非同期電動機の装置と動作原理

電気自動車電気エネルギーを交流から機械エネルギーに変換するものは、AC 電気モーターと呼ばれます。

産業界では、非同期三相モーターが最も普及しています。これらのエンジンの装置と動作原理を見てみましょう。

誘導モーターの動作原理は、回転磁界の使用に基づいています。

このようなエンジンの動作を理解するために、次の実験を行ってみましょう。

強化していきます 馬蹄形磁石 ハンドルで回転できるように車軸に取り付けます。磁石の極の間に、自由に回転できる銅製の円筒を軸に沿って配置します。

図 1. 回転磁場を取得するための最も単純なモデル

ハンドルマグネットを時計回りに回し始めましょう。磁石の磁場も回転し始め、回転すると力線が銅の円筒を横切ります。シリンダー内 電磁誘導の法則によると、持っています 渦電流誰が自分のものを作るのか 磁場 — シリンダーのフィールド。この磁場は永久磁石の磁場と相互作用し、シリンダーを磁石と同じ方向に回転させます。

円筒の回転速度は磁場の回転速度よりわずかに遅いことがわかりました。

実際、円筒が磁場と同じ速度で回転する場合、磁力線は円筒を横切らないため、円筒の回転の原因となる渦電流は発生しません。

磁場の回転速度は磁石の回転速度と等しく、円筒の回転速度は非同期（非同期）であるため、通常は同期と呼ばれます。したがって、モーター自体は誘導モーターと呼ばれます...シリンダー（ローター）の回転速度は異なります 磁場の同期回転速度 少量の滑りを伴います。

n1 を通るローターの回転速度と、n を通るフィールドの回転速度を示します。スリップ率は次の式で計算できます。

s = (n — n1) / n。

上記の実験では、永久磁石の回転による回転磁場と、それによって引き起こされるシリンダーの回転を得ました。したがって、そのような装置はまだ電動モーターではありません。 電気 回転磁場を作成し、それを使用してローターを回転させます。この問題は、彼の時代に M. O. ドリヴォ＝ドブロヴォルスキーによって見事に解決されました。彼は、この目的のために三相電流を使用することを提案しました。

非同期電気モーターの装置 M. O. Dolivo-Dobrovolski

図 2. Dolivo-Dobrovolsky 非同期電動機の図

モーターステーターと呼ばれるリング状の鉄心の極には、互いに 120 °の角度で配置された 3 つの巻線、三相電流ネットワークが配置されます。

コアの内部には金属シリンダー、いわゆる電気モーターのローターがあります。

図に示すようにコイルが相互接続され、三相電流ネットワークに接続されている場合、3 つの極によって生成される磁束の合計が回転することがわかります。

図3にモータ巻線の電流変化と回転磁界の発生過程をグラフに示します。

このプロセスをさらに詳しく見てみましょう。

図 3. 回転磁場の取得

グラフの位置«A»では、第1相の電流はゼロ、第2相では負、第3相では正になります。ポールコイルには図の矢印の方向に電流が流れます。

右手の法則に従って、電流によって生成される磁束の方向を決定したら、S 極 (S) が 3 番目の巻線の内側の極端 (ローターに面する) に生成されるようにします。北極 (C) は 2 番目のコイルの極に作成されます。全磁束は、2 番目のコイルの極からローターを通って 3 番目のコイルの極に向けられます。

グラフの位置«B»では、第2相の電流はゼロ、第1相では正、第3相では負になります。極巻線を流れる電流により、最初の巻線の端に S 極 (S) が形成され、3 番目の巻線の端に N 極 (C) が形成されます。総磁束は、3 番目の極からローターを通って 1 番目の極に向けられます。つまり、極は 120 度移動します。

グラフの位置«B»では、第3相の電流はゼロ、第2相では正、第1相では負です。ここで、1 番目と 2 番目のコイルを流れる電流は、最初のコイルの磁極端に N 極 (C) を、2 番目のコイルの磁極端に S 極 (S) を生成します。 、全体の磁場の極性はさらに 120 ° シフトします。グラフ上の位置«G»では、磁場はさらに120°移動します。

したがって、固定子巻線 (極) の電流の方向が変化すると、総磁束の方向が変わります。

この場合、コイルの電流が 1 周期変化する間に、磁束は 1 回転します。回転する磁束がシリンダーを引きずるので、非同期電気モーターが得られます。

図 3 では固定子巻線がスター結線されていますが、デルタ結線されると回転磁界が形成されることを思い出してください。

2 相と 3 相の巻線を切り替えると、磁束の回転方向が逆転します。

固定子巻線を変更せずに、ネットワークの第 2 相の電流を固定子の第 3 相に流し、ネットワークの第 3 相を固定子の第 2 相に流すことで、同じ結果が得られます。

したがって、2相を切り替えることで磁界の回転方向を変えることができます。

3 つの固定子巻線を持つ誘導モーターを備えたデバイスを検討しました。この場合、回転磁界は双極性であり、1 秒あたりの回転数は 1 秒間の電流​​変化の周期数に等しくなります。

ステーターの円周上に6つのコイルを配置すると、回転磁界は4極になります... コイルが9つあれば、磁界は6極になります。

1 秒あたり 50 周期または 1 分あたり 3000 周期に等しい三相電流の周波数では、1 分あたりの回転磁界の回転数 n は次のようになります。

バイポーラステータの場合 n = (50 NS 60) / 1 = 3000 rpm、

4 極ステータの場合、n = (50 NS 60) / 2 = 1500 回転、

6 極ステータの場合、n = (50 NS 60) / 3 = 1000 ターン、

固定子極のペアの数が p に等しい場合: n = (f NS 60) / p、

そこで、磁界の回転速度と、その回転速度がモーターのステーターの巻線数に依存することを確認しました。

ご存知のとおり、モーターのローターは回転に少し遅れを生じます。

ただし、ローターラグは非常に小さいです。たとえば、エンジンがアイドリングしている場合、速度の差はわずか 3% ですが、負荷がかかっている場合は 5 ～ 7% です。したがって、負荷が変化したとき、誘導電動機の速度は非常に小さな範囲内で変化します。これが誘導電動機の利点の 1 つです。

ここで、非同期電気モーターのデバイスを考えてみましょう。

分解された非同期電気モーター: a) ステーター。 b) かご型ローター。 c) 実行段階のローター (1 - フレーム; 2 - 打ち抜き鋼板のコア; 3 - 巻線; 4 - シャフト; 5 - スライディングリング)

最新の非同期電気モーターのステーターには極が目立たず、ステーターの内面は完全に滑らかに作られています。

渦電流損失を低減するために、ステーター コアは薄い鋼板を打ち抜いて形成されています。 組み立てられたステータコアは鋼製のケーシング内に固定されます。

銅線のコイルが固定子のスロットに配置され、電気モーターの固定子の相巻線は「スター」または「デルタ」で接続され、巻線のすべての始点と終点が接続されます。ボディ - 特別な絶縁シールドに。このようなステータデバイスは、巻線をさまざまな標準電圧にオンにすることができるため、非常に便利です。

誘導モーターのローターは、ステーターと同様に、打ち抜き鋼板から組み立てられます。ローターの溝にはコイルが埋め込まれています。

回転子の設計に応じて、非同期電気モーターはかご型回転子モーターと位相回転子モーターに分類されます。

かご型回転子巻線は、回転子のスロットに挿入された銅棒でできています。ロッドの端は銅のリングで接続されています。これをかごローリングといいます。チャネル内の銅バーは絶縁されていないことに注意してください。

一部のエンジンでは、「かご」が鋳造ローターに置き換えられています。

非同期ローターモーター (スリップリング付き) は一般に高出力電気モーターで使用され、このような場合に使用されます。始動時に電動モーターに大きな力を発生させる必要がある場合。これは、相モーターの巻線が接続されているという事実によって実現されます。 始動調整器.

かご形誘導電動機は、次の 2 つの方法で試運転します。

1) 三相主電源電圧をモーターのステーターに直接接続します。この方法は最も簡単で最も一般的です。

2) 固定子巻線にかかる電圧を下げる。電圧は、たとえば固定子巻線をスター型からデルタ型に切り替えることによって低減されます。

ステーター巻線が「スター」接続されているときにモーターが始動し、ローターが通常の速度に達すると、ステーター巻線が「デルタ」接続に切り替わります。

モーターを始動するこの方法における供給線の電流は、「デルタ」で接続されたステーター巻線を使用してネットワークに直接接続してモーターを始動するときに発生する電流と比較して、3 倍減少します。ただし、この方法は、固定子が巻線がデルタ結線されているときに通常動作するように設計されている場合にのみ適しています。

最も単純で、安価で、最も信頼性の高いのは非同期かご型モーターですが、このモーターには始動力が低く、始動電流が高いといういくつかの欠点があります。これらの欠点は位相回転子を使用することでほとんど解消されますが、そのような回転子を使用するとモーターのコストが大幅に増加し、加減抵抗器の始動が必要になります。

非同期モーターの種類

非同期機の主なタイプは三相非同期モーターです。互いに 120 °の位置にある 3 つの固定子巻線を備えています。コイルはスター結線またはデルタ結線されており、三相交流によって電力が供給されます。

低電力モーターは、ほとんどの場合、二相として実装されます。三相モーターとは異なり、固定子巻線が 2 つあり、回転磁界 π/2 を生成するために電流をある角度でオフセットする必要があります。

巻線の電流の大きさが等しく、位相が90°ずれている場合、そのようなモーターの動作は三相の動作と何ら変わりません。ただし、2 つの固定子巻線を備えたこのようなモーターは、ほとんどの場合、単相ネットワークによって電力が供給され、通常はコンデンサーにより、90 ° に近い変位が人為的に作成されます。

単相モーターではステーターの 1 つの巻線のみが実質的に非アクティブであり、ローターが静止しているときは、モーター内に脈動磁界のみが生成され、トルクはゼロになります。確かに、そのような機械のローターが一定の速度まで回転すると、エンジンの機能を実行できます。

この場合、脈動磁場のみが存在しますが、それは不均等なトルクを生み出す前方と後方の 2 つの対称的な磁場で構成されます。モーターが大きくなり、周波数が高くなったローター電流によって生じるブレーキが少なくなります (逆同期に対するスリップ)。フィールドが 1 より大きい）。

上記に関連して、単相モーターには始動巻線として使用される 2 次巻線が供給されます。このコイルの回路には、電流の位相シフトを生成するためにコンデンサが含まれており、その容量は非常に大きくなる可能性があります (1 kW 未満のモータ出力で数十マイクロファラッド)。

制御システムは、エグゼクティブとも呼ばれる 2 相モーターを使用します。これらのモーターには、空間内で 90 度オフセットされた 2 つの固定子巻線があります。界磁巻線と呼ばれる巻線の 1 つは、50 または 400 Hz のネットワークに直接接続されています。 2 つ目は制御コイルとして使用されます。

回転磁界とそれに対応するトルクを生成するには、制御コイル内の電流を 90° に近い角度で変位させる必要があります。以下に示すように、モーター速度の調整は、このコイルの電流の値または位相を変更することによって行われます。その逆は、制御コイルの電流の位相を 180 度変化させる (コイルの切り替え) ことによって実現されます。

二相モーターはいくつかのバージョンで製造されています。

• かご型ローター付き、

• 中空の非磁性ローターを使用し、

• 中空磁気ローターを備えています。

リニアモーター

エンジンの回転運動を作業機械の並進運動に変換するには、ギア ラック、ネジなどの機械ユニットを使用する必要が常に伴います。条件付きでのみ - 動く器官として）。

この場合、エンジンが展開されていると言われます。リニアモーターのステーター巻線は容積モーターの場合と同じ方法で実行されますが、スライディングローターの最大の可能な動きの全長に沿って溝内にのみ配置する必要があります。通常、スライダーローターは短絡されており、機構の作動本体はそれと関節接続されています。当然のことながら、ステーターの端には、ローターが経路の動作限界から外れないようにストップがなければなりません。