Въведение в AC Motors

Rotating Field Simulation for Shaded Pole Induction Motor in 3D using COMSOL (Юли 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Въведение в AC Motors

Глава 13 - Асинхронни двигатели


След въвеждането на електроразпределителната система DC от Edison в Съединените щати, започна постепенният преход към по-икономичната AC система. Осветлението работи и при AC, както и при DC. Предаването на електрическа енергия покрива по-големи разстояния при по-малки загуби с променлив ток. Моторите обаче бяха проблем с променлив ток. Първоначално двигателите с променлив ток са конструирани като DC мотори. Бяха възникнали множество проблеми, дължащи се на промяната на магнитните полета, в сравнение със статичните полета в бобините на моторни двигатели с постоянен ток.

Електромоторна диаграма на електромотора.

Чарлз П. Стейнмет допринесе за решаването на тези проблеми с разследването на загубите от хистерезис в железните арматури. Никола Тесла си представил съвсем нов тип двигател, когато визуализирал въртяща се турбина, а не въртял с вода или пара, а с въртящо се магнитно поле. Неговият нов тип двигател, асинхронен двигател с променлив ток, е трудовата сила на индустрията до този момент. Неговата здравина и простота (Figabove) създават дълъг живот, висока надеждност и ниска поддръжка. И все пак малките четкови електродвигатели, подобни на DC, продължават да се използват в малки уреди заедно с малки индукционни двигатели Tesla. Над една конски сили (750 W), двигателят на Tesla е върховен.

Модерни твърди електронни схеми задвижват безчеткови DC мотори с AC вълни, генерирани от DC източник. Безчетковият DC мотор, всъщност мотор с променлив ток, замества конвенционалния мотор с постоянен ток в много приложения. И стъпковият мотор, цифровата версия на мотора, се задвижва от квадратни вълни с променлив ток, отново генерирани от схеми с твърдо състояние. Figureabove показва родословното дърво на AC двигателите, описано в тази глава.

Круизните кораби и други големи плавателни съдове заменят редукторни задвижващи валове с големи генератори и мотори с няколко мегавата. Такъв е случаят с дизело-електрически локомотиви в по-малък мащаб в продължение на много години.

Диаграма на нивото на двигателната система.

На нивото на системата (Фиг.) Моторът приема електрическа енергия по отношение на потенциалната разлика и потока на тока, превръщайки го в механична работа. Уви, електродвигателите не са 100% ефективни. Част от електрическата енергия се губи за загряване, друга форма на енергия, поради загуби от I 2 R в намотките на двигателя. Топлината е нежелан страничен продукт на преобразуването. Тя трябва да бъде извадена от двигателя и може да повлияе неблагоприятно на дълголетието. По този начин една от целите е да се постигне максимална ефективност на двигателя, като се намали загубата на топлина. АС двигателите също имат някои загуби, които не се срещат от постоянните електродвигатели: хистерезис и вихрови токове.

Ранните дизайнери на електродвигатели с променлив ток срещнаха проблеми, проследени до загуби, уникални за магнитните полета с променлив ток Тези проблеми са възникнали при адаптирането на DC двигателите към работа с променлив ток. Макар че няколко AC мотора днес носят някаква прилика с DC мотори, тези проблеми трябваше да бъдат решени преди AC двигатели от всякакъв вид могат да бъдат правилно проектирани, преди те да бъдат построени.

И двата ротора и статорните сърцевини на променливотокови двигатели се състоят от куп изолирани ламинации. Ламиниранията са покрити с изолационен лак, преди да се натрупват и болтват в крайната форма. Едишните токове са сведени до минимум чрез скъсване на потенциален проводящ контур в по-малки загубили сегменти. (Фигура долу) Текущите контури изглеждат като къси трансформаторни вторични завои. Тънките изолирани ламинации разкъсват тези бримки. Също така, силиконът (полупроводник), добавен към сплавта, използвана в ламарините, увеличава електрическото съпротивление, което намалява величината на вихрови токове.

Еди течения в железни ядра.

Ако ламарините са изработени от силициева сплав с ориентирана стомана, загубите от хистерезис се свеждат до минимум. Магнитната хистерезис е изостанало от силата на магнитното поле в сравнение с магнетизиращата сила. Ако мек железен пирон временно се магнитизира от соленоид, може да се очаква, че нокътът ще загуби магнитното поле, след като соленоидът бъде изключен. Остава обаче малко количество остатъчна магнетизация, B r поради хистерезис. (Фигура долу) Променлив ток трябва да изразходва енергия, Hc принудителната сила, за да преодолее тази остатъчна магнитизация, преди да може да магнетизира ядрото обратно до нула, да не говорим в обратната посока. Хистерезис загуба се среща всеки път, когато полярността на АС обръща. Загубата е пропорционална на зоната, затворена от хистерезисната линия на кривата на BH. "Меките" железни сплави имат по-ниски загуби от "твърдите" сплави от висококачествена въглеродна стомана. Силиконовата зърно ориентирана стомана, 4% силиций, валцована предимно за ориентация на зърното или кристалната структура, все още има по-ниски загуби.

Хистерезисни криви за сплави с ниска и висока загуба.

След като законите на Steinmetz за хистерезис могат да предскажат загубите от желязна сърцевина, беше възможно да се проектират електродвигатели с променлив ток, които се изпълняват по предназначение. Това беше подобно на това да можеш да проектираш мост преди време, който не би се сринал, след като всъщност беше построен. Това познаване на вихрови токове и хистерезис се прилага за първи път при изграждането на двигатели на AC комутатори, подобни на техните DC контрагенти. Днес това е малка категория AC мотори. Други са измислили нови типове двигатели за променлив ток, носещи малка прилика с техните родственици.