การหมุนแบบซิงโครนัสคืออะไร สนามแม่เหล็กหมุนของเครื่องเหนี่ยวนำ (สำหรับผู้ที่ไม่ใช่ช่างไฟฟ้า) ความเร็วเชิงมุมของการหมุนของสนามแม่เหล็ก

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของกระแสสามเฟสคือความเป็นไปได้ที่จะได้รับสนามแม่เหล็กหมุนซึ่งเป็นพื้นฐานของหลักการทำงานของเครื่องจักรไฟฟ้า - มอเตอร์กระแสสามเฟสแบบอะซิงโครนัสและซิงโครนัส

ข้าว. 7.2. การจัดเรียงของขดลวดเมื่อได้รับสนามแม่เหล็กหมุน (a) และแผนภาพคลื่นของระบบสมมาตรสามเฟสของกระแสที่ไหลผ่านขดลวด (b)

สนามแม่เหล็กหมุนได้มาจากการส่งผ่านระบบกระแสสามเฟส (รูปที่ 7.2, b) ผ่านสามขดลวดที่เหมือนกัน A, B, C(รูปที่ 7.2, a) แกนซึ่งอยู่ในมุม 120 °ที่สัมพันธ์กัน

รูปที่ 7.2 แสดงทิศทางบวกของกระแสในขดลวดและทิศทางการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็ก วี NS , V วี , V กับสร้างโดยแต่ละขดลวดแยกกัน

รูปที่ 7.3 แสดงทิศทางที่แท้จริงของกระแสน้ำสำหรับครั้ง
และทิศทางการเหนี่ยวนำ วี ตัด สนามแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดทั้งสาม

การวิเคราะห์รูปที่ 7.3 นำไปสู่ข้อสรุปดังต่อไปนี้:

ก) การเหนี่ยวนำ วี ตัดสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะเปลี่ยนทิศทาง (หมุน) เมื่อเวลาผ่านไป

b) ความถี่การหมุนของสนามแม่เหล็กเท่ากับความถี่ของการเปลี่ยนแปลงปัจจุบัน ดังนั้น สำหรับ NS = 50 Hz สนามแม่เหล็กหมุนได้ห้าถึงสิบรอบต่อวินาที หรือสามพันรอบต่อนาที

ค่าของการเหนี่ยวนำของผลลัพธ์ วี ตัด = 1,5NS NSสนามแม่เหล็กคงที่

ที่ไหน NS NS- แอมพลิจูดของการเหนี่ยวนำของหนึ่งขดลวด

ในเวลาที่ต่างกัน

7.3 เครื่องอะซิงโครนัส

7.3.1 หลักการทำงานของมอเตอร์เหนี่ยวนำ (AM)... เราวางระหว่างขดลวดนิ่ง (รูปที่ 7.4) ในพื้นที่ของสนามแม่เหล็กที่หมุนได้กระบอกโลหะที่เคลื่อนที่ได้ - โรเตอร์ - จับจ้องอยู่ที่แกน

ปล่อยให้สนามแม่เหล็กหมุน "ตามเข็มนาฬิกา" จากนั้นทรงกระบอกจะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้ามกับสนามแม่เหล็กที่หมุน

เมื่อพิจารณาจากกฎของมือขวา เราจะพบทิศทางของกระแสน้ำที่เหนี่ยวนำในกระบอกสูบ

ในรูปที่ 7.4 ทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ (ตามกำเนิดของทรงกระบอก) จะแสดงด้วยกากบาท ("ห่างจากเรา") และจุด ("เข้าหาเรา")

การใช้กฎมือซ้าย (รูปที่ 7.1, b) เราพบว่าปฏิสัมพันธ์ของกระแสเหนี่ยวนำกับสนามแม่เหล็กทำให้เกิดแรง NS, ขับเคลื่อนโรเตอร์ในการเคลื่อนที่แบบหมุนไปในทิศทางเดียวกับที่สนามแม่เหล็กหมุน

ความเร็วโรเตอร์
ความถี่การหมุนของสนามแม่เหล็กน้อยลง ตั้งแต่ ที่ความเร็วเชิงมุมเท่ากัน ความเร็วสัมพัทธ์ของโรเตอร์และสนามแม่เหล็กหมุนจะเท่ากับศูนย์ และจะไม่มี EMF และกระแสเหนี่ยวนำให้เกิดในโรเตอร์ จึงไม่มีความเข้มแข็ง NS, สร้างแรงบิด อุปกรณ์ที่ง่ายที่สุดที่พิจารณาจะอธิบายหลักการทำงาน มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสคำว่า "อะซิงโครนัส" (กรีก) หมายถึงไม่พร้อมกัน คำนี้เน้นความแตกต่างในความถี่ของสนามแม่เหล็กหมุนและโรเตอร์ - ส่วนที่เคลื่อนที่ของเครื่องยนต์

ข้าว. 7.4. ตามหลักการทำงานของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส

สนามแม่เหล็กหมุนที่เกิดจากขดลวดทั้งสามมีขั้วสองขั้วเรียกว่า สนามแม่เหล็กหมุนสองขั้ว(หนึ่งเฟสของเสา).

ในช่วงหนึ่งของกระแสไซน์ สนามแม่เหล็กสองขั้วทำให้เกิดการปฏิวัติหนึ่งครั้ง ดังนั้นที่ความถี่มาตรฐาน NS 1 = 50 Hz ฟิลด์นี้ทำให้สามพันรอบต่อนาที ความเร็วของโรเตอร์น้อยกว่าความเร็วซิงโครนัสนี้เล็กน้อย

ในกรณีที่จำเป็นต้องใช้มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสที่มีความเร็วต่ำกว่า จะใช้ขดลวดสเตเตอร์แบบหลายขั้วซึ่งประกอบด้วยหก เก้า ฯลฯ ขดลวด ดังนั้นสนามแม่เหล็กหมุนจะมีสอง สาม ฯลฯ คู่ของเสา

โดยทั่วไปแล้วหากสนามมี NSเสาคู่แล้วความเร็วในการหมุนจะเป็น

.

7.3.2 การออกแบบมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส... ระบบแม่เหล็ก (วงจรแม่เหล็ก) ของมอเตอร์เหนี่ยวนำประกอบด้วยสองส่วน: นิ่งภายนอก ในรูปของทรงกระบอกกลวง (รูปที่ 8.5) และภายใน - กระบอกหมุน

มอเตอร์เหนี่ยวนำทั้งสองส่วนประกอบขึ้นจากแผ่นเหล็กไฟฟ้าหนา 0.5 มม. แผ่นเหล่านี้หุ้มฉนวนจากกันด้วยชั้นเคลือบเงาเพื่อลดการสูญเสียกระแสน้ำวน

ส่วนคงที่ของเครื่องเรียกว่า สเตเตอร์,ขณะหมุน - โรเตอร์(จากภาษาละติน จ้อง - ยืนและ หมุน – หมุน).

ข้าว. 7.5. ไดอะแกรมของอุปกรณ์มอเตอร์เหนี่ยวนำ: ภาพตัดขวาง (a);

โรเตอร์ที่คดเคี้ยว (b): 1 - สเตเตอร์; 2 - โรเตอร์; 3 - เพลา; 4 - การหมุนของสเตเตอร์ที่คดเคี้ยว;

5 - รอบของการหมุนของโรเตอร์

ขดลวดสามเฟสวางอยู่ในร่องที่ด้านในของสเตเตอร์ซึ่งกระแสที่กระตุ้นสนามแม่เหล็กหมุนของเครื่อง ในช่องของโรเตอร์จะมีขดลวดที่สองซึ่งกระแสที่เกิดจากสนามแม่เหล็กหมุน

วงจรแม่เหล็กของสเตเตอร์ถูกปิดไว้ในกล่องขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นส่วนนอกของตัวเครื่อง และวงจรแม่เหล็กของโรเตอร์ถูกยึดไว้บนเพลา

โรเตอร์ของมอเตอร์เหนี่ยวนำมีสองประเภท: กรงกระรอกและวงแหวนลื่น อันแรกนั้นง่ายกว่าในการออกแบบและใช้บ่อยกว่า

การหมุนของโรเตอร์กรงกระรอกเป็นกรงทรงกระบอก ("ล้อกระรอก") ที่ทำจากยางทองแดงหรือแท่งอลูมิเนียม ลัดวงจรที่ปลายด้วยวงแหวนสองวง (รูปที่ 7.5, b) แท่งของขดลวดนี้ถูกสอดเข้าไปในร่องของวงจรแม่เหล็กโดยไม่มีฉนวน

นอกจากนี้ยังใช้วิธีการเติมร่องของวงจรแม่เหล็กของโรเตอร์ด้วยอลูมิเนียมหลอมเหลวพร้อมการหล่อวงแหวนปิดพร้อมกัน

7.3.3 ลักษณะมอเตอร์เหนี่ยวนำ... ความเร็วในการหมุนของสนามแม่เหล็กหมุนถูกกำหนดโดยความถี่เชิงมุม , NS, หรือจำนวนรอบ NSต่อนาที. ปริมาณทั้งสองนี้สัมพันธ์กันโดยสูตร

. (7.3)

ปริมาณลักษณะเฉพาะคือความเร็วสัมพัทธ์ของสนามแม่เหล็กหมุนที่เรียกว่า ลื่นNS:

หรือ

ที่ไหน
- ความถี่เชิงมุมของโรเตอร์ rad / s;

- จำนวนรอบต่อนาที รอบต่อนาที

ยิ่งความเร็วของโรเตอร์มากขึ้น กับความเร็วของสนามแม่เหล็กหมุน , EMF ที่ต่ำกว่าที่เกิดจากสนามในโรเตอร์และด้วยเหตุนี้กระแสในโรเตอร์

กระแสน้ำที่ลดลงจะลดแรงบิดที่กระทำต่อโรเตอร์ ดังนั้นโรเตอร์ของมอเตอร์จะต้องหมุนช้ากว่าสนามแม่เหล็กที่หมุน - แบบอะซิงโครนัส

สามารถแสดงให้เห็นได้ว่าแรงบิด AM ถูกกำหนดโดยนิพจน์ต่อไปนี้:

, (7.4)

ที่ไหน , , NS 1 , - พารามิเตอร์ของวงจรสมมูลไฟฟ้าซึ่งระบุไว้ในหนังสืออ้างอิงสำหรับความดันโลหิต

- แรงดันเฟสที่มีประสิทธิภาพบนขดลวดสเตเตอร์

ในมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสสมัยใหม่ สลิปแม้ที่โหลดเต็มจะมีขนาดเล็ก - ประมาณ 0.04 (สี่เปอร์เซ็นต์) สำหรับมอเตอร์ขนาดเล็กและประมาณ 0.015 ... .0.02 (หนึ่งและครึ่ง - สองเปอร์เซ็นต์) สำหรับมอเตอร์ขนาดใหญ่

เส้นโค้งการพึ่งพาลักษณะ NSจากการเลื่อน NS แสดงในรูปที่ 7.6, ก.

แรงบิดสูงสุดแยกส่วนโค้ง
ในส่วนที่มั่นคงของ NS = 0 ถึง และส่วนที่ไม่เสถียรของ ก่อน NS = 1 ซึ่งแรงบิดจะลดลงตามการลื่นที่เพิ่มขึ้น

บนเว็บไซต์จาก NS = 0 ถึง ด้วยแรงบิดเบรกที่ลดลง
ความเร็วในการหมุนเพิ่มขึ้นบนเพลามอเตอร์แบบอะซิงโครนัส สลิปลดลง เพื่อให้ในส่วนนี้การทำงานของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสมีเสถียรภาพ

บนเว็บไซต์จาก ก่อน NS= 1 ลดลง
ความเร็วในการหมุนเพิ่มขึ้น สลิปลดลง และแรงบิดเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้ความเร็วในการหมุนเพิ่มขึ้นมากยิ่งขึ้น ทำให้การทำงานของเครื่องยนต์ไม่เสถียร

ดังนั้นในขณะที่แรงบิดเบรก
สมดุลไดนามิกของช่วงเวลาจะถูกเรียกคืนโดยอัตโนมัติ เมื่อไหร่
ด้วยภาระที่เพิ่มขึ้นอีก การเพิ่มขึ้นของสลิปทำให้แรงบิดลดลง NSและมอเตอร์จะหยุดเนื่องจากความชุกของแรงบิดเบรกเหนือการหมุน

ความหมาย NS ถึง สามารถคำนวณได้โดยสูตร

.

เพื่อการฝึกฝน สำคัญมากขึ้นอยู่กับความเร็วของมอเตอร์ จากภาระบนเพลา
... การพึ่งพาอาศัยกันนี้เรียกว่า ลักษณะทางกล(รูปที่ 7.6, ข).

ตามเส้นโค้งในรูปที่ 7.6 b แสดงความเร็วของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสจะลดลงเพียงเล็กน้อยเมื่อแรงบิดเพิ่มขึ้นในช่วงจากศูนย์ถึงค่าสูงสุด
. ช่วงเวลาเริ่มต้นที่สอดคล้องกับ S = 1 สามารถรับได้จาก (7.4) รับ NS= 1. แรงบิดเริ่มต้นโดยทั่วไป NSเริ่ม = (0.8 1,2)NSชื่อ NSนาม - แรงบิดเล็กน้อย การพึ่งพาอาศัยกันนี้เรียกว่า ยาก.

ข้าว. 7.6. การพึ่งพาแรงบิดบนเพลาของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส

จากการเลื่อน (ก); ลักษณะทางกล (ข)

มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสมีการใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากข้อดีดังต่อไปนี้: ความเรียบง่ายของอุปกรณ์ ความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงานสูง ราคาถูก.

ด้วยความช่วยเหลือของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส เครน รอก ลิฟต์ บันไดเลื่อน ปั๊ม พัดลม และกลไกอื่นๆ

มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสมีข้อเสียดังต่อไปนี้:

การควบคุมความเร็วของโรเตอร์ทำได้ยาก

มอเตอร์ไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปในอุปกรณ์ขับเคลื่อนไฟฟ้าส่วนใหญ่คือมอเตอร์เหนี่ยวนำ มอเตอร์นี้เรียกว่าอะซิงโครนัส (ไม่ซิงโครนัส) เนื่องจากโรเตอร์หมุนด้วยความเร็วต่ำกว่ามอเตอร์ซิงโครนัส สัมพันธ์กับความเร็วในการหมุนของเวกเตอร์สนามแม่เหล็ก

จำเป็นต้องอธิบายว่าความเร็วซิงโครนัสคืออะไร

ความเร็วซิงโครนัสคือความเร็วที่สนามแม่เหล็กหมุนในเครื่องโรตารี่ เพื่อให้แม่นยำ มันคือความเร็วเชิงมุมของการหมุนของเวกเตอร์สนามแม่เหล็ก ความเร็วในการหมุนของสนามขึ้นอยู่กับความถี่ของกระแสไหลและจำนวนขั้วของเครื่อง

มอเตอร์เหนี่ยวนำทำงานที่ความเร็วต่ำกว่าความเร็วของการหมุนแบบซิงโครนัสเสมอ เนื่องจากสนามแม่เหล็กซึ่งเกิดจากขดลวดสเตเตอร์จะสร้างฟลักซ์แม่เหล็กเคาน์เตอร์ในโรเตอร์ ปฏิกิริยาของเคาน์เตอร์ฟลักซ์ที่สร้างขึ้นนี้กับฟลักซ์ของสเตเตอร์จะทำให้โรเตอร์หมุน เนื่องจากฟลักซ์แม่เหล็กในโรเตอร์จะล้าหลัง โรเตอร์จะไม่สามารถเข้าถึงความเร็วซิงโครนัสได้อย่างอิสระ กล่าวคือ เหมือนกับที่เวกเตอร์สนามแม่เหล็กสเตเตอร์หมุน

มอเตอร์เหนี่ยวนำมีสองประเภทหลัก ซึ่งพิจารณาจากประเภทของพลังงานที่จ่ายให้ มัน:

• มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสเฟสเดียว
• มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสสามเฟส

ควรสังเกตว่ามอเตอร์แบบอะซิงโครนัสแบบเฟสเดียวไม่สามารถเริ่มการเคลื่อนไหว (การหมุน) ได้อย่างอิสระ เพื่อให้มันเริ่มหมุน จำเป็นต้องสร้างการกระจัดบางส่วนจากตำแหน่งสมดุล นี่คือความสำเร็จ วิธีทางที่แตกต่างด้วยความช่วยเหลือของขดลวดเพิ่มเติม, ตัวเก็บประจุ, การสลับในเวลาเริ่มต้น ต่างจากมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสแบบเฟสเดียว มอเตอร์สามเฟสสามารถเริ่มการเคลื่อนไหวอิสระ (การหมุน) โดยไม่ต้องทำการเปลี่ยนแปลงใดๆ กับการออกแบบหรือสภาวะการสตาร์ท

มอเตอร์ AC แบบอะซิงโครนัสมีโครงสร้างที่แตกต่างจากมอเตอร์กระแสตรง (DC) โดยกำลังจ่ายให้กับสเตเตอร์ ตรงกันข้ามกับมอเตอร์กระแสตรง ซึ่งจ่ายพลังงานให้กับกระดอง (โรเตอร์) ผ่านกลไกแปรง

หลักการทำงานของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส

มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสเริ่มทำงานโดยการจ่ายแรงดันไฟให้กับขดลวดสเตเตอร์เท่านั้น เป็นที่น่าสนใจที่จะรู้ว่ามันทำงานอย่างไรทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น? มันง่ายมากถ้าคุณเข้าใจว่ากระบวนการเหนี่ยวนำเกิดขึ้นเมื่อสนามแม่เหล็กถูกเหนี่ยวนำในโรเตอร์ ตัวอย่างเช่น ในเครื่อง DC จำเป็นต้องสร้างสนามแม่เหล็กแยกจากกันในอาร์มาเจอร์ (โรเตอร์) ไม่ใช่ผ่านการเหนี่ยวนำ แต่ด้วยแปรง

เมื่อเราใช้แรงดันไฟฟ้ากับขดลวดสเตเตอร์ กระแสไฟฟ้าจะเริ่มไหลเข้าไป ซึ่งจะสร้างสนามแม่เหล็กรอบขดลวด นอกจากนี้ จากขดลวดจำนวนมากที่อยู่บนวงจรแม่เหล็กของสเตเตอร์ จะเกิดสนามแม่เหล็กสเตเตอร์ทั่วไปขึ้น สนามแม่เหล็กนี้มีลักษณะเฉพาะด้วยฟลักซ์แม่เหล็ก ซึ่งขนาดจะเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา นอกจากนี้ ทิศทางของฟลักซ์แม่เหล็กจะเปลี่ยนในอวกาศ หรือค่อนข้างจะหมุน เป็นผลให้ปรากฎว่าเวกเตอร์ฟลักซ์แม่เหล็กสเตเตอร์หมุนเหมือนสลิงที่ไม่บิดเบี้ยวด้วยหิน

ตามกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์ในโรเตอร์ที่มีขดลวดกรงกระรอก (โรเตอร์กรงกระรอก) กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะไหลในขดลวดของโรเตอร์นี้ เนื่องจากวงจรปิดและอยู่ในโหมดลัดวงจร กระแสนี้ เหมือนกับกระแสจ่ายในสเตเตอร์ จะสร้างสนามแม่เหล็ก โรเตอร์ของมอเตอร์จะกลายเป็นแม่เหล็กภายในสเตเตอร์ซึ่งมีสนามแม่เหล็กหมุน ทั้งสนามแม่เหล็กจากสเตเตอร์และโรเตอร์จะเริ่มมีปฏิสัมพันธ์กัน โดยเป็นไปตามกฎของฟิสิกส์

เนื่องจากสเตเตอร์อยู่กับที่และสนามแม่เหล็กของมันจะหมุนในอวกาศ และกระแสก็เหนี่ยวนำให้เกิดในโรเตอร์ ซึ่งทำให้มันเป็นแม่เหล็กถาวร โรเตอร์ที่เคลื่อนที่ได้จึงเริ่มหมุนเนื่องจากสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์เริ่มผลักมันและลากไปตามนั้น โรเตอร์เหมือนกับที่เคยทำกับสนามแม่เหล็กสเตเตอร์ เราสามารถพูดได้ว่าโรเตอร์มีแนวโน้มที่จะหมุนแบบซิงโครนัสกับสนามแม่เหล็กสเตเตอร์ แต่สิ่งนี้ไม่สามารถทำได้เนื่องจากในช่วงเวลาของการซิงโครไนซ์สนามแม่เหล็กจะชดเชยซึ่งกันและกันซึ่งนำไปสู่การทำงานแบบอะซิงโครนัส กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่อมอเตอร์เหนี่ยวนำทำงาน โรเตอร์จะเลื่อนในสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์

การเลื่อนสามารถเป็นได้ทั้งแบบล้าหลังหรือแบบนำหน้า หากเกิดความล่าช้า เราก็มีโหมดการทำงานของมอเตอร์ เมื่อพลังงานไฟฟ้าถูกแปลงเป็นพลังงานกล หากเกิดการลื่นก่อนโรเตอร์ เราจะมีโหมดการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เมื่อพลังงานกลถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า

แรงบิดที่สร้างขึ้นบนโรเตอร์ขึ้นอยู่กับความถี่ของกระแสสลับของแหล่งจ่ายสเตเตอร์ เช่นเดียวกับขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่จ่าย โดยการเปลี่ยนความถี่ของกระแสและขนาดของแรงดันไฟฟ้า เป็นไปได้ที่จะส่งผลต่อแรงบิดของโรเตอร์และด้วยเหตุนี้จึงควบคุมการทำงานของมอเตอร์เหนี่ยวนำ สิ่งนี้เป็นจริงสำหรับมอเตอร์อะซิงโครนัสทั้งแบบเฟสเดียวและสามเฟส

ประเภทของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส

มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสเฟสเดียวแบ่งออกเป็นประเภทต่อไปนี้:

• พร้อมขดลวดแยก (มอเตอร์สปลิตเฟส)
• ด้วยตัวเก็บประจุเริ่มต้น (มอเตอร์สตาร์ทตัวเก็บประจุ);
• ด้วยตัวเก็บประจุเริ่มต้นและตัวเก็บประจุที่ใช้งานได้ (ตัวเก็บประจุสตาร์ทตัวเก็บประจุใช้มอเตอร์เหนี่ยวนำ);
• มอเตอร์ขั้วเงา

มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสสามเฟสแบ่งออกเป็นประเภทต่อไปนี้:

• ด้วยโรเตอร์กรงกระรอกในรูปแบบของกรงกระรอก (มอเตอร์เหนี่ยวนำกรงกระรอก);
• มีวงแหวนสลิป, เฟสโรเตอร์ (มอเตอร์เหนี่ยวนำวงแหวนสลิป);

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น มอเตอร์เหนี่ยวนำเฟสเดียวไม่สามารถเริ่มการเคลื่อนไหว (การหมุน) ได้ด้วยตัวเอง ความเป็นอิสระหมายถึงอะไร? นี่คือเวลาที่เครื่องเริ่มทำงานโดยอัตโนมัติโดยไม่ได้รับอิทธิพลจากสภาพแวดล้อมภายนอก เมื่อเราเปิดเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน เช่น พัดลม พัดลมเริ่มทำงานทันทีด้วยการกดปุ่ม ควรสังเกตว่ามีการใช้มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสแบบเฟสเดียวในชีวิตประจำวัน เช่น มอเตอร์ในพัดลม การสตาร์ทแบบอิสระเกิดขึ้นได้อย่างไรหากมีการกล่าวข้างต้นว่าเครื่องยนต์ประเภทนี้ไม่อนุญาต เพื่อให้เข้าใจปัญหานี้ จำเป็นต้องศึกษาวิธีการสตาร์ทมอเตอร์แบบเฟสเดียว

เหตุใดมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสแบบสามเฟสจึงสตาร์ทตัวเองได้

ในระบบสามเฟส แต่ละเฟสมีมุม 120 องศาเมื่อเทียบกับอีกสองเฟส ดังนั้นทั้งสามเฟสจึงมีระยะห่างเท่าๆ กันรอบวงกลม วงกลมมี 360 องศา ซึ่งเท่ากับ 120 องศาสามครั้ง (120 + 120 + 120 = 360)

หากเราพิจารณาสามเฟสคือ A, B, C เราจะเห็นว่ามีเพียงเฟสเดียวในช่วงเวลาเริ่มต้นเท่านั้นที่จะมีค่าสูงสุดของค่าแรงดันไฟทันที เฟสที่สองจะเพิ่มค่าแรงดันไฟหลังจากเฟสแรก และเฟสที่สามจะตามมาในเฟสที่สอง ดังนั้นเราจึงมีคำสั่งสำรอง เฟส A-B-Cเมื่อมูลค่าเพิ่มขึ้นและสามารถเรียงลำดับจากมากไปน้อยได้ แรงดันไฟฟ้า C-B-A... แม้ว่าคุณจะเขียนการสลับไปมาต่างกัน ตัวอย่างเช่น แทนที่จะเขียน A-B-C ให้เขียน B-C-A การสลับจะยังคงเหมือนเดิม เนื่องจากห่วงโซ่การสลับในลำดับใดๆ จะสร้างวงจรอุบาทว์

โรเตอร์ของมอเตอร์สามเฟสแบบอะซิงโครนัสจะหมุนอย่างไร? เนื่องจากโรเตอร์ถูกนำออกไปโดยสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์และเลื่อนไปในนั้น จึงค่อนข้างชัดเจนว่าโรเตอร์จะเคลื่อนที่ไปในทิศทางของเวกเตอร์สนามแม่เหล็กสเตเตอร์ สนามแม่เหล็กสเตเตอร์จะหมุนไปทางใด เนื่องจากขดลวดสเตเตอร์เป็นแบบสามเฟสและทั้งสามขดลวดจะอยู่บนสเตเตอร์เท่าๆ กัน สนามที่สร้างขึ้นจะหมุนไปในทิศทางของการหมุนเฟสของขดลวด จากที่นี่เราได้ข้อสรุป ทิศทางการหมุนของโรเตอร์ขึ้นอยู่กับลำดับเฟสของขดลวดสเตเตอร์ โดยการเปลี่ยนลำดับการสลับเฟสเราจะได้การหมุนของมอเตอร์ไปในทิศทางตรงกันข้าม ในทางปฏิบัติ ในการเปลี่ยนการหมุนของมอเตอร์ การเปลี่ยนเฟสจ่ายของสเตเตอร์สองเฟสก็เพียงพอแล้ว

ทำไมมอเตอร์เหนี่ยวนำเฟสเดียวไม่เริ่มหมุนด้วยตัวเอง?

ด้วยเหตุผลที่ว่าขับเคลื่อนด้วยเฟสเดียว สนามแม่เหล็กของมอเตอร์เฟสเดียวจะเต้นเป็นจังหวะไม่หมุน ภารกิจหลักของการเปิดตัวคือการสร้างสนามหมุนจากสนามที่เต้นเป็นจังหวะ ปัญหานี้แก้ไขได้ด้วยการสร้างเฟสออฟเซ็ตในขดลวดสเตเตอร์อีกตัวโดยใช้ตัวเก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำ และการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของขดลวดในโครงสร้างมอเตอร์

ควรสังเกตว่ามอเตอร์แบบอะซิงโครนัสแบบเฟสเดียวมีประสิทธิภาพเมื่อมีภาระทางกลคงที่ หากโหลดน้อยลงและเครื่องยนต์ทำงานต่ำกว่าโหลดสูงสุด ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ก็จะลดลงอย่างมาก นี่เป็นข้อเสียของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสแบบเฟสเดียว ดังนั้นจึงไม่เหมือนกับเครื่องจักรสามเฟสตรงที่โหลดทางกลจะคงที่

เมื่อออกแบบอุปกรณ์จำเป็นต้องทราบจำนวนรอบของมอเตอร์ไฟฟ้า มีสูตรพิเศษในการคำนวณความเร็วซึ่งแตกต่างกันสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับและกระแสตรง

เครื่องจักรไฟฟ้าแบบซิงโครนัสและอะซิงโครนัส

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับมีสามประเภท: ซิงโครนัส ความเร็วเชิงมุมของโรเตอร์ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับความถี่เชิงมุมของสนามแม่เหล็กสเตเตอร์ อะซิงโครนัส - ในนั้นการหมุนของโรเตอร์ล่าช้าหลังการหมุนของสนาม ตัวสะสมการออกแบบและหลักการทำงานคล้ายกับมอเตอร์กระแสตรง

ความเร็วซิงโครนัส

ความเร็วในการหมุนของเครื่องไฟฟ้ากระแสสลับขึ้นอยู่กับความถี่เชิงมุมของสนามแม่เหล็กสเตเตอร์ ความเร็วนี้เรียกว่าซิงโครนัส ในมอเตอร์ซิงโครนัส เพลาจะหมุนด้วยความเร็วเท่ากัน ซึ่งเป็นข้อดีของเครื่องจักรไฟฟ้าเหล่านี้

สำหรับสิ่งนี้มีการหมุนในโรเตอร์ของเครื่องจักรกำลังสูงซึ่ง ความดันคงที่การสร้างสนามแม่เหล็ก ในอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำ แม่เหล็กถาวรจะถูกเสียบเข้าไปในโรเตอร์ หรือมีขั้วที่เด่นชัด

ลื่น

ในเครื่องอะซิงโครนัส ความเร็วของเพลาจะน้อยกว่าความถี่เชิงมุมแบบซิงโครนัส ความแตกต่างนี้เรียกว่าสลิป "S" ด้วยการเลื่อน กระแสไฟฟ้าจะเหนี่ยวนำให้เกิดในโรเตอร์และเพลาจะหมุน S ที่ใหญ่กว่า แรงบิดยิ่งสูง และความเร็วยิ่งต่ำ อย่างไรก็ตาม เมื่อสลิปเกินค่าที่กำหนด มอเตอร์ไฟฟ้าจะหยุดทำงาน เริ่มร้อนเกินไป และอาจทำงานล้มเหลว ความเร็วในการหมุนของอุปกรณ์ดังกล่าวคำนวณโดยใช้สูตรดังรูปด้านล่าง โดยที่:

• n คือจำนวนรอบต่อนาที
• ฉ - ความถี่เครือข่าย
• p คือจำนวนคู่ขั้ว
• ส - สลิป

อุปกรณ์ดังกล่าวมีสองประเภท:

• โรเตอร์กรงกระรอก ขดลวดในนั้นหล่อจากอลูมิเนียมในระหว่างกระบวนการผลิต
• ด้วยเฟสโรเตอร์ ขดลวดทำจากลวดและเชื่อมต่อกับความต้านทานเพิ่มเติม

การควบคุมความเร็ว

ในกระบวนการทำงานจำเป็นต้องปรับจำนวนรอบของเครื่องจักรไฟฟ้า มันดำเนินการในสามวิธี:

• เพิ่มความต้านทานในวงจรโรเตอร์ของมอเตอร์ไฟฟ้าแบบมีบาดแผล หากจำเป็นต้องลดความเร็วอย่างมากก็อนุญาตให้เชื่อมต่อไม่ใช่สาม แต่มีความต้านทานสองอัน
• การเชื่อมต่อความต้านทานเพิ่มเติมในวงจรสเตเตอร์ ใช้สำหรับสตาร์ทรถยนต์ไฟฟ้ากำลังสูงและสำหรับปรับความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็ก ตัวอย่างเช่น ความเร็วของพัดลมตั้งโต๊ะสามารถลดลงได้โดยการเชื่อมต่อหลอดไส้หรือตัวเก็บประจุแบบอนุกรมกับมัน ผลลัพธ์เดียวกันได้มาจากการลดแรงดันไฟฟ้า
• การเปลี่ยนความถี่เครือข่าย เหมาะสำหรับมอเตอร์ซิงโครนัสและอะซิงโครนัส

ความสนใจ!ความเร็วในการหมุนของมอเตอร์ไฟฟ้าสะสมที่ขับเคลื่อนโดยเครือข่ายกระแสสลับไม่ได้ขึ้นอยู่กับความถี่ของเครือข่าย

มอเตอร์กระแสตรง

นอกจากเครื่องแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับแล้ว ยังมีมอเตอร์ไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับเครือข่าย DC จำนวนรอบของอุปกรณ์ดังกล่าวคำนวณโดยใช้สูตรที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง

จัดอันดับความเร็วของการหมุน

จำนวนรอบการหมุนของอุปกรณ์ DC คำนวณโดยใช้สูตรในรูปด้านล่าง โดยที่:

• n คือจำนวนรอบต่อนาที
• U - แรงดันไฟหลัก
• Rя และ Iя - ความต้านทานและกระแสเกราะ
• Ce - ค่าคงที่ของมอเตอร์ (ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องไฟฟ้า)
• Ф - สนามแม่เหล็กสเตเตอร์

ข้อมูลเหล่านี้สอดคล้องกับค่าเล็กน้อยของพารามิเตอร์ของเครื่องจักรไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าบนขดลวดสนามและกระดองหรือแรงบิดบนเพลามอเตอร์ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ช่วยให้คุณปรับความเร็วได้ เป็นการยากที่จะกำหนดฟลักซ์แม่เหล็กในมอเตอร์จริง ดังนั้นสำหรับการคำนวณ พวกเขาใช้ความแรงของกระแสที่ไหลผ่านขดลวดกระตุ้นหรือแรงดันไฟฟ้าที่กระดอง

จำนวนรอบของมอเตอร์แบบมีแปรงถ่าน AC สามารถพบได้โดยใช้สูตรเดียวกัน

การควบคุมความเร็ว

การปรับความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนโดยเครือข่าย DC สามารถทำได้ในช่วงกว้าง มีให้เลือกสองช่วง:

1. ขึ้นจากพาร์ ด้วยเหตุนี้ฟลักซ์แม่เหล็กจะลดลงโดยใช้ความต้านทานเพิ่มเติมหรือตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า
2. ลงจากพาร์ ในการทำเช่นนี้จำเป็นต้องลดแรงดันไฟฟ้าที่กระดองของมอเตอร์ไฟฟ้าหรือรวมความต้านทานเป็นอนุกรมด้วย นอกจากการลดจำนวนรอบแล้ว ยังทำได้เมื่อสตาร์ทมอเตอร์ไฟฟ้า

การรู้ว่าต้องใช้สูตรใดในการคำนวณความเร็วของการหมุนของมอเตอร์ไฟฟ้าเมื่อออกแบบและตั้งค่าอุปกรณ์

วีดีโอ

คุณลักษณะของระบบหลายเฟสคือความสามารถในการสร้างสนามแม่เหล็กหมุนในอุปกรณ์ที่อยู่กับที่ทางกลไก
ขดลวดที่เชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดกระแสสลับจะสร้างสนามแม่เหล็กที่เร้าใจ นั่นคือ สนามแม่เหล็กที่แปรผันตามขนาดและทิศทาง

ให้เรานำรูปทรงกระบอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน D มาวางบนผิวของกระบอกสูบ เราวางขดลวดสามตัว แทนที่เชิงพื้นที่โดยสัมพันธ์กัน 120 o เราเชื่อมต่อขดลวดกับแหล่งจ่ายแรงดันสามเฟส (รูปที่ 12.1) ในรูป 12.2 แสดงกราฟการเปลี่ยนแปลงของกระแสชั่วขณะที่สร้างระบบสามเฟส

ขดลวดแต่ละอันสร้างสนามแม่เหล็กที่เต้นเป็นจังหวะ สนามแม่เหล็กของขดลวดซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่หมุนได้ซึ่งมีลักษณะเป็นเวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เกิดขึ้น
ในรูป 12.3 แสดงเวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของแต่ละเฟสและเวกเตอร์ผลลัพธ์ที่สร้างขึ้นสำหรับ t1, t2, t3 สามครั้ง ทิศทางบวกของแกนคอยล์แสดงด้วย +1, +2, +3

ในขณะนี้ t = t 1 การเหนี่ยวนำกระแสและการเหนี่ยวนำแม่เหล็กในขดลวด A-X เป็นค่าบวกและค่าสูงสุด ในขดลวด B-Y และ C-Z จะเท่ากันและเป็นลบ เวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่ได้จะเท่ากับผลรวมทางเรขาคณิตของเวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของขดลวดและเกิดขึ้นพร้อมกับแกนของขดลวด A-X ในขณะนี้ เสื้อ = เสื้อ 2 กระแสในขดลวด A-X และ C-Z มีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้าม กระแสเฟส B เป็นศูนย์ เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่ได้จะหมุนตามเข็มนาฬิกาไป 30 o ในขณะนี้ t = t 3 กระแสในขดลวด AX และ BY มีขนาดและค่าบวกเท่ากัน กระแสในเฟส CZ มีค่าสูงสุดและค่าลบ เวกเตอร์ของสนามแม่เหล็กที่ได้จะอยู่ในทิศทางลบของ แกนของคอยล์ CZ ในช่วงระยะเวลากระแสสลับเวกเตอร์ของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะหมุน 360 ​​o

ความถี่การหมุนของสนามแม่เหล็กหรือความถี่การหมุนแบบซิงโครนัส

โดยที่ P คือจำนวนคู่ขั้ว

ขดลวดที่แสดงในรูปที่ 12.1 สร้างสนามแม่เหล็กสองขั้วโดยมีจำนวนขั้ว 2P = 2 ความถี่การหมุนของสนามคือ 3000 รอบต่อนาที
เพื่อให้ได้สนามแม่เหล็กสี่ขั้ว จำเป็นต้องวางขดลวดหกตัวในกระบอกสูบ สองขดลวดสำหรับแต่ละเฟส จากนั้นตามสูตร (12.1) สนามแม่เหล็กจะหมุนช้าลงสองเท่า โดยที่ n 1 = 1500 rpm
เพื่อให้ได้สนามแม่เหล็กที่หมุนได้ จะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขสองประการ

1. มีคอยล์ออฟเซ็ตเชิงพื้นที่อย่างน้อยสองตัว

2. ต่อกระแสนอกเฟสกับคอยส์

12.2. มอเตอร์แบบอะซิงโครนัส
การออกแบบหลักการทำงาน

มอเตอร์เหนี่ยวนำมี ไม่เคลื่อนไหว ส่วนที่เรียกว่า สเตเตอร์ , และ หมุน ส่วนที่เรียกว่า โรเตอร์ ... สเตเตอร์ประกอบด้วยขดลวดที่สร้างสนามแม่เหล็กหมุน
แยกแยะระหว่างมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสกับกรงกระรอกและเฟสโรเตอร์
ในร่องของโรเตอร์ที่มีขดลวดลัดวงจรมีแท่งอลูมิเนียมหรือทองแดง ที่ปลายแท่งปิดด้วยวงแหวนอลูมิเนียมหรือทองแดง สเตเตอร์และโรเตอร์ประกอบขึ้นจากแผ่นเหล็กไฟฟ้าเพื่อลดการสูญเสียจากกระแสน้ำวน
เฟสโรเตอร์มีขดลวดสามเฟส (สำหรับมอเตอร์สามเฟส) ปลายของเฟสเชื่อมต่อกับยูนิตทั่วไป และจุดเริ่มต้นถูกนำออกมาเป็นวงแหวนสลิปสามอันที่วางอยู่บนเพลา ใช้แปรงสัมผัสแบบอยู่กับที่กับวงแหวน รีโอสแตทเริ่มต้นเชื่อมต่อกับแปรง หลังจากสตาร์ทเครื่องยนต์ ความต้านทานของรีโอสแตตสตาร์ทจะค่อยๆ ลดลงจนเหลือศูนย์
ลองพิจารณาหลักการทำงานของมอเตอร์เหนี่ยวนำในแบบจำลองที่แสดงในรูปที่ 12.4

เราเป็นตัวแทนของสนามแม่เหล็กหมุนของสเตเตอร์ในรูปแบบของแม่เหล็กถาวรที่หมุนด้วยความถี่การหมุนแบบซิงโครนัส n 1
กระแสจะเหนี่ยวนำให้เกิดในตัวนำของขดลวดโรเตอร์แบบปิด ขั้วของแม่เหล็กเคลื่อนที่ตามเข็มนาฬิกา
สำหรับผู้สังเกตที่นั่งบนแม่เหล็กหมุน ดูเหมือนว่าแม่เหล็กจะอยู่กับที่ และตัวนำของขดลวดโรเตอร์จะเคลื่อนที่ทวนเข็มนาฬิกา
ทิศทางของกระแสของโรเตอร์ซึ่งกำหนดตามกฎของมือขวาแสดงในรูปที่ 12.4.

ข้าว. 12.4

โดยใช้กฎมือซ้าย เราจะค้นหาทิศทางของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่กระทำต่อโรเตอร์และทำให้หมุนได้ โรเตอร์ของมอเตอร์จะหมุนด้วยความเร็ว n 2 ในทิศทางการหมุนของสนามสเตเตอร์
โรเตอร์หมุนแบบอะซิงโครนัส นั่นคือ ความถี่การหมุน n 2 น้อยกว่าความถี่การหมุนของสนามสเตเตอร์ n 1
ความแตกต่างสัมพัทธ์ระหว่างความเร็วของสนามสเตเตอร์และโรเตอร์เรียกว่าสลิป

สลิปไม่สามารถเท่ากับศูนย์ได้ เนื่องจากที่ความเร็วเท่ากันของสนามและโรเตอร์ การเหนี่ยวนำกระแสในโรเตอร์จะหยุดลง ดังนั้นจึงไม่มีแรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้า
โมเมนต์แม่เหล็กไฟฟ้าที่หมุนอยู่จะสมดุลโดยโมเมนต์เบรกตรงข้าม M em = M 2
ด้วยภาระที่เพิ่มขึ้นบนเพลามอเตอร์ แรงบิดในการเบรกจะมากกว่าแรงบิดและการลื่นไถลเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ EMF และกระแสเหนี่ยวนำในขดลวดของโรเตอร์เพิ่มขึ้น แรงบิดเพิ่มขึ้นและเท่ากับแรงบิดเบรก แรงบิดจะเพิ่มขึ้นตามการลื่นที่เพิ่มขึ้นจนถึงค่าสูงสุด หลังจากนั้นเมื่อแรงบิดเบรกเพิ่มขึ้น แรงบิดจะลดลงอย่างรวดเร็วและมอเตอร์จะหยุดทำงาน
สลิปของมอเตอร์ที่ชะลอตัวมีค่าเท่ากับหนึ่ง มอเตอร์ทำงานในโหมดลัดวงจร
ความเร็วในการหมุนของมอเตอร์เหนี่ยวนำที่ไม่ได้บรรจุ n 2 นั้นเท่ากับความถี่ซิงโครนัส n 1 โดยประมาณ สลิปเครื่องยนต์ที่ไม่ได้โหลด S 0 มีการกล่าวกันว่าเครื่องยนต์เดินเบา
สลิปของเครื่องเหนี่ยวนำที่ทำงานในโหมดมอเตอร์แตกต่างกันไปจากศูนย์ถึงหนึ่ง
เครื่องอะซิงโครนัสสามารถทำงานในโหมดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เมื่อต้องการทำเช่นนี้ โรเตอร์จะต้องหมุนด้วยมอเตอร์ของบริษัทอื่นในทิศทางการหมุนของสนามแม่เหล็กสเตเตอร์ด้วยความถี่ n 2> n 1 สลิปเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัส
เครื่องอะซิงโครนัสสามารถทำงานในโหมดเบรกเครื่องไฟฟ้า ในการทำเช่นนี้จำเป็นต้องหมุนโรเตอร์ไปในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางการหมุนของสนามแม่เหล็กสเตเตอร์
ในโหมดนี้ S> 1 ตามกฎแล้วจะใช้เครื่องอะซิงโครนัสในโหมดมอเตอร์ มอเตอร์เหนี่ยวนำเป็นมอเตอร์ชนิดที่พบมากที่สุดในอุตสาหกรรม ความถี่ของการหมุนของสนามในมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสนั้นเชื่อมต่ออย่างแน่นหนากับความถี่ของเครือข่าย f 1 และจำนวนคู่ของเสาสเตเตอร์ ที่ความถี่ f 1 = 50 Hz มีชุดของความเร็วในการหมุนดังต่อไปนี้