מנוע אסינכרוני: מכשיר, עקרון הפעולה, מטרה

מנוע אסינכרוני הוא פשוט ואמין ולכן משמש לעתים קרובות מאוד בייצור ובמכשירי חשמל ביתיים, מהנעת השסתומים ועד לסיבוב התוף במכונת הכביסה. במאמר זה, נדבר במילים פשוטות על איזה סוג של מנועים חשמליים אסינכרוניים הם, מה הם וכיצד סוג זה של מכונות חשמליות עובד.

צפיות

מנועים אסינכרוניים (IM) מחולקים לשתי קבוצות עיקריות:

• עם רוטור של כלוב סנאי (SC);
• עם רוטור פאזה.

אם נשמיט את הניואנסים, ההבדל טמון בעובדה שלמנוע של כלוב סנאי אין מברשות ופיתולים בולטים, זה פחות תובעני בתחזוקה. ואילו במנועי אינדוקציה עם רוטור פאזה יש שלוש פיתולים המחוברים לטבעות החלקה, שהזרם מהם מוסר על ידי מברשות. שלא כמו הקודם, הוא מתאים יותר לוויסות המומנט על הציר וקל יותר ליישם התחלה רכה להפחתת זרמי הכניסה.

שאר המנועים מסווגים:

• לפי מספר שלבי האספקה ​​- חד פאזי ודו פאזי (בשימוש בחיי היומיום כאשר מופעל מרשת 220V), ותלת פאזי (הנפוץ ביותר בייצור ובסדנאות).
• בשיטת הידוק - אוגן או על הרגליים.
• לפי אופן פעולה - למצב ארוך טווח, קצר טווח או לסירוגין.

ועוד מספר גורמים המשפיעים על בחירת מוצר מסוים לשימוש בסביבה מסוימת.

אפשר לומר הרבה על מנועים חשמליים חד-פאזיים: חלקם מופעלים באמצעות קבל, וחלקם דורשים קיבול התחלתי ועבודה. יש גם אפשרויות עם לולאה קצרה, שעובדות ללא קבל ומשמשות למשל במנדפים. אם אתם מעוניינים, כתבו בתגובות ונכתוב על כך מאמר.

התקן

בהגדרה, "אסינכרוני" הוא מנוע AC, שבו הרוטור מסתובב לאט יותר מהשדה המגנטי של הסטטור, כלומר באופן אסינכרוני. אבל הגדרה זו אינה אינפורמטיבית במיוחד. כדי להבין את זה, אתה צריך להבין איך המנוע הזה עובד.

מנוע אינדוקציה, כמו כל מנוע אחר, מורכב משני חלקים עיקריים - רוטור וסטטור. בואו נפענח את "לבובות" בחשמל:

• סטטור הוא החלק הנייח של כל גנרטור או מנוע חשמלי.
• הרוטור הוא החלק המסתובב של המנוע, המניע את המנגנונים.

הסטטור מורכב מבית, שקצותיו סגורים על ידי מגני קצה, שבו מותקנים מיסבים. מיסבים רגילים או מתגלגלים משמשים בהתאם למטרה והספק של המנוע. ליבה ממוקמת בגוף, סלילה מותקנת עליה. זה נקרא פיתול הסטטור.

מכיוון שהזרם מתחלף, על מנת לצמצם הפסדים עקב זרמים תועים (זרמי פוקו) ליבת הסטטור מגויסת מלוחות פלדה דקים, מבודדים זה מזה לפי קנה מידה ומהודקים בלכה. מתח אספקה ​​מופעל על פיתולי הסטטור, הזרם הזורם בהם נקרא זרם הסטטור.

מספר הפיתולים תלוי במספר שלבי האספקה ​​ובעיצוב המנוע. אז למנוע תלת פאזי יש לפחות שלוש פיתולים המחוברים בתבנית כוכב או דלתא. מספרם עשוי להיות גדול יותר, וזה משפיע על מהירות הסיבוב של הפיר, אבל נדבר על זה מאוחר יותר.

אבל עם הרוטור, הדברים מעניינים יותר, כפי שכבר הוזכר, זה יכול להיות קצר או שלב.

רוטור כלוב סנאי הוא קבוצה של מוטות מתכת (בדרך כלל אלומיניום או נחושת), באיור שלמעלה הם מסומנים במספר 2, מולחמים או יצוקים לליבה (1) סגורה בטבעות (3). עיצוב זה מזכיר גלגל בו רצים מכרסמים מבויתים, ולכן הוא מכונה לעתים קרובות "כלוב סנאי" או "גלגל סנאי" והשם הזה אינו ז'רגון, אלא די ספרותי. כדי להפחית את ההרמוניות הגבוהות יותר של EMF והפעימות של השדה המגנטי, המוטות מונחים לא לאורך הפיר, אלא בזווית מסוימת ביחס לציר הסיבוב.

רוטור הפאזה שונה מהקודם בכך שיש לו כבר שלוש פיתולים, כמו בסטטור. התחלות הפיתולים מחוברות לטבעות, בדרך כלל נחושת, הן נלחצות על ציר המנוע. בהמשך נסביר בקצרה מדוע הם נחוצים.

בשני המקרים, אחד הקצוות של הפיר מחובר למנגנון המונע, הוא עשוי חרוטי או צורה גלילית עם או בלי חריצים, להרכבת אוגן, גלגלת והנעה מכנית אחרת פרטים.

על החלק ה"אחורי" של הפיר, קבוע אימפלר, הדרוש לנשיפה ולקירור, מניחים מעטפת על המעטפת מעל האימפלר. לפיכך, אוויר קר מופנה לאורך הקצוות של מנוע האינדוקציה, אם האימפלר הזה מסיבה כלשהי לא יסתובב, הוא יתחמם יתר על המידה.

העיצוב של מנוע האינדוקציה הראשון פותח על ידי M.O. דוליבו-דוברובולסקי והוא רשם עליו פטנט ב-1889. הוא שרד עד היום ללא שינויים משמעותיים.

עקרון הפעולה

מכונות חשמליות אסינכרוניות נקראות לעתים קרובות מכונות אינדוקציה בשל עקרון הפעולה שלהן. כל מנוע חשמלי מכוון לסיבוב כתוצאה מאינטראקציה בין השדות המגנטיים של הרוטור והסטטור, וכן בשל כוח האמפר. השדה המגנטי, בתורו, יכול להתקיים סביב מגנט קבוע או סביב מוליך שדרכו זורם זרם. אבל איך בדיוק עובדת מכונה אסינכרונית?

במנוע אינדוקציה, בניגוד לאחרים, אין פיתול עירור ככזה, אז איך הוא מקבל שדה מגנטי? התשובה פשוטה: מנוע אינדוקציה הוא שנאי.

הבה נבחן את עיקרון פעולתו באמצעות דוגמה של מכונה תלת פאזית, שכן הם נמצאים לעתים קרובות יותר מאחרים.

באיור למטה, אתה יכול לראות את מיקום הפיתולים על ליבת הסטטור של מנוע אסינכרוני תלת פאזי.

כתוצאה מזרימת זרם תלת פאזי בפיתולי הסטטור, מופיע שדה מגנטי מסתובב. בשל הסטת הפאזה, הזרם זורם דרך פיתול זה או אחר, בהתאם לכך נוצר שדה מגנטי, שהקטבים שלו מכוונים לפי כלל יד ימין. ובהתאם לשינוי הזרם בפיתול מסוים, הקטבים מכוונים לכיוון המתאים. מה שהאנימציה הבאה ממחישה:

במקרה הפשוט ביותר (דו-קוטבי), הפיתולים מונחים כך שכל אחד מהם מוסט ב-120 מעלות ביחס לקודם, וכך גם זווית הפאזה של המתח ברשת AC.

מהירות הסיבוב של השדה המגנטי של הסטטור נקראת בדרך כלל סינכרונית. למידע נוסף על איך הוא מסתובב ומדוע בסרטון הבא. שימו לב שבמנועים חשמליים דו-פאזיים (קבלים) וחד-פאזיים, הוא אינו מסתובב, אלא אליפטי או פועם, והפיתולים אינם 3, אלא 2.

אם ניקח בחשבון מנוע חשמלי אסינכרוני עם רוטור של כלוב סנאי, אז השדה המגנטי של הסטטור משרה EMF במוטותיו, מכיוון שהם סגורים, אז זרם מתחיל לזרום. זה גם יוצר שדה מגנטי.

כתוצאה מאינטראקציה של שני שדות ו כוח אמפרהפועל על הרוטור, הוא מתחיל להסתובב בעקבות השדה המגנטי המסתובב של הסטטור, אך במקביל הוא תמיד מפגר מעט מאחורי מהירות הסיבוב של הסטטור MF, פיגור זה נקרא החלקה.

אם מהירות הסיבוב של השדה המגנטי נקראת סינכרונית, אז מהירות הסיבוב של הרוטור כבר אסינכרונית, וממנה היא קיבלה את שמו.

עבור AD עם רוטור פאזה, הדברים דומים, רק שהם מתחברים לטבעות שלו ריאוסטט, אשר לאחר שהמנוע נכנס למצב הפעלה, מוסר מהמעגל והפיתולים נסגרים בְּקָרוּב. זה מוצג בתרשים שלהלן, אבל במקום rheostat, נגדים קבועים משמשים, מחוברים או מנותבים על ידי מגעי KM3, KM2, KM1.

גישה זו מאפשרת התחלה חלקה והפחתת זרמי התנעה על ידי הגדלת ההתנגדות החשמלית הפעילה של הרוטור.

בואו נסכם:

1. הזרם בפיתולי הסטטור יוצר שדה מגנטי.
2. השדה המגנטי יוצר זרם ברוטור.
3. הזרם ברוטור יוצר סביבו שדה.
4. מכיוון ששדה הסטטור מסתובב, בגלל השדה שלו, הרוטור מתחיל להסתובב מאחוריו.

מהירות גלישה וסיבוב

מהירות השדה המגנטי של הסטטור (n1) גדולה ממהירות הרוטור (n2). ההבדל ביניהם נקרא slip, והוא מסומן באות הלטינית S ומחושב על ידי הנוסחה:

S = (n1-n2) * 100% / n1

החלקה אינה חיסרון של המנוע החשמלי הזה, שכן אם הציר שלו הסתובב באותה תדר, בתור השדה המגנטי של הסטטור (באופן סינכרוני), אז לא יושרה זרם במוטות שלו, והוא פשוט לא יהפוך להתחלף.

עכשיו לגבי מושג חשוב יותר - מהירות הרוטור של מנוע אינדוקציה. זה תלוי ב-3 כמויות:

• תדר מתח אספקה ​​(f);
• מספר זוגות של קטבים מגנטיים (p);
• להחליק (S).

מספר זוגות הקטבים המגנטיים קובע את מהירות הסיבוב הסינכרוני של השדה ותלוי במספר פיתולי הסטטור. ההחלקה תלויה בעומס ובעיצוב של מנוע חשמלי מסוים ונמצאת בטווח של 3-10%, כלומר, המהירות הא-סינכרונית קטנה בהרבה מהמהירות הסינכרונית. ובכן, התדר של זרם החילופין קבוע אצלנו ושווה ל-50 הרץ.

לכן, קשה לווסת את תדירות הסיבוב של הציר של מנוע אסינכרוני, אתה יכול רק להשפיע על תדירות רשת האספקה, כלומר על ידי הגדרה ממיר תדרים. אפשר להוריד את מתח הסטטור, אבל אז הכוח על הפיר יורד, בכל זאת, טכניקה כזו משמש בעת הפעלת ה-IM עם החלפת הפיתולים מכוכב לדלתא כדי להפחית את ההתנעה זרמים.

תדירות הסיבוב של שדה הסטטור (מהירות סינכרונית) נקבעת על ידי הנוסחה:

n = 60 * f / p

אז במנוע עם זוג אחד של קטבים מגנטיים (שני קטבים), המהירות הסינכרונית היא:

60 * 50/1 = 3000 סל"ד

האפשרויות הנפוצות ביותר עבור מנועים חשמליים עם:

• זוג מוטות אחד (3000 סל"ד);
• שניים (1500 סל"ד);
• שלוש (1000 סל"ד);
• ארבע (750 סל"ד).

מהירות הרוטור האמיתית תהיה מעט נמוכה יותר, על מנוע אסינכרוני אמיתי זה מצוין על לוחית השם, למשל, כאן - 2730 סל"ד. למרות זאת, האנשים יקראו למנוע אסינכרוני כזה לפי המהירות הסינכרונית או פשוט "שלושת אלפים".

אז ההחלקה שלו שווה ל:

3000-2730*100%/3000=9%

היקף היישום

המנוע החשמלי האסינכרוני מצא יישום בכל תחומי הפעילות האנושית. אלה המופעלים מפאזה אחת (מ-220V) ניתן למצוא במפעילים בעלי הספק נמוך או במכשירי חשמל וכלים ביתיים, למשל:

• במכונת כביסה מסוג "תינוק" ודגמים סובייטיים ישנים אחרים;
• במערבל בטון;
• במאוורר;
• בשכונה;
• ואפילו במכסחות דשא יוקרתיות.

בייצור ברשתות תלת פאזיות:

• תפסים אוטומטיים;
• מנגנוני הרמה (מנופים וכננות);
• אוורור;
• מדחסים;
• משאבות;
• מכונות לעיבוד עץ ומתכת ועוד.

כמו כן, AD משמש בהובלה חשמלית, ולאחרונה פורסם באופן פעיל באינטרנט מנוע אינדוקציה. עם פיתול מסוג Slavyanka ומה שנקרא מנוע גלגל Duyunov, אותו תוכלו ללמוד מהסרטון מפתח.

תחום היישום של מנועי אינדוקציה כה נרחב עד שהרשימה לבדה תהיה ארוכה יותר. מאשר מאמר זה, אז כל חשמלאי צריך לדעת איך זה עובד, למה זה מיועד ואיפה חל. בואו נסכם ונפרט את היתרונות והחסרונות של המכשירים הללו.

יתרונות:

1. בנייה פשוטה.
2. זול.
3. כמעט ללא תחזוקה.

החיסרון העיקרי הוא המורכבות של בקרת מהירות, בהשוואה לאותם מנועי DC או מכונות אספן אוניברסליות. בהתאם לכך, קשה לארגן התחלה חלקה של מכונות גדולות, ולעתים קרובות יותר זה נעשה בעזרת ממיר תדרים יקר.

כאן אנו מסיימים את הסקירה של מנועים חשמליים אסינכרוניים ותחומי היישום שלהם. אנו מקווים שלאחר קריאת המאמר, התברר לכם במה מדובר וכיצד פועלת המכונה החשמלית הזו!

חומרים קשורים:

• כיצד לבחור ממיר תדרים להספק וזרם
• ההבדל בין זרם חילופין לזרם ישר
• מתח שלב וקו