MF การหมุนหลักในเครื่องอะซิงโครนัสถูกสร้างขึ้นโดยใช้แม่เหล็กไฟฟ้าโดยใช้ขดลวดสเตเตอร์สามเฟสที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายกระแสสลับสามเฟสหรือ [รอบต่อนาที] โดยที่ความถี่ของเครือข่ายจ่ายและ พี- จำนวนคู่ขั้วของขดลวดสเตเตอร์ สิ่งนี้ทำให้เกิดความเร็วการหมุนของสนามแม่เหล็กที่เป็นไปได้จำนวนหนึ่งสำหรับเครือข่ายอุตสาหกรรมที่มีความถี่ 50 เฮิรตซ์: 3000, 1500, 1,000, 750, 600 เป็นต้น [รอบต่อนาที]

ทิศทางการหมุนของสนามแม่เหล็กจะพิจารณาจากลำดับการเชื่อมต่อขดลวดกับเครือข่ายสามเฟส หากต้องการเปลี่ยนทิศทางการหมุน ก็เพียงพอที่จะสลับจุดเชื่อมต่อของขดลวดสองเส้นใดก็ได้

แนวคิดพื้นฐานและหลักการทำงานของเครื่องอะซิงโครนัส

แผนภาพการออกแบบของเครื่องอะซิงโครนัสแสดงในรูปที่ 1 ประกอบด้วยแพ็คเกจสเตเตอร์ 1 พร้อมช่อง 2 สำหรับวางขดลวดและโรเตอร์ทรงกระบอก 3 ในช่องกลมซึ่งมีตัวนำ (แท่ง) 4 ของขดลวดอยู่ แท่งถูกปิดที่ขอบด้วยวงแหวน (ไม่แสดงในรูป) ดังนั้นขดลวดของโรเตอร์จึงเรียกว่าลัดวงจร โรเตอร์ชนิดนี้พบได้บ่อยในเครื่องอะซิงโครนัสเพราะว่า มันเรียบง่าย เชื่อถือได้ และมีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี หากคุณถอดขดลวดโรเตอร์ออกจากชุดโรเตอร์ด้วยใจ มันจะมีลักษณะดังแสดงในรูปที่ 2 ขดลวดประเภทนี้เรียกว่า "กรงกระรอก"

นอกเหนือจากโรเตอร์ประเภท "กรงกระรอก" แล้ว เครื่องจักรแบบอะซิงโครนัสยังใช้โรเตอร์ซึ่งมีขดลวดสามเฟสแบบเดียวกันวางอยู่ในช่อง (รูปที่ 3 1) เช่นเดียวกับในสเตเตอร์ ในการเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้าภายนอก (5) ปลายของขดลวดจะถูกดึงออกมาผ่านวงแหวนหน้าสัมผัส (3) และแปรง (4) (ดูรูป) โรเตอร์ประเภทนี้เรียกว่าเฟส

ขดลวดโรเตอร์ไม่มีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับวงจรภายนอกและกระแสในนั้นเกิดขึ้นเนื่องจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า กระบวนการนี้ทำงานดังนี้ ขดลวดสเตเตอร์สามเฟสเชื่อมต่อกับเครือข่ายกระแสสลับและกระแสขดลวด () ก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กหมุนเป็นวงกลม สนามสเตเตอร์ () หมุนในอวกาศสัมพันธ์กับแกนการหมุนของโรเตอร์ () และตัดกันแท่งของขดลวด เป็นผลให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ () ในตัวพวกเขา ฯลฯ ปลายของแท่งโรเตอร์ถูกปิดด้วยวงแหวนไฟฟ้าจากนั้นกระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นภายใต้อิทธิพลของ EMF () ปฏิกิริยาระหว่างกระแสที่ไหลในแท่งกับสนามแม่เหล็กภายนอกทำให้เกิดการกระทำของแรง ( เอฟ) และโมเมนต์แม่เหล็กไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน ( ม) ทำให้โรเตอร์หมุน () ดังนั้นการเกิดแรงบิดจึงเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อแท่งโรเตอร์ตัดกับสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์และด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นที่โรเตอร์จะหมุนด้วยความเร็วที่แตกต่างจากความเร็วการหมุนของสนามแม่เหล็กนั่นคือ เพื่อที่จะหมุนแบบไม่ซิงโครนัสกับสนาม นี่คือที่มาของชื่อเครื่องนี้ – แบบอะซิงโครนัส

ข้อมูลข้างต้นสามารถแสดงในรูปแบบของลำดับตรรกะซึ่งมีการเปลี่ยนเงื่อนไขจากสนามหมุนไปเป็น EMF และกระแสโรเตอร์เพียงเงื่อนไขเดียวเท่านั้น ถ้า แล้วสนามและโรเตอร์หมุนพร้อมกันและ EMF ของโรเตอร์ไม่ตื่นเต้น โหมดนี้เรียกว่าโหมดเดินเบาและสามารถสร้างได้เนื่องจากแรงบิดภายนอกเท่านั้น

หากความเร็วในการหมุนของโรเตอร์น้อยกว่าความเร็วการหมุนของสนาม แรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้าที่กระทำต่อโรเตอร์จะเป็นค่าบวกและมีแนวโน้มที่จะเร่งความเร็ว เมื่อความเร็วของโรเตอร์สูงกว่าความเร็วสนาม ทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าและกระแสในโรเตอร์จะเปลี่ยนเป็นตรงกันข้าม แรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้ายังเปลี่ยนสัญญาณและกลายเป็นการเบรก

เพื่ออธิบายกระบวนการทางกลไฟฟ้าในเครื่องจักรแบบอะซิงโครนัส โดยปกติจะใช้แนวคิดของสลิป เท่ากับความแตกต่างระหว่างความเร็วหรือความถี่ของการหมุนของสนามแม่เหล็ก () และโรเตอร์ () ที่เกี่ยวข้องกับความเร็วหรือความถี่ของการหมุนของสนามแม่เหล็ก . ดังนั้นความเร็วหรือความถี่ของการหมุนจึงสามารถแสดงในรูปของสลิปได้ ความเร็วหรือความถี่ของการหมุนของสนามแม่เหล็กเรียกอีกอย่างว่าความเร็วหรือความถี่ซิงโครนัส

ฟลักซ์แม่เหล็กหลักและฟลักซ์การรั่วไหล ปฏิกิริยาอุปนัย

กระแสที่เกิดจากแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวดโรเตอร์ พวกมันสร้างสนามโรเตอร์ของตัวเองหมุนโดยสัมพันธ์กับตัวโรเตอร์ที่ความถี่เลื่อน ดังนั้นสนามโรเตอร์จึงมีส่วนร่วมในการเคลื่อนไหวแบบหมุนสองครั้ง - การเคลื่อนไหวที่สัมพันธ์กับตัวพรูและร่วมกับมันสัมพันธ์กับสเตเตอร์ด้วยความถี่ . ดังนั้นความถี่ในการหมุนของสนามโรเตอร์จะเท่ากับ เช่น สนามโรเตอร์หมุนในอวกาศด้วยความถี่เดียวกันกับสนามสเตเตอร์ ดังนั้นฟิลด์เหล่านี้จึงไม่เคลื่อนที่สัมพันธ์กันและก่อตัวเป็นฟิลด์เดียวของเครื่อง ส่วนหลักของสนามแม่เหล็กฟลักซ์ครอบคลุมขดลวดสเตเตอร์และโรเตอร์โดยข้ามช่องว่างอากาศ ส่วนนี้เรียกว่าฟลักซ์แม่เหล็กหลัก F ส่วนอีกสองส่วนจะประกอบเข้ากับขดลวดเพียงเส้นเดียวและก่อให้เกิดฟลักซ์การรั่วไหลที่สอดคล้องกันและ ฟลักซ์การรั่วไหลเกิดขึ้นในขดลวดโดยแรงเคลื่อนไฟฟ้ารั่วหรือแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองซึ่งสามารถแสดงผ่านกระแสคดเคี้ยวและการเหนี่ยวนำการรั่วไหลที่สอดคล้องกันโดยคำนึงถึงว่ากระแสในสเตเตอร์และขดลวดโรเตอร์มีความถี่ต่างกัน ( และ ): และ ที่ไหน และ คือความต้านทานการรั่วไหลแบบเหนี่ยวนำที่ความถี่สเตเตอร์

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของขดลวด

สนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนจะข้ามรอบของขดลวดสเตเตอร์และทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าในนั้น โดยการเปรียบเทียบกับหม้อแปลงเราสามารถเขียนได้ ที่ไหน คือค่าสัมประสิทธิ์การคดเคี้ยวซึ่งคำนึงถึงคุณสมบัติการออกแบบของขดลวดสเตเตอร์ (ทำให้ระยะพิทช์สั้นลง, การกระจายของขดลวดระหว่างช่อง, มุมเอียงของช่อง) ในหม้อแปลงไฟฟ้า ภาพของสนามแม่เหล็กจะง่ายกว่าเพราะว่า ฟลักซ์แม่เหล็กหลักครอบคลุมการหมุนของขดลวดเกือบทั้งหมด และไม่จำเป็นต้องมีสัมประสิทธิ์การคดเคี้ยว

ขดลวดโรเตอร์ถูกข้ามโดยฟลักซ์แม่เหล็กหลักที่มีความถี่ ดังนั้น EMF ของขดลวด – โดยที่ EMF ของขดลวดโรเตอร์อยู่ที่ความถี่สเตเตอร์คือ ด้วยโรเตอร์ที่อยู่นิ่ง

แรงแม่เหล็กและกระแสของสเตเตอร์และโรเตอร์

การแปลงพลังงานที่เหมาะสมที่สุดในเครื่องจักรแบบอะซิงโครนัสเป็นไปได้ โดยมีเงื่อนไขว่าแรงแม่เหล็ก (MFF) ของขดลวดมีการกระจายไปตามเส้นรอบวงของช่องว่างตามกฎไซน์ซอยด์ อย่างไรก็ตาม ขดลวดสเตเตอร์เป็นขดลวดที่สร้าง MMF โดยมีการกระจายใกล้กับรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ดังนั้นจึงแบ่งออกเป็นส่วน ๆ และจัดวางตามช่องว่างเป็นร่องที่อยู่ติดกัน เป็นผลให้ MMF ได้รับการกระจายใกล้กับไซน์ซอยด์ แต่ถ้าเราแยกฮาร์มอนิกเชิงพื้นที่หลักซึ่งจำเป็นจริงสำหรับการทำงานของเครื่องปรากฎว่าการคำนวณ MMF ตามนิพจน์ที่ถูกต้องสำหรับความเข้มข้น คดเคี้ยวที่ไหน วและ ฉัน– จำนวนรอบและกระแสในการพันจะถูกประมาณไว้สูงเกินไป ดังนั้นในการคำนวณ MMF ของเครื่องอะซิงโครนัสจึงเรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์การคดเคี้ยวซึ่งคำนึงถึงคุณสมบัติการออกแบบของขดลวด - การกระจายไปตามช่องว่าง, เอียงของร่องและการทำให้ระยะพิทช์สั้นลง จากผลของการแนะนำค่าสัมประสิทธิ์นี้ ขดลวดแบบกระจายจริงจะถูกเปลี่ยนเป็นขดลวดแบบก้อน ซึ่งเมื่อกระแสเท่ากับกระแสในขดลวดจริง จะสร้าง MMF ที่มีการกระจายแบบไซน์ซอยด์ที่สอดคล้องกับ MMF ของฮาร์มอนิกพื้นฐานของขดลวดจริง

คือกระแสสเตเตอร์ที่ลดลงตามพารามิเตอร์ของขดลวดโรเตอร์ และเป็นอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงของกระแสของเครื่องอะซิงโครนัส

ควรสังเกตว่าจำนวนเฟสของขดลวดโรเตอร์กรงกระรอกเท่ากับจำนวนแท่งและจำนวนรอบคือ 0.5

34 สนามแม่เหล็กหมุน

หลักการรับสนามแม่เหล็กหมุนการทำงานของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสนั้นขึ้นอยู่กับสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนซึ่งสร้างโดย MMF ของขดลวดสเตเตอร์

หลักการของการได้รับสนามแม่เหล็กหมุนโดยใช้ระบบตัวนำที่อยู่กับที่คือถ้ากระแสที่เลื่อนเฟสไหลผ่านระบบของตัวนำที่อยู่กับที่ซึ่งกระจายอยู่ในอวกาศรอบวงกลม สนามหมุนจะถูกสร้างขึ้นในอวกาศ หากระบบตัวนำมีความสมมาตรและมุมการเปลี่ยนเฟสระหว่างกระแสของตัวนำข้างเคียงเท่ากัน แอมพลิจูดของการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนและความเร็วจะคงที่ หากหมุนวงกลมที่มีตัวนำบนเครื่องบิน การใช้ระบบดังกล่าวจะเป็นไปได้ที่จะได้รับสนาม "กำลังวิ่ง"

สนามหมุนของกระแสสลับของวงจรสามเฟสลองพิจารณารับสนามหมุนโดยใช้ตัวอย่างของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสสามเฟสที่มีขดลวดสามเส้นเลื่อนไปตามเส้นรอบวง 120° (รูปที่ 3.5) และเชื่อมต่อกันด้วยดาวฤกษ์ ปล่อยให้ขดลวดสเตเตอร์ได้รับพลังงานจากแรงดันไฟฟ้าสามเฟสแบบสมมาตร โดยมีการเปลี่ยนเฟสของแรงดันและกระแส 120°

ถ้าสำหรับการคดเคี้ยว โอ้ใช้เฟสเริ่มต้นของกระแสเท่ากับศูนย์จากนั้นค่าปัจจุบันของกระแสจะมีรูปแบบ

กราฟปัจจุบันจะแสดงในรูป 3.6. ให้เราสมมติว่าในแต่ละขดลวดมีเพียงสองสายเท่านั้นซึ่งมีช่องที่มีเส้นผ่าศูนย์สองช่อง

ข้าว. 3.5 รูป 3.6

ดังที่เห็นได้จากรูป 3.6 ในขณะนั้น ถึงกระแสเฟส กเชิงบวกและอยู่ในระยะ ในและ กับ- เชิงลบ.

หากกระแสเป็นบวก เราจะหาทิศทางของกระแสจากจุดเริ่มต้นไปยังจุดสิ้นสุดของขดลวดซึ่งสอดคล้องกับการกำหนดที่มีเครื่องหมาย "x" ที่จุดเริ่มต้นของขดลวดและเครื่องหมาย "·" (จุด) ในตอนท้ายของขดลวด การใช้กฎใบพัดมือขวาทำให้ง่ายต่อการค้นหารูปแบบการกระจายของสนามแม่เหล็กในช่วงเวลาหนึ่ง ถึง(รูปที่ 3.7, ก) แกนของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นพร้อมการเหนี่ยวนำ ในส่วนของใบหน้าตั้งอยู่ในแนวนอน

สามารถพิสูจน์ได้ว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เกิดขึ้นนั้นเป็นสนามหมุนที่มีแอมพลิจูด

ที่ไหน ว – การเหนี่ยวนำสูงสุดของเฟสเดียว การบุกรุก– การเหนี่ยวนำสูงสุดสามเฟส – มุมระหว่างแกนนอนกับเส้นตรงที่เชื่อมต่อจุดศูนย์กลางกับจุดใดก็ได้ระหว่างสเตเตอร์กับโรเตอร์

35. หลักการทำงานของเครื่องอะซิงโครนัส

การแปลงพลังงานเครื่องกลไฟฟ้าใน IM เกี่ยวข้องกับการพันสามเฟส 1 ซึ่งตั้งอยู่บนสเตเตอร์ที่อยู่กับที่ 2 และสร้างสนามแม่เหล็กหมุนเป็นวงกลมและการหมุน 3 ของโรเตอร์หมุน 4 ซึ่งเพลา 5 ซึ่งเชื่อมต่อกับแอคชูเอเตอร์ . มีช่องว่างอากาศ 6 ระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์

ข้าว. 1 - หลักการทำงานของมอเตอร์อะซิงโครนัส

เมื่อสนามแม่เหล็กหมุนด้วยความเร็ว:

เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก:

ตัวนำของขดลวดโรเตอร์ที่คดเคี้ยวและแรงเคลื่อนไฟฟ้า E 2 ถูกเหนี่ยวนำให้เกิดในพวกมันและกระแสไหล ทิศทางของ EMF ถูกกำหนดโดยกฎ “ มือขวา" และค่าของมันเท่ากับ:

ที่ไหน ล- ความยาวแอคทีฟของตัวนำขดลวดโรเตอร์

ν 1 - ความเร็วเชิงเส้นของการเคลื่อนที่ของสนามแม่เหล็กสเตเตอร์:

D - เส้นผ่านศูนย์กลางรูสเตเตอร์

ทิศทางของกระแส I 2 เกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้า E 2pr อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของตัวนำกับกระแสและสนามแม่เหล็ก แรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะกระทำต่อตัวนำแต่ละตัว:

ทิศทางซึ่งกำหนดโดยกฎ "มือซ้าย"

การรวมกันของแรงเหล่านี้ทำให้เกิดแรงลัพธ์ F res และโมเมนต์แม่เหล็กไฟฟ้า M em บนโรเตอร์ ทำให้โรเตอร์หมุนด้วยความเร็ว n 2 ในทิศทางเดียวกับการหมุนของสนามสเตเตอร์ การหมุนของโรเตอร์จะถูกส่งผ่านเพลาไปยังแอคชูเอเตอร์ ดังนั้นพลังงานไฟฟ้าที่จ่ายให้กับขดลวดสเตเตอร์จากเครือข่ายจะถูกแปลงเป็นพลังงานกล เมื่อโรเตอร์เริ่มเคลื่อนที่ EMF ในตัวนำโรเตอร์จะถูกกำหนดโดยความแตกต่างของความเร็ว ν 1 และ ν 2

นี่คือความเร็วเชิงเส้นของการเคลื่อนที่ของตัวนำโรเตอร์

ยิ่งความเร็วในการหมุนของโรเตอร์ n 2 สูงเท่าใด EMF ที่เกิดขึ้นก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น กระแสΙ 2 ก็จะยิ่งต่ำลง แรงก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ฉ PR และ F ความละเอียด เมื่อโรเตอร์ถึงความเร็วในการหมุน n 2 = n 1 , E 2 = 0 การกระทำของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะหยุดลงและการหมุนของโรเตอร์จะช้าลงภายใต้อิทธิพลของแรงเสียดทาน (ที่ไม่ได้ใช้งาน) หรือภายใต้อิทธิพลของช่วงเวลาต้านทาน ของแอคชูเอเตอร์ (เมื่อทำงานภายใต้ภาระ) แต่เมื่อ n 2 น้อยกว่า n 1 แรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะเริ่มกระทำอีกครั้ง

ดังนั้นในระบบที่พิจารณา การหมุนโรเตอร์แบบอะซิงโครนัส (ไม่ซิงโครนัส) เท่านั้นที่สัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนของสเตเตอร์จึงเป็นไปได้

โมเมนต์แม่เหล็กไฟฟ้า M em จะสมดุลโดยโมเมนต์ความต้านทาน M จากแอคชูเอเตอร์ ยิ่ง M s ยิ่งมาก แรงบิด M em ก็ยิ่งมากขึ้น ซึ่งสามารถเพิ่มขึ้นได้เนื่องจากกระแสไฟฟ้าในตัวนำโรเตอร์เป็นหลัก กระแสที่มีความต้านทานตัวนำคงที่จะเป็นสัดส่วนกับแรงเคลื่อนไฟฟ้า ซึ่งขึ้นอยู่กับความเร็วที่ตัวนำโรเตอร์ข้ามสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุน

ผลที่ตามมาคือ ยิ่งแรงบิดต้านทานมากขึ้น ความเร็วการหมุนของโรเตอร์ก็จะยิ่งต่ำลง และในทางกลับกัน

ทัศนคติ:

ด้วยโรเตอร์ที่อยู่กับที่ (n 2 = 0) สลิปคือ 1.0 นี่เป็นโหมดลัดวงจรสำหรับ AD ขณะเดินเบา เมื่อความเร็วของโรเตอร์ใกล้เคียงกับซิงโครนัสมากที่สุด (n 2 = n 1) การสลิปจะน้อยที่สุดและใกล้กับศูนย์มาก สลิปที่สอดคล้องกับโหลดที่กำหนดของมอเตอร์เรียกว่าสลิปที่ระบุ S n และมีค่าเป็นหน่วยเปอร์เซ็นต์ ขึ้นอยู่กับประเภทและวัตถุประสงค์ของเครื่องยนต์

เมื่อพิจารณาจากอัตราส่วน ความเร็วของโรเตอร์สามารถแสดงเป็น n 1 และสลิป s:

ในโหมดการทำงานของ IM สนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนของสเตเตอร์จะข้ามขดลวดโรเตอร์ด้วยความเร็ว:

ความถี่ของ EMF และกระแสที่เกิดจากสนามนี้ในขดลวดโรเตอร์เท่ากับ:

ดังนั้นความถี่ของแรงเคลื่อนไฟฟ้าและกระแสในโรเตอร์จึงขึ้นอยู่กับสลิป ดังนั้น ที่ S=1 (เมื่อสตาร์ทเครื่อง) f 2 = f 1 ที่โหมดโหลดพิกัด S n = (0.02...0.04) f 2 = 1...2Hz

กระแสที่ไหลในขดลวดโรเตอร์จะสร้าง MMF และสนามแม่เหล็กของโรเตอร์ ซึ่งหมุนสัมพันธ์กับโรเตอร์ด้วยความเร็ว:

โดยคำนึงถึง:

ความเร็วในการหมุนของสนามนี้สัมพันธ์กับสเตเตอร์ที่อยู่กับที่คือ:

เหล่านั้น. สนามแม่เหล็กของโรเตอร์หมุนในสเตเตอร์ที่เจาะด้วยความเร็วเท่ากันและไปในทิศทางเดียวกับสนามสเตเตอร์ ดังนั้นพวกมันจึงอยู่นิ่งซึ่งสัมพันธ์กันและก่อตัวเป็นสนามแม่เหล็กเดี่ยวที่สร้างขึ้นโดยการกระทำร่วมของ MMF ของสเตเตอร์และโรเตอร์

ดังนั้นเวกเตอร์คือ:

ในรูปที่ 1 จะต้องถือเป็นเวกเตอร์ของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้น

เงื่อนไขที่ว่าสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์และโรเตอร์คงที่โดยสัมพันธ์กัน หมายความว่าจำนวนคู่ขั้วของขดลวดสเตเตอร์และโรเตอร์จะต้องเท่ากัน p 1 = p 2 = p ในโรเตอร์แบบกรงกระรอก การกระทำนี้จะดำเนินการโดยอัตโนมัติ ในมอเตอร์โรเตอร์แบบพันแผล จะต้องมั่นใจในระหว่างการออกแบบ ในเวลาเดียวกันความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนเฟสของสเตเตอร์และขดลวดโรเตอร์สามารถกำหนดเองได้

เครื่องอะซิงโครนัสสามารถย้อนกลับได้เช่น สามารถทำงานได้ทั้งในโหมดมอเตอร์และเจเนอเรเตอร์ หากโรเตอร์ถูกเร่งความเร็วไปที่ความเร็วการหมุน n 2 >n 1 ด้วยความช่วยเหลือของมอเตอร์ภายนอก ทิศทางของ EMF และกระแสในตัวนำโรเตอร์จะเปลี่ยนไป และแรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้าจะเปลี่ยนทิศทางซึ่งจะกลายเป็นการเบรก . เครื่องจักรแบบอะซิงโครนัสจะแปลงพลังงานกลที่ได้รับจากมอเตอร์ขับเคลื่อนเป็นพลังงานไฟฟ้าและส่งไปยังเครือข่าย เช่น เข้าสู่โหมดตัวสร้าง

ในระหว่างการทำงานของมอเตอร์อะซิงโครนัส โหมดการทำงานสามารถทำได้ที่ S > 1.0 เมื่อโรเตอร์หมุนในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางการหมุนของสนามสเตเตอร์ ในโหมดนี้เรียกว่าโหมดเบรกแม่เหล็กไฟฟ้า (หรือโหมดแบ็คออน) EMF และกระแสในโรเตอร์จะถูกกำหนดทิศทางในลักษณะเดียวกับในโหมดมอเตอร์ แต่แรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้าจะพุ่งตรงต่อการเคลื่อนที่ของโรเตอร์ กล่าวคือ เป็นตัวยับยั้ง เครื่องจะแปลงทั้งพลังงานไฟฟ้าที่มาจากเครือข่ายและพลังงานกลที่ส่งจากเพลา

§ 65. สนามแม่เหล็กที่หมุนได้

การทำงานของเครื่องไฟฟ้ากระแสสลับหลายเฟสขึ้นอยู่กับการใช้ปรากฏการณ์ของสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุน

สนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนถูกสร้างขึ้นโดยระบบไฟฟ้ากระแสสลับหลายเฟสใดๆ กล่าวคือ ระบบที่มีเฟสสอง สาม ฯลฯ

ระบุไว้ข้างต้นว่ากระแสสลับสามเฟสเป็นที่แพร่หลายมากที่สุด ดังนั้นให้พิจารณาสนามแม่เหล็กหมุนของขดลวดสามเฟสของเครื่องไฟฟ้ากระแสสลับ (รูปที่ 70)

สเตเตอร์มีคอยล์อยู่สามคอยล์ ซึ่งแกนของสเตเตอร์จะเลื่อนซึ่งกันและกันเป็นมุม 120° เพื่อความชัดเจน แต่ละขดลวดจะแสดงเป็นหนึ่งรอบซึ่งอยู่ในร่องสองช่อง (ช่อง) ของสเตเตอร์ ในความเป็นจริง คอยล์มีจำนวนรอบมาก ตัวอักษร A, B, C บ่งบอกถึงจุดเริ่มต้นของขดลวด X Y, Z - ปลายของพวกเขา ขดลวดเชื่อมต่อกันเป็นรูปดาวนั่นคือปลาย X, Y, Z เชื่อมต่อกันทำให้เกิดความเป็นกลางทั่วไปและจุดเริ่มต้น A, B, C เชื่อมต่อกับเครือข่ายไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟส ขดลวดสามารถต่อเป็นรูปสามเหลี่ยมได้

กระแสไซน์ซอยด์ไหลผ่านขดลวดด้วยแอมพลิจูด Im และความถี่เดียวกัน ω = 2πf ซึ่งเฟสจะถูกเลื่อนไป 1/3 ของช่วงเวลา (รูปที่ 71)

กระแสที่ไหลในขดลวดกระตุ้นสนามแม่เหล็กสลับ ซึ่งเส้นแม่เหล็กจะทะลุผ่านขดลวดในทิศทางตั้งฉากกับระนาบของพวกมัน ดังนั้น เส้นแม่เหล็กหรือแกนแม่เหล็กเฉลี่ยของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยขดลวด A - X จะถูกส่งไปที่มุม 90° กับระนาบของขดลวดนี้

ทิศทางของสนามแม่เหล็กของขดลวดทั้งสามขดลวดแสดงไว้ในรูปที่ 1 เวกเตอร์ 70 ตัว B A, B B และ B C, เลื่อนสัมพันธ์กัน 120° ด้วย

ในกรณีนี้ ในตัวนำสเตเตอร์ที่เชื่อมต่อกับจุดเริ่มต้น A, B, C กระแสที่ยอมรับว่าเป็นบวกจะมุ่งตรงไปยังตัวแสดง และในตัวนำที่เชื่อมต่อกับจุดสิ้นสุด X, Y และ Z ห่างจากตัวแสดง (ดูรูปที่ 70) .

ทิศทางกระแสบวกจะสอดคล้องกับทิศทางบวกของสนามแม่เหล็ก ดังแสดงในรูปเดียวกันและกำหนดโดยกฎสว่าน

รูปที่ 71 แสดงเส้นโค้งกระแสของคอยล์ทั้งสาม ซึ่งช่วยให้คุณสามารถค้นหาค่ากระแสทันทีของแต่ละคอยล์ในช่วงเวลาใดก็ได้

ก่อนอื่นเราจะกำหนดทิศทางของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยการขดลวดสามเฟสในช่วงเวลาต่างๆ โดยไม่ต้องคำนึงถึงปริมาณของปรากฏการณ์

ในขณะนี้ t = 0 กระแสในขดลวด A - X เป็นศูนย์ ในขดลวด B - Y เป็นลบ ในขดลวด C - Z เป็นบวก ดังนั้นในขณะนี้ไม่มีกระแสในตัวนำ A และ X ในตัวนำ C และ Z จะมีทิศทางที่เป็นบวกและในตัวนำ B และ Y จะมีทิศทางลบ (รูปที่ 72, ก).

ดังนั้น ในขณะนี้ t=0 เราได้เลือกแล้ว ในตัวนำ C และ Y กระแสจะมุ่งตรงไปยังตัวแสดง และในตัวนำ B และ Z - อยู่ห่างจากตัวแสดง

ด้วยทิศทางของกระแสนี้ ตามกฎของสว่าน เส้นแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นจะถูกส่งจากล่างขึ้นบน x นั่นคือในส่วนล่างของเส้นรอบวงด้านในของสเตเตอร์จะมีขั้วเหนือและในส่วนบนจะมีขั้วใต้

ณ ขณะนี้ t 1 ในเฟส A กระแสเป็นบวก ในเฟส B และ C จะเป็นลบ ดังนั้นในตัวนำ Y, A และ Z กระแสจะมุ่งตรงไปยังตัวแสดง และในตัวนำ C, X และ B - ห่างจากตัวแสดง (รูปที่ 72, b) และเส้นแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กจะหมุน 90° ตามเข็มนาฬิกาสัมพันธ์กับทิศทางเริ่มต้น

ในขณะนี้ เสื้อ 2 กระแสในเฟส A และ B เป็นบวก และในเฟส C จะเป็นลบ ดังนั้นในตัวนำ A, Z และ B กระแสจึงพุ่งตรงไปยังตัวแสดง และในตัวนำ Y, C และ X ซึ่งอยู่ห่างจากตัวแสดง และเส้นแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กจะหมุนในมุมที่มากขึ้นเมื่อเทียบกับทิศทางเริ่มต้น (รูปที่ 72, ค)

ดังนั้นเมื่อเวลาผ่านไปมีการเปลี่ยนแปลงทิศทางของเส้นแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยการขดลวดสามเฟสอย่างต่อเนื่องและสม่ำเสมอนั่นคือ สนามแม่เหล็กนี้หมุนด้วยความเร็วคงที่

ในกรณีของเรา สนามแม่เหล็กจะหมุนตามเข็มนาฬิกา

หากคุณเปลี่ยนการหมุนเฟสของขดลวดสามเฟสนั่นคือเปลี่ยนการเชื่อมต่อกับเครือข่ายของขดลวดสองในสามขดลวดใด ๆ ทิศทางการหมุนของสนามแม่เหล็กก็จะเปลี่ยนไปเช่นกัน ในรูป รูปที่ 73 แสดงการพันขดลวดสามเฟสซึ่งการเชื่อมต่อของคอยล์ B และ C กับเครือข่ายมีการเปลี่ยนแปลง จากทิศทางของเส้นแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กสำหรับเวลาที่เลือกไว้ก่อนหน้านี้ t=0, t 1 และ t 2 เป็นที่ชัดเจนว่าการหมุนของสนามแม่เหล็กในขณะนี้เกิดขึ้นทวนเข็มนาฬิกา

ฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากระบบไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสในระบบคอยล์แบบสมมาตรจะมีค่าคงที่และ ณ เวลาใดๆ ก็ตามจะเท่ากับหนึ่งเท่าครึ่งของฟลักซ์สูงสุดของหนึ่งเฟส.

สิ่งนี้สามารถพิสูจน์ได้โดยการพิจารณาฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดขึ้น Ф ในช่วงเวลาใดก็ได้

ดังนั้น สำหรับโมเมนต์ t 1 เมื่อ ωt 1 ==90° กระแสในขดลวดจะใช้ค่าต่อไปนี้:

ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็ก F A ของคอยล์ A ณ ช่วงเวลาที่เลือกมีค่ามากที่สุดและพุ่งไปตามแกนของคอยล์นี้นั่นคือบวก ฟลักซ์แม่เหล็กของคอยล์ B และ C มีค่าสูงสุดครึ่งหนึ่งและเป็นค่าลบ (รูปที่ 74)

ผลรวมทางเรขาคณิตของกระแส Fa, Fw, Fs สามารถพบได้โดยการสร้างพวกมันตามลำดับในระดับที่ยอมรับในรูปแบบของเซ็กเมนต์ โดยการเชื่อมต่อจุดเริ่มต้นของส่วนแรกกับจุดสิ้นสุดของส่วนสุดท้าย เราจะได้ส่วนของฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดขึ้น F โดยตัวเลข ฟลักซ์นี้จะมากกว่าฟลักซ์สูงสุดของหนึ่งเฟสหนึ่งเท่าครึ่ง

ตัวอย่างเช่น สำหรับเวลา A (ดูรูปที่ 74) จะทำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็ก

เนื่องจากในขณะนี้ การไหลที่เกิดขึ้นเกิดขึ้นพร้อมกับการไหลของ Fa และมีการเลื่อนสัมพันธ์กับการไหลของ Fw และ Fc 60°

โปรดทราบว่าในขณะนี้ เสื้อ 1 ฟลักซ์แม่เหล็กของขดลวดรับค่า ฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดขึ้นสามารถแสดงได้ดังนี้:

ในขณะนี้ t=0 สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะพุ่งไปตามแกนตั้ง (ดูรูปที่ 72, a) ในเวลาที่เท่ากับช่วงหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงของกระแสในขดลวด ฟลักซ์แม่เหล็กจะหมุนหนึ่งรอบในอวกาศ และจะถูกส่งไปตามแกนตั้งอีกครั้ง เช่นเดียวกับในขณะนี้ t=0

หากความถี่ของกระแสคือ f นั่นคือกระแสจะผ่านช่วง f ของการเปลี่ยนแปลงในหนึ่งวินาที จากนั้นฟลักซ์แม่เหล็กของขดลวดสามเฟสจะสร้าง f (รอบต่อวินาทีหรือ 60f รอบต่อนาที เช่น

n 1 - จำนวนรอบของสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนต่อนาที

เราพิจารณากรณีที่ง่ายที่สุดเมื่อขดลวดมีเสาคู่เดียว

หากขดลวดสเตเตอร์ทำในลักษณะที่สายไฟของแต่ละเฟสแบ่งออกเป็น 2, 3, 4 ฯลฯ กลุ่มที่เหมือนกันซึ่งอยู่รอบเส้นรอบวงของสเตเตอร์อย่างสมมาตรจำนวนคู่ขั้วจะเท่ากับ 2 , 3, 4 ฯลฯ ตามลำดับ

ในรูป ในรูป 75 แสดงการพันขดลวดแบบเฟสเดียว ซึ่งประกอบด้วยขดลวดสามขดลวดที่อยู่รอบเส้นรอบวงของสเตเตอร์อย่างสมมาตร และก่อตัวเป็นขั้วหกหรือสามคู่

ในขดลวดหลายขั้ว สนามแม่เหล็กในช่วงหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงปัจจุบันจะหมุนเป็นมุมที่สอดคล้องกับระยะห่างระหว่างขั้วสองขั้วที่มีชื่อเดียวกัน

ดังนั้น หากขดลวดมีขั้ว 2, 3, 4 ฯลฯ คู่ สนามแม่เหล็กในระหว่างช่วงหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงกระแสจะหมุนไป ฯลฯ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเส้นรอบวงสเตเตอร์ ในกรณีทั่วไปจะแสดงด้วยตัวอักษร รจำนวนคู่ขั้ว เราจะพบว่าเส้นทางที่สนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ระหว่างช่วงหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงกระแสมีค่าเท่ากับหนึ่ง ร- เศษส่วนนั้นของเส้นรอบวงสเตเตอร์ ดังนั้น จำนวนรอบต่อนาทีของสนามแม่เหล็กจึงแปรผกผันกับจำนวนคู่ขั้ว กล่าวคือ

ตัวอย่างที่ 1กำหนดจำนวนรอบของสนามแม่เหล็กของเครื่องด้วยจำนวนขั้วคู่ ร=1, 2, 3 และ 4 ทำงานจากเครือข่ายที่มีความถี่ปัจจุบัน f=50 Hz

สารละลาย. จำนวนรอบของสนามแม่เหล็ก

ตัวอย่างที่ 2. สนามแม่เหล็กของเครื่องที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายด้วยความถี่ปัจจุบัน 50 เฮิรตซ์มีค่าเท่ากับ 1,500 รอบต่อนาที กำหนดจำนวนรอบของสนามแม่เหล็กของเครื่องนี้ หากเชื่อมต่อกับเครือข่ายที่มีความถี่ปัจจุบัน 60 Hz

สารละลาย. จำนวนคู่ขั้วเครื่องจักร

จำนวนรอบของสนามแม่เหล็กที่ความถี่ใหม่

คำถามควบคุม

1. อธิบายหลักการออกแบบและการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟส
2. ในกรณีใดที่ไม่จำเป็นต้องใช้ลวดเป็นกลางเมื่อเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่คดเคี้ยวและตัวรับกับดาว?
3. ความสัมพันธ์ระหว่างค่าเชิงเส้นและเฟสของแรงดันและกระแสเมื่อเชื่อมต่อแหล่งพลังงานและผู้บริโภคด้วยดาวและสามเหลี่ยมคืออะไร?
4. ข้อดีของการเชื่อมต่อแบบสามเหลี่ยมระหว่างเครื่องรับคืออะไร?
5. นิพจน์ใดกำหนดกำลังของกระแสสามเฟสภายใต้โหลดแบบสมมาตร
6. คุณจะเปลี่ยนทิศทางการหมุนของสนามแม่เหล็กของระบบคอยล์สามเฟสแบบสมมาตรได้อย่างไร?
7. อะไรเป็นตัวกำหนดความเร็วในการหมุนของสนามแม่เหล็กของระบบสามเฟสแบบสมมาตร

ในย่อหน้าก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าความเร็วการหมุนของสนามแม่เหล็กคงที่และถูกกำหนดโดยความถี่ของกระแส โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากวางขดลวดมอเตอร์สามเฟสไว้ในช่องหกช่องบนพื้นผิวด้านในของสเตเตอร์ (รูปที่ 5-7) จากนั้นดังที่แสดง (ดูรูปที่ 5-4) แกนฟลักซ์แม่เหล็กจะหมุน

เป็นเวลาครึ่งรอบของกระแสสลับครึ่งรอบและเต็มช่วง - หนึ่งรอบ ความเร็วในการหมุนของฟลักซ์แม่เหล็กสามารถแสดงได้ดังนี้:

ในกรณีนี้ ขดลวดสเตเตอร์จะสร้างสนามแม่เหล็กด้วยขั้วคู่หนึ่งคู่ ขดลวดนี้เรียกว่าไบโพลาร์

หากขดลวดสเตเตอร์ประกอบด้วยหกขดลวด (ขดลวดเชื่อมต่อสองชุดต่อเฟส) วางในช่องสิบสองช่อง (รูปที่ 5-8) ดังนั้นเนื่องจากโครงสร้างที่คล้ายกับขดลวดสองขั้วจึงสามารถรับได้ ว่าแกนฟลักซ์แม่เหล็กหมุนไปหนึ่งในสี่รอบและเต็มช่วง - ครึ่งรอบ (รูปที่ 5-9) แทนที่จะเป็นสองเสาด้วยสาม

ขดลวด สนามสเตเตอร์ตอนนี้มีสี่ขั้ว (ขั้วสองคู่) ความเร็วในการหมุนของสนามแม่เหล็กสเตเตอร์ในกรณีนี้เท่ากับ

โดยการเพิ่มจำนวนช่องและขดลวดและการโต้แย้งที่คล้ายกัน เราสามารถสรุปได้ว่าความเร็วของการหมุนของสนามแม่เหล็กในกรณีทั่วไปสำหรับขั้วคู่จะเท่ากับ

เนื่องจากจำนวนคู่ขั้วสามารถเป็นจำนวนเต็มได้เท่านั้น (จำนวนขดลวดในขดลวดสเตเตอร์จะเป็นผลคูณของสามเสมอ) ความเร็วในการหมุนของสนามแม่เหล็กจึงไม่สามารถกำหนดได้โดยพลการ แต่มีค่าค่อนข้างแน่นอน (ดูตาราง 5.1)

ตารางที่ 5.1

ในทางปฏิบัติ เพื่อให้ได้ค่าคงที่ของแรงบิดที่กระทำต่อโรเตอร์ในระหว่างการปฏิวัติหนึ่งครั้ง จำนวนช่องในสเตเตอร์จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ (รูปที่ 5-10) และแต่ละด้านของคอยล์จะถูกวางไว้ในหลายช่อง โดยแต่ละด้าน คดเคี้ยวประกอบด้วยหลายส่วนที่เชื่อมต่อระหว่างเราอย่างสม่ำเสมอ ขดลวดมักประกอบด้วยสองชั้น ในแต่ละร่อง ส่วนสองด้านของขดลวดที่แตกต่างกันสองขดลวดจะวางอยู่เหนืออีกด้านหนึ่ง และหากด้านแอคทีฟด้านหนึ่งอยู่ที่ด้านล่างของร่องหนึ่ง ด้านแอคทีฟอีกด้านของส่วนนี้จะอยู่ที่ด้านบนสุดของอีกร่องหนึ่ง ส่วนต่างๆ และขดลวดเชื่อมต่อกันเพื่อให้ตัวนำส่วนใหญ่ในแต่ละช่องมีทิศทางของกระแสเท่ากัน