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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK
Elektromotoren. Asynchronmotoren. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Die Elektromotoren Asynchronmotoren Als elektrische Maschinen werden elektrische Maschinen bezeichnet, die über mindestens zwei Wicklungen verfügen, in denen die Wechselspannungen gegeneinander phasenverschoben sind. Arbeitsprinzip In asynchronen Systemen wird es möglich, in einem mechanisch stationären Gerät ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen. Eine an eine Wechselstromquelle angeschlossene Spule erzeugt ein pulsierendes Magnetfeld, also ein Magnetfeld, das in Stärke und Richtung variiert.
In einem Zylinder mit einem Innendurchmesser D sind drei Spulen auf der Oberfläche angeordnet, räumlich um 120° gegeneinander versetzt. Die Spulen sind an eine dreiphasige Spannungsquelle angeschlossen (Abb. 16.6). In Abb. Abbildung 16.7 zeigt ein Diagramm der Änderungen der Momentanströme, die ein Dreiphasensystem bilden. Jede der Spulen erzeugt ein pulsierendes Magnetfeld. Die miteinander interagierenden Magnetfelder der Spulen bilden ein resultierendes rotierendes Magnetfeld, das durch den Vektor der resultierenden magnetischen Induktion gekennzeichnet ist In Abb. In Abb. 16.8 zeigt die magnetischen Induktionsvektoren jeder Phase und den resultierenden Vektor Im Moment ist t = t1 Strom und magnetische Induktion in der Spule A-X sind positiv und maximal, in den Spulen BY und CZ sind sie gleich und negativ. Der Vektor der resultierenden magnetischen Induktion ist gleich der geometrischen Summe der Vektoren der magnetischen Induktion der Spulen und fällt mit der Achse der Spule A-X zusammen. Im Moment t = t2 Die Ströme in den Spulen A-X und CZ sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet. Der Strom in Phase B ist Null. Der resultierende magnetische Induktionsvektor dreht sich um 30° im Uhrzeigersinn.
Im Moment ist t = t3 Die Ströme in den Spulen A-X und BY sind gleich groß und positiv, der Strom in der CZ-Phase ist maximal und negativ, der Vektor des resultierenden Magnetfelds liegt in der negativen Richtung der Achse der CZ-Spule. Während der Wechselstromperiode dreht sich der Vektor des resultierenden Magnetfelds um 360°. Lineare Bewegungsgeschwindigkeit des magnetischen Induktionsvektors
wo
Feld entlang des Umfangs eines Zylinders mit Durchmesser D. Liniengeschwindigkeit
wo nein1 - synchrone Rotationsfrequenz eines mehrpoligen Magnetfeldes mit der Polpaarzahl P. Die in Abb. gezeigten Spulen 16.6, erzeugen Sie ein zweipoliges Magnetfeld mit der Polzahl 2P = 2. Die Feldrotationsfrequenz beträgt 3000 U/min. Um ein vierpoliges Magnetfeld zu erhalten, müssen sechs Spulen in einem Zylinder mit dem Durchmesser D platziert werden, zwei für jede Phase. Dann rotiert das Magnetfeld nach Formel (16.7) doppelt so langsam, mit n1 = 1500 U/min. Um ein rotierendes Magnetfeld zu erhalten, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein:
Design Ein Induktionsmotor besteht aus einem stationären Teil, dem Stator, und einem rotierenden Teil, dem Rotor. Der Stator enthält eine Wicklung, die ein rotierendes Magnetfeld erzeugt. Es gibt Asynchronmotoren mit Käfigläufer und gewickeltem Rotor. In die Schlitze des kurzgeschlossenen Rotors werden Aluminium- oder Kupferstäbe eingelegt. Die Enden der Stäbe werden mit Aluminium- oder Kupferringen verschlossen. Stator und Rotor bestehen aus Elektroblech, um Wirbelstromverluste zu reduzieren. Der Phasenrotor hat eine dreiphasige Wicklung (für einen dreiphasigen Motor). Die Enden der Phasen werden zu einer gemeinsamen Einheit verbunden und die Anfänge werden zu drei auf der Welle platzierten Schleifringen geführt. Auf den Ringen sind Festkontaktbürsten angebracht. An die Bürsten ist ein Anlaufwiderstand angeschlossen. Nach dem Starten des Motors wird der Widerstand des Startwiderstands allmählich auf Null reduziert. Das Funktionsprinzip eines Induktionsmotors Schauen wir uns das Funktionsprinzip eines Asynchronmotors anhand des in Abb. gezeigten Modells an. 16.9. Stellen wir uns das rotierende Magnetfeld des Stators in Form eines Permanentmagneten vor, der sich mit synchroner Drehzahl dreht. In den Leitern der geschlossenen Rotorwicklung werden Ströme induziert. Die Pole des Magneten bewegen sich im Uhrzeigersinn. Für einen Beobachter, der sich auf einem rotierenden Magneten befindet, scheint es, als ob der Magnet stationär wäre und die Leiter der Rotorwicklung sich gegen den Uhrzeigersinn bewegen. Die durch die Rechte-Hand-Regel bestimmten Richtungen der Rotorströme sind in Abb. dargestellt. 16.9.
Mithilfe der Linke-Hand-Regel ermitteln wir die Richtung der elektromagnetischen Kräfte, die auf den Rotor wirken und ihn in Drehung versetzen. Der Motorrotor dreht sich mit der Drehzahl n1 in Drehrichtung des Statorfeldes. Der Rotor dreht sich asynchron, d. h. seine Rotationsfrequenz beträgt n2 kleiner als die Statorfelddrehfrequenz w. Der relative Unterschied in den Geschwindigkeiten der Stator- und Rotorfelder wird als Schlupf bezeichnet:
Der Schlupf kann nicht gleich Null sein, da bei gleichen Geschwindigkeiten des Feldes und des Rotors die Induktion von Strömen im Rotor aufhören würde und daher kein elektromagnetisches Drehmoment vorhanden wäre. Das elektromagnetische Drehmoment wird durch das entgegenwirkende Bremsmoment ausgeglichen Wenn der Schlupf eines blockierten Motors gleich eins ist, spricht man davon, dass der Motor im Kurzschlussmodus arbeitet. Unbelastete Asynchronmotordrehzahl n2 ungefähr gleich der Synchronfrequenz n1. Wenn der Schlupf eines unbelasteten Motors S = 0 ist, spricht man von einem Motor, der im Leerlauf läuft. Der Schlupf einer im Motorbetrieb betriebenen Asynchronmaschine variiert zwischen Null und Eins. Eine Asynchronmaschine kann im Generatorbetrieb betrieben werden. Dazu muss sein Rotor durch einen Fremdmotor in Drehrichtung des Statormagnetfeldes mit einer Frequenz n gedreht werden2 > n1. Schlupf des Asynchrongenerators S < 0. Eine Asynchronmaschine kann im Elektromaschinenbremsmodus betrieben werden. Dazu ist es notwendig, seinen Rotor entgegen der Drehrichtung des Statormagnetfeldes zu drehen. In diesem Modus ist S > 1. Typischerweise werden Asynchronmaschinen im Motorbetrieb eingesetzt. Der Induktionsmotor ist der am weitesten verbreitete Motortyp in der Industrie. Die Felddrehfrequenz in einem Asynchronmotor hängt eng mit der Netzfrequenz f zusammen1 und die Anzahl der Statorpolpaare. Bei der Frequenz f1 = 50 Hz ergibt sich folgendes Geschwindigkeitsbereich (P-n1, Drehzahl): 1 - 3000; 2 - 1500; 3 -1000; 4 - 750. Aus Formel (16.7) erhalten wir
Die Geschwindigkeit des Statorfeldes relativ zum Rotor wird als Schlupfdrehzahl bezeichnet
Stromfrequenz und EMK in der Rotorwicklung
Eine Asynchronmaschine mit blockiertem Rotor funktioniert wie ein Transformator. Der Hauptmagnetfluss induziert eine EMK E in den Stator- und stationären Rotorwicklungen1 und E2K:
wo fm - der Maximalwert des Hauptmagnetflusses, der an die Stator- und Rotorwicklungen gekoppelt ist; W1 und W2 - die Anzahl der Windungen der Stator- und Rotorwicklungen; Um eine günstigere Verteilung der magnetischen Induktion im Luftspalt zwischen Stator und Rotor zu erreichen, sind die Stator- und Rotorwicklungen nicht in einem Pol konzentriert, sondern über den Umfang von Stator und Rotor verteilt. Die EMK der verteilten Wicklung ist kleiner als die EMK der konzentrierten Wicklung. Dieser Tatsache wird Rechnung getragen, indem in die Formeln Wicklungskoeffizienten eingeführt werden, die die Größe der elektromotorischen Kräfte der Wicklungen bestimmen. Die Werte der Wicklungskoeffizienten liegen etwas unter Eins. EMF in der Wicklung eines rotierenden Rotors
Rotorstrom der laufenden Maschine
wo R2 - aktiver Widerstand der Rotorwicklung; X2 - induktiver Widerstand der Rotorwicklung,
Bei einem Einphasenmotor befindet sich eine Wicklung am Stator. Eine mit Wechselstrom versorgte einphasige Wicklung erzeugt ein pulsierendes Magnetfeld. Platzieren wir in diesem Feld einen Rotor mit kurzgeschlossener Wicklung. Der Rotor dreht sich nicht. Wenn Sie den Rotor durch eine äußere mechanische Kraft in eine beliebige Richtung drehen, läuft der Motor stabil. Dies lässt sich wie folgt erklären. Das pulsierende Magnetfeld kann durch zwei gegenläufig rotierende Magnetfelder mit einer Synchronfrequenz n1 ersetzt werden, deren Magnetflussamplituden gleich der halben Amplitude des Magnetflusses des pulsierenden Feldes sind. Eines der Magnetfelder wird als Vorwärtsdrehung bezeichnet, das andere als Rückwärtsdrehung. Jedes der Magnetfelder induziert Wirbelströme in der Rotorwicklung. Bei der Wechselwirkung von Wirbelströmen mit Magnetfeldern entstehen Drehmomente, die gegeneinander gerichtet sind. In Abb. Abbildung 16.10 zeigt die Abhängigkeiten des Moments vom Vorwärtsfeld M', des Moments vom Rückwärtsfeld M" und des resultierenden Moments M in der Gleitfunktion M = M' - M".
Die Schiebeachsen sind gegeneinander gerichtet. Im Startmodus wirken auf den Rotor Drehmomente gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung. Lassen Sie uns den Rotor durch eine äußere Kraft in Richtung des vorwärtsdrehenden Magnetfelds drehen. Es entsteht ein überschüssiges (resultierendes) Drehmoment, das den Rotor auf eine nahezu synchrone Drehzahl beschleunigt. Dabei handelt es sich um das Gleiten des Motors relativ zum direkt rotierenden Magnetfeld
Motorschlupf relativ zu einem umgekehrt rotierenden Magnetfeld
Unter Berücksichtigung der resultierenden Charakteristik können wir die folgenden Schlussfolgerungen ziehen. 1-Ausgabe. Ein Einphasenmotor hat kein Anlaufdrehmoment. Es dreht sich in die Richtung, in die es durch eine äußere Kraft gedreht wird. 2-Ausgabe. Aufgrund der Bremswirkung des umgekehrten Drehfeldes ist die Leistung eines Einphasenmotors schlechter als die eines Drehstrommotors. Um ein Anlaufdrehmoment zu erzeugen, sind Einphasenmotoren mit einer Anlaufwicklung ausgestattet, die gegenüber der Hauptbetriebswicklung räumlich um 90° versetzt ist. Die Anlaufwicklung ist über phasenschiebende Elemente mit dem Netzwerk verbunden: einen Kondensator oder einen aktiven Widerstand. Abbildung 16.11 zeigt den Schaltplan zum Einschalten der Motorwicklungen, wobei P die Arbeitswicklung und P die Anlaufwicklung ist. Die Kapazität des Phasenschieberelements C ist so gewählt, dass sich die Ströme in Arbeits- und Startwicklung um 90° in der Phase unterscheiden. Ein dreiphasiger Asynchronmotor kann an einem einphasigen Netz betrieben werden, wenn seine Wicklungen gemäß den folgenden Diagrammen angeschlossen sind (Abb. 16.12). Im Diagramm in Abb. 16.12, und die Statorwicklungen sind durch einen Stern verbunden, und in der Schaltung in Abb. 16.12, b - Dreieck. Kapazitätswert C ~ 60 µF pro 1 kW Leistung.
Autor: Koryakin-Chernyak S.L.
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, konstruiert für drei Zeitmomente t1, T2, T3. Die positiven Richtungen der Spulenachsen werden mit +1, +2, +3 bezeichnet.
- Frequenz der Wechselspannung; T – Periode des Sinusstroms; pg – Magnetfeldrotationsfrequenz oder synchrone Rotationsfrequenz. Während der Periode T bewegt sich das Magnetfeld um eine Strecke 
wo
- Polteilung oder Abstand zwischen den Polen eines Magneten
von wo
Mit zunehmender Belastung der Motorwelle wird das Bremsmoment größer als das Drehmoment und der Schlupf nimmt zu. Dadurch nehmen die EMK und die in der Rotorwicklung induzierten Ströme zu. Das Drehmoment steigt und wird gleich dem Bremsmoment. Das Drehmoment kann mit zunehmendem Schlupf bis zu einem bestimmten Maximalwert ansteigen, danach nimmt das Drehmoment bei weiterer Erhöhung des Bremsmoments stark ab und der Motor geht aus.
- Netzspannungsfrequenz; ZU01 und K02 - Wicklungskoeffizienten der Stator- und Rotorwicklungen.
, wo x2K - induktive Reaktanz des blockierten Rotors. Dann
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