигателя постоянного тока, которая удваивает время двигателя.
Пусть на статоре трехфазной машины имеются три обмотки, включенные в трехфазную систему (рис. 5-5), а магнитная индукция
Во всех режимах работы асинхронный машин всегда присутствует вращающееся магнитное поле статора. Оно создаётся тремя обмотками, сдвинутыми в пространстве относительно друг друга на 120 градусов, скорость этого вращения равна:
Этот эксперимент показывает основные компоненты электродвигателя относительно упрощенным способом, используя только очень простое оборудование. Единственным материалом, необходимым для изготовления катушки, является медная проволока, покрытая изоляционным лаком. Вы не всегда найдете его дома, но можете купить его легко и за небольшую плату. Поскольку сборка действительно прост и интенсивность реализована очень низко, можно построить этот движок студентами, будь то во время семинара или практической работы, проводимой дома.
На рисунке показано направление измерения напряжений и токов. Следующее уравнение представляет собой расчет напряжения и фазного тока. Рис. 1: значения и их рассчитанные векторы полей. Вектор поля потока Статора описывает магнитное поле в асинхронном двигателе.
где:
n1 – Скорость вращения магнитного поля статора;
f – Частота питающей сети (50Гц);
p – Количество пар полюсов (max 12 min 2);
Из формулы понятно, что скорость вращения магнитного поля статора асинхронной машины зависит от: частоты питающей сети, на территории стран СНГ она постоянна и равняется 50Гц, от количества пар полюсов в статоре асинхронной машины. Скорость вращения ротора синхронной машины напрямую зависит от скорости вращения магнитного поля статора.
Низкое значение сопротивления статора часто можно пренебречь на некоторых двигателях с ожидаемой точностью. В результате этой интеграции поток статора является непрерывным значением. В приближении траектория вектора поля потока статора является круговой. Радиус этого кругового пути соответствует амплитуде потока статора.
Рис. 2: вектор поля потока статора асинхронного двигателя. На асинхронном двигателе внутренний магнитный крутящий момент может быть рассчитан по измерениям напряжения, тока или потока. Внутренний магнитный момент между утюгами представляет собой комбинацию внутренних моментов трения и крутящего момента вала двигателя. Если моменты трения минимизированы, расчетный внутренний крутящий момент соответствует механическому крутящему моменту вала, который можно точно измерить с помощью датчика крутящего момента.
Так же известно, что в их конструкции присутствует ротор, вращающаяся часть, которая может вращаться с различными скоростями. В целом можно сказать, что в асинхронных машинах скорость вращения изменяется только у ротора. Многочисленные наблюдения показали, что в зависимости от частоты вращения ротора асинхронной машины, с ней происходят различные явления. Для упрощения понимания этого вопроса, был введен параметр S – разность скоростей вращения магнитного поля статора, от скорости вращения ротора:
Точность расчетного крутящего момента зависит от модели расчета и точности используемых параметров двигателя. Расчет внутреннего крутящего момента может быть использован как избыточная верификационная информация измерения, выполненного с помощью датчика крутящего момента, поскольку эти два значения должны иметь одинаковые порядки величин. Кроме того, пропорциональный крутящий момент электродвигателя может быть скоррелирован с общим крутящим моментом, измеренным на выходе трансмиссии, через механический датчик крутящего момента.
Возможное применение на гибридном транспортном средстве, например, может быть характеристикой и дифференциацией моментов, обеспечиваемых электродвигателем и двигателем внутреннего сгорания, до полного крутящего момента на выходном валу. Как показано в литературе, внутренний крутящий момент асинхронного двигателя может быть рассчитан из токов магнитного потока статора и статора.
Скольжение
Эти скорости обозначают буквенно: n – скорость вращения ротора; n1 – скорость вращения магнитного поля.
Режим работы асинхронной машины зависит именно от этого значения разности скоростей вращения магнитного поля статора и скорости вращения ротора.
Токи и потоки представлены их векторами поля. Чрезмерное колебание крутящего момента хорошо видно. Это высокочастотное колебание крутящего момента генерируется высокочастотным переключением преобразователя. Необходимо определить период основного тока на двигателе, чтобы восприятие могло рассчитать магнитный крутящий момент между утюгами. Электрические генераторы являются устройствами для выработки электрической энергии из другой формы энергии.
Это теоретическая модель, которая позволяет избавиться от внутреннего сопротивления генератора. Символ генератора напряжения в цепи. Электрохимические аккумуляторные батареи - это перезаряжаемые генераторы постоянного тока, используемые в портативных электрических и электронных приложениях.
Различают следующие режимы работы асинхронных машин:
Режим двигателя
Асинхронные двигатели стали очень популярна и наиболее часто применяемая в электроприводах. Режим электродвигателя применяется для приведения во вращение различные устройства, механизмы, насосы, лебедки, редуктора и т.д. путем преобразования электрической энергии в механическую. Как уже многим известно, что её принцип действия объясняется взаимодействием двух магнитных полей статора и ротора. Магнитное поле статора создается системой трехфазных обмоток и магнитопровода, расположенных непосредственно на статоре (корпусе асинхронной машины). Это поля является вращающимся, так как в трех фазной цепи, ток протекает из фазы А в фазу В, из фазы В в фазу С, а из фазы С обратно в фазу А. Обмотки каждой фазы располагают на статоре так, что бы равномерно заполнить всю окружность, т.е. окружность занимает 360 градусов, имея три обмотки, делим 360/3 получаем 120 градусов на каждую обмотку.
Более 95% электроэнергии генерируется синхронными генераторами: электромеханическими станками, питающими частотные напряжения, пропорциональными их скорости вращения. Эти машины менее дорогостоящи и имеют лучшую эффективность, чем машины постоянного тока, которые обеспечивают непрерывное напряжение.
Это вращающееся магнитное поле пронизывая ротор, индуцирует в нем ЭДС, так как ротор короткозамкнутый, то по нему протекает ток. Протекание тока вызывает образование у ротора собственного магнитного поля. Поле статора, которое вращается с скоростью n1 взаимодействует с полем ротора, которое является неподвижным, и старается остановить, затормозить поле статора. Так как ротор закреплен на подшипниках, он способен свободно вращаться вокруг своей оси. Получается, что магнитное поля статора притягивает поле ротора, увлекает его за собой с определенной силой, в результате чего и сам ротор начинает вращаться.
Поскольку все машины обратимы, обратитесь к изделию с синхронным устройством. Эта машина состоит из ротора и статора. Эта обмотка поставляется с постоянным током либо с помощью ротационного кольцевого коллектора с внешним источником, либо с помощью вращающегося и бесщеточного диодного возбудителя. Система регулирования позволяет регулировать напряжение и фазу произведенного тока.
Особенностью этого режима является то, что скорость вращения магнитного поля статора и скорость вращения ротора не должны быть равными, тем более, скорость ротора всегда меньше. Если же каким-либо образом их скорости будут равными, то исходя из явления электромагнитной индукции, обязательна разность магнитного потока, пересекающего тот или иной контур, что и обеспечивается отставанием ротора от магнитного поля статора. Если же все-таки их скорости сравняются, по короткозамкнутой обмотке ротора перестанет протекать электрический ток, исчернит его магнитное поле и ротор не будит увлекаться полем статора. Скольжение в режиме электродвигателя должно быть положительным числом и не равным нулю.
Разница между типами двигателей, исходящими от того, как создаются эти магнитные поля и как они взаимодействуют. Для синхронных и асинхронных двигателей мы создадим магнитное поле, вращающееся в пространстве статора и работающее во вращении ротора. Первой идеей создания вращающегося поля в воздухе является захват магнита подковы и поворот вокруг его вертикальной оси, как показано на рисунке ниже.
Между северным и южным полюсами мы наблюдаем, что магнитное поле само вращается. Можно видеть, что вращение иглы имеет ту же скорость, что и магнит. Когда магнит вращается, он несет в себе набор полевых линий, а также указатель, указывающий ориентацию этих полевых линий. В точке 0 имеется вращающееся магнитное поле.
Стоит добавить, что режим двигателя у асинхронных машин является самым часто используемым.
Режим генератора
Режим генератора у асинхронных машин является полной противоположностью режиму двигателя. Самым главным отличием является то, что при режиме двигателя, асинхронная машина потребляет из сети электрическую энергию. А в режиме генератора наоборот отдает в сеть выработанную электрическую энергию.
В двигателях, которые мы будем изучать в этом исследовании, мы создадим вращающееся магнитное поле без использования постоянного магнита. Чтобы создать магнитное поле, мы теперь используем катушку или, скорее, две половинки катушки, как показано на следующем рисунке.
В двигателях эта роль играет статорный корпус. Чтобы получить вращающееся поле, нам снова придется вращать устройство во вращении. Поэтому мы улучшим его, используя три идентичные сборки, расположенные под углом 120 ° друг от друга и снабженные переменным током системой трехфазных напряжений.
Режим генератора возможен только тогда, когда скорость вращения ротора n будет выше скорости вращающегося магнитного поля статора. В этом случаи скольжение S будит отрицательным. Для этого необходимо ускорить ротор синхронной машины, то есть посадить на вал ротора, какой-либо механизм (турбина, редуктор, другой двигатель).
На последнем рисунке показан статор двигателя, имеющий шесть обмоток, соединенных парами, чтобы сформировать. Когда вращающееся поле вращает ротор, который намагничен, как игла компаса, он вращает его с той же скоростью, что и он, синхронно, и мы должны делать это с синхронными двигателями.
Принцип действия асинхронных двигателей отличается тем, что он работает с тем же вращающимся полем, что и синхронные двигатели. Ротор не вращается синхронно с магнитным полем, он вращается менее быстро, он называется асинхронным. Трехфазные асинхронные двигатели имеют много преимуществ: они просты, надежны и просты в обслуживании, что объясняет, почему они популярны в промышленных условиях.
Допустим ротор мы разогнали до 3500 оборотов в минуту, а скорость магнитного поля статора 3000 оборотов в минуту, определим скольжение:
Режим генератора у асинхронных машин не является часто используемым, и может применяться в узких специализированных областях, в маломощных электростанциях.
Их приложений много. Их мощность варьируется от доли кВт до нескольких сотен кВт. На следующем рисунке показано поперечное сечение трехфазного асинхронного двигателя и определяется его основные компоненты. Секционный вид трехфазного асинхронного двигателя.
Если проводящий диск немагнитного материала, такого как медь, помещается во вращающееся магнитное поле вместо намагниченной иглы, можно видеть, что он также поворачивается, как показано на следующем рисунке. Диск можно считать эквивалентом бесконечности короткозамкнутых проводников. Поскольку мы имеем относительное смещение вращающегося поля относительно диска, проводники будут местом индуцированных токов. Согласно закону Ленца, эти токи таковы, что они противоположны вызываемой им причине.
Стоит отметить, что при таком режиме работы, отдаваемая в сеть электроэнергия совпадает по частоте с частотой самой сети. Так как она зависит только от частоты вращения магнитного поля статора, которая как мы знаем не изменяется.
В использовании таких генераторов есть огромный плюс, в его устройстве отсутствуют скользящие контакты, вращающиеся обмотки, это обеспечивает надежную и долговременную эксплуатацию. Так же эти генераторы мало восприимчивы к коротким замыканиям в сети. Еще не маловажным условием работы является, наличие остаточной намагниченности ротора, которое усиливается конденсаторными установками, включенными в цепи статорных обмоток.
Режим электромагнитного торможения
Режим электромагнитного торможения является еще более специфичными специализированным. Вся суть этого режима в том, что если вращение ротора асинхронной машины не совпадает с направлением вращения магнитного поля статора, то ротор будит затормаживаться под действием этого магнитного поля статора. Такой режим возможен только при асинхронной машины, так как путем переключения двух фаз достигается изменение направления вращения магнитного поля статора, и используется в различных грузоподъемных и транспортировочных устройствах. Этот режим часто называют режимом торможения противотоком или противовключением. При таком режиме, если нам необходимо остановить двигатель, при полной остановке, статор необходимо отключить от сети, так как вал начнет вращаться в обратном направлении.
Режим динамического торможения
В таком режиме, асинхронная машина отключается от трех фазной сети, и на обмотки статора подается постоянный ток. Таким образом на статоре образуется постоянное магнитное поле (постоянный магнит), которое тормозит ротор двигателя.
Все выше представленные режимы работы асинхронных машин, кроме режима двигателя, являются специализированными, и используются только в определенных установках, устройствах, станках и т.д.
.jpg)