Asynkroninen kone
Epätahtikoneeseen , tunnetaan myös Englanti termi epätahtikoneen on sähkökone on AC ilman välisen yhteyden staattorin ja roottorin . Kuten muutkin sähkökoneet ( tasavirtakone , synkronikone ), asynkroninen kone on sähkömekaaninen muunnin, joka perustuu sähkömagnetismiin, mikä mahdollistaa kaksisuuntaisen tehonmuunnoksen sähkövirran (tässä AC ) kulkeman sähkölaitteen ja mekaanisen laitteen välillä.
Tämä kone on käännettävä ja voi käyttäytyä energialähteestä riippuen joko "moottorina" tai "generaattorina" vääntömomentin nopeussuunnitelman neljässä neljänneksessä :
- in " moottori " toiminta, kaksi kvadranteissa vääntömomentin-nopeus tasossa, sähköenergia syötetään lähde muuttuu mekaaniseksi energiaksi kuormaan päin;
- "generaattorikäytössä" kahdessa muussa kvadrantissa kuorman mekaaninen energia muuttuu sähköenergiaksi lähdettä kohti (kone käyttäytyy jarruna).
Koska tämä toimenpide on keskeytymätön ja ei riipu itse koneesta vaan virtalähteestä / koneesta / kuormituksesta , moottori / generaattori erotetaan "yleisesti" suhteessa koneen käyttötarkoitukseen. Siten tavallisessa kielessä "asynkronimoottorin" käyttö tämän koneen osoittamiseen on yleistä.
Koneet, joissa on "oravahäkki" -roottori, tunnetaan myös häkkikoneina tai oravahäkkikoneina. Termi asynkroninen tulee siitä, että nopeus roottorin näiden koneiden ei määritellään tarkasti taajuus ja virtojen , jotka ylittävät niiden staattori (katso: " Yleiset periaatteet - Liukuma epätahtikoneen ").
Epätahtikone on pitkään ollut kova kilpailu kanssa tahtikoneen high power field, kunnes kynnyksellä tehoelektroniikan . Sitä käytetään monissa sovelluksissa, erityisesti liikenteessä (metro, junat, alusten työntövoima, sähköautot), teollisuudessa ( työstökoneet ), kodinkoneissa . Sitä käytettiin alun perin vain "moottorina", mutta silti tehoelektroniikan ansiosta sitä käytetään yhä useammin "generaattorina" esimerkiksi tuuliturbiinissa .
Toimimaan yhden vaiheen virta , epätahtikoneiden vaativat käynnistysjärjestelmä. Muutaman kilowatin ylittävissä tehosovelluksissa asynkronisia koneita toimitetaan vain kolmivaiheisilla virralla .
Historiallinen
Asynkronisen koneen tekijyys on kiistanalainen. Se voidaan liittää kolmeen keksijään:
- vuonna 1887 , Nikola Tesla haki patenttia asynkronikone sitten toukokuussa seuraavan vuoden viisi muuta patenttia;
- saman ajanjakson aikana Galileo Ferraris julkaisi traktoreita pyörivistä koneista, vuonna 1885 tehdyllä kokeella , sitten teorian asynkronisesta koneestaHuhtikuu 1888 ;
- vuonna 1889 , Mikhail Dolivo-Dobrovolski , saksalainen sähköasentaja Venäjän alkuperää, keksi ensimmäisen kolmivaiheisen oikosulkumoottorin epätahtikoneen rakennetaan teollisesti 1891 .
Rakennuksen, käytön ja huollon yksinkertaisuuden, kestävyyden ja edullisen hinnan vuoksi asynkronista konetta käytetään nykyään hyvin yleisesti moottorina tehoalueella, joka vaihtelee muutamasta sadasta watista useisiin tuhansiin kilowateihin.
Kun asynkronista konetta toimittaa kiinteä taajuusverkko, sen nopeutta on vaikea muuttaa. Lisäksi käynnistettäessä vääntömomentti on pieni ja käytetty virta on erittäin suuri. Kaksi historiallista ratkaisua on ratkaissut tämän viimeisen ongelman: roottori syvillä aukoilla ja kaksoisrakenteinen roottori, jonka Paul Boucherot kehitti vuonna 1912 .
Tehoelektroniikan kehityksen ansiosta vaihtelevan taajuusmuuttajan virtalähde antaa koneen käynnistää kunnolla ja käyttää säädettävällä nopeudella laajalla alueella. Siksi sitä käytetään TGV DASYE -moottoreiden sekä metrojunien , kuten MP 89 , tai TER- tai RER-tyyppisten junien, kuten AGC ja Z 50000, moottorointiin .
-
Asynkronisessa koneessa kaksivaiheinen , A. Alioth et Cie , n: o 1042-1891.
-
Staattori, 4 paria napoja.
Kaksi liitäntälohkoa.
-
Roottori, häkki, joka koostuu oikosulkuisten eristettyjen kuparilankojen käämeistä. Lovet ovat hieman kallistuneet.
Esitys
Kone koostuu kahdesta pääosasta:
- staattori on osa rakennettu ferromagneettista materiaalia , toimii tukena ja mahdollistaa magneettikentän kulkea helposti sen läpi, johon on lisätty kupari (tai alumiini) käämi on kytketty verkkoon tai on taajuusmuuttaja , joka luo staattorin magneettisen kenttä;
- roottori on sylinteri on valmistettu ferromagneettisesta materiaalista, joka sallii magneettikentän sen läpi helposti liittää staattorin laakerit . Se käsittää käämin, joka koostuu kupari- tai alumiinijohtimista, oikosulussa, jonka läpi kulkevat staattorin virtojen luoman magneettikentän aiheuttamat virrat. Tämä on tärkein ero synkroniseen koneeseen , jossa roottori on magneettikentällä pysyvistä magneeteista tai keloista, jotka apujärjestelmä syöttää tasavirralla.
Tämä kone voidaan toimittaa rakenteeltaan riippuen yksivaiheinen tai monivaiheinen verkko (yleensä kolmivaiheinen, koska se on jakeluverkko).
Asynkroninen kone on yleisimmin käytetty sähkökone muutamaa kilowattia suuremmalla teholla, koska se tarjoaa tällöin parhaan vastineen rahalle, varsinkin kun 1970-luvulla ilmestyivät variaattorit, jotka mahdollistivat moottorin pyörimisen taajuuden muuttamisen. kone laajalla valikoimalla.
Vaikka asynkronista konetta voidaan kääntää, sitä käytetään pääasiassa moottorina (mutta ei yksinomaan, erityisesti tuuliturbiinien tapauksessa).
Yleiset periaatteet
Staattorin virrat muodostavat staattoriin pyörivän magneettikentän . Tämän kentän pyörimistaajuuden määrää staattorin virtojen taajuus, ts. Että sen pyörimisnopeus on verrannollinen virtalähteen taajuuteen. Tämän pyörivän kentän nopeutta kutsutaan synkronoinnin nopeudeksi .
Roottorin käämitys altistuu siten (magneettikentän) vuon vaihteluille. Indusoitu sähkömotorinen voima tulee näkyviin, ja luo roottorin virrat. Nämä virrat ovat vastuussa vääntömomentista, joka pyrkii asettamaan roottorin liikkeelle voidakseen vastustaa vuon vaihtelua: Lenz-Faradayn laki . Siksi roottori alkaa pyöriä yrittäessään seurata staattorikenttää.
Koneen sanotaan olevan asynkroninen, koska ilman ulkoisen aseman läsnäoloa on mahdotonta saavuttaa sama nopeus kuin staattorikentällä. Itse asiassa tässä tapauksessa, roottorin vertailukehyksessä nähden, magneettikentässä ei olisi mitään vaihtelua; virrat peruuttaisivat toisensa, samoin kuin niiden tuottama vääntömomentti, eikä konetta enää ajettaisi. Roottorin ja staattorikentän välistä nopeuseroa kutsutaan liukumisnopeudeksi .
Kun sitä ajetaan synkronointinopeuden - hypersynkronisen toiminnan - ulkopuolella, kone toimii vaihtovirta-generaattorina. Mutta sen staattorin on välttämättä oltava kytketty verkkoon, koska se yksin voi luoda magneettikentän, joka on välttämätön roottorivirtausten näyttämiseksi.
Toiminta erillisenä vaihtovirtageneraattorina on kuitenkin mahdollista käyttämällä staattoriin kytkettyjä kondensaattoreita edellyttäen, että jäljellä on magneettikenttä. Löydämme saman ongelman, kun yritämme käyttää tasavirtakoneita sarjaherätyksellä generaattorina. Jos tämä ei onnistu , virrankäyttöiset elektroniset laitteet ja akku mahdollistavat toiminnan aloittamisen itsenäisenä generaattorina. Tämä ratkaisu on toteutettu tuottamaan sähköä tuuliturbiinien tai generaattoreiden avulla , joka koostuu generaattorista , joka on kytketty polttomoottoriin .
Asynkronisen koneen liukuminen
Slip on määrä, joka selittää eron asynkronisen koneen pyörimisnopeudessa sen staattorikentän pyörimisnopeuteen nähden. Nopeuden on oltava erilainen, jotta tämän tyyppinen kone toimisi, koska roottorin ja staattorikentän välinen siirtymä aiheuttaa roottoriin indusoitujen virtojen, roottorikentän muodostavien virtojen, ulkonäön. On kuitenkin mahdollista esimerkiksi suorittaa mittauksia, jotka mahdollistavat koneen ominaisuuksien tunnistamisen ( synkronointitesti ), saavuttaa synkronointinopeus käyttämällä laitetta, joka käsittää ainakin toisen koneen (esimerkiksi synkronikone, jota käytetään moottori), joka varmistaa pyörimisen ylläpitämiseksi tarvittavan vääntömomentin.
Käytön aikana luisto on aina pieni, muutaman prosentin luokkaa: suurimpien koneiden 2 prosentista pieniin kolmivaiheisiin koneisiin 6 tai 7 prosenttiin pienillä yksivaiheisilla koneilla. Roottorin Joule-vaikutuksen aiheuttamat häviöt ovat suhteessa luistoon, joten laadukkaan koneen on toimittava matalalla luistolla.
- Me ilmi pyörimisnopeutta staattorin kentän koneessa.eis{\ displaystyle n_ {s}}
![n_ {s}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f2afd2ff139352655272d7a576e8d614d05ceb63)
- Me ilmi pyörimisnopeus koneen.ei{\ displaystyle n}
![ei](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a601995d55609f2d9f5e233e36fbe9ea26011b3b)
Synkronointitaajuus on aina kokonaisluku virtalähteen taajuus:
- 50 Hz: n taajuudella se on 3 000 rpm : n alikerroin , ts. 3000; 1500; 1000; 750 jne.
- 60 Hz: ssä se on 3600 rpm : n alikerroin , ts.: 3600; 1800; 1 200; 900 jne.
Toisin sanoen koneen napaparien lukumäärä ja syöttötaajuus. Meillä on :
s{\ displaystyle p}
f{\ displaystyle f}![f](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/132e57acb643253e7810ee9702d9581f159a1c61)
eis=fs{\ displaystyle n_ {s} = {\ frac {f} {p}}}![n_ {s} = {\ frac {f} {p}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/787e14a3570e0ac595f22f3d1a16d11881737c42)
rpm tai rpm.
eis=60fs{\ displaystyle n_ {s} = {\ frac {60f} {p}}}![n_ {s} = {\ frac {60f} {p}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/27a1ad5d3386f98f0eb47995968f8391ce67e8f5)
Slip vastaa välisen nopeuseron roottorin ja staattorin kenttä ilmaistuna prosentteina pyörimistaajuus.
eis-ei=g⋅eis{\ displaystyle n_ {s} -n = g \ cdot n_ {s}}![n_ {s} -n = g \ cdot n_ {s}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a0dd1dbea4b3a9f0eefcd635509c718d78d4d972)
, tuo on
g=eis-eieis{\ displaystyle g = {\ frac {n_ {s} -n} {n_ {s}}}}
Liukuma voidaan laskea myös kulmanopeuksista
g=ωs-ωωs{\ displaystyle g = {\ frac {\ omega _ {s} - \ omega} {\ omega _ {s}}}}![g = {\ frac {\ omega _ {s} - \ omega} {\ omega _ {s}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4e923e85aed6e1a55f074d02335d8680cbd39441)
kanssa :
-
ωs{\ displaystyle \ omega _ {s}}
kulmanopeus synkronisesti staattorin kentän kone.
-
ω{\ displaystyle \ omega}
kulmanopeus kierto koneen.
Asynkronisen koneen tyyppikilpi
Esimerkki teollisen kolmivaiheisen asynkronisen koneen tyyppikilvestä:
Sana 3 ~ 50/60 Hz
|
IEC34
|
IP55
|
---|
MT90L24-4
|
|
|
1,5 / 1,75 k W
|
|
1420/1710 rpm
|
380-420 / 440-480 V - Y
|
|
3,7 / 3,6 A
|
220-240 / 250-280 V - Δ
|
|
6,4 / 6,3 A
|
|
|
cos φ = 0,75 / 0,78
|
- Joko meillä on kolmannen linjan jännitearvoja vastaava syöttöverkko ja meidän on suoritettava tähtikytkentä, jota symboloi Y (yleisin tapaus), tai meillä on syöttöverkko, joka vastaa neljännen jännitteen arvoja on suoritettava linja ja kolmiokytkentä, jota symboloi Δ . Samalla rivillä tyyppikilpi osoittaa jokaiselle kytkimelle linjan virran voimakkuuden arvon, joka absorboidaan nimellisnopeudella.
- Toimitettujen sähkömäärien avulla: vaihe-vaihe-jännitteet, linjavirran voimakkuudet ja tehokerroin, on mahdollista laskea absorboitu aktiivinen teho ja päätellä nimellisnopeudella toimivan koneen tehokkuus.
Yhdessä vaiheessa:
PVastaanottaja= UMinä⋅cosφ{\ displaystyle P_ {a} = \ UI \ cdot \ cos \ varphi \,}![P_ {a} = \ UI \ cdot \ cos \ varphi \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/713e742cf495565c60bba32f9a5aeed9bff955bd)
Kolmivaiheinen:
PVastaanottaja=3⋅UMinä⋅cosφ{\ displaystyle P_ {a} = {\ sqrt {3}} \ cdot UI \ cdot \ cos \ varphi \,}![P_ {a} = {\ sqrt {3}} \ cdot UI \ cdot \ cos \ varphi \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4a56a80620c12754a7988718cf686b94bd67dd5b)
Tuotto:
η=PuPVastaanottaja{\ displaystyle \ eta = {\ frac {P_ {u}} {P_ {a}}} \,}![\ eta = {\ frac {P_ {u}} {P_ {a}}} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a914e85b18a7516d44d51251489f919c5f892f70)
Nopeuden variaattori
Taajuusmuuttaja on sähkötekninen laite, joka toimittaa sähkökoneen siten, että se voi muuttaa nopeuttaan jatkuvasti pysähdyksistä nimellisnopeuteensa. Nopeus voi olla verrannollinen potentiometrin tai ulkoisen ohjauksen antamaan analogiseen arvoon: analoginen tai digitaalinen ohjaussignaali, joka tulee ohjausyksiköstä. Taajuusmuuttaja koostuu tasasuuntaajasta ja invertteristä . Tasasuuntaajan avulla on mahdollista saada lähes jatkuva virta. Tästä tasavirrasta taajuusmuuttaja (hyvin usein pulssinleveysmodulaatiolla tai PWM: llä ) mahdollistaa kolmivaiheisen järjestelmän vaihtojännitteiden luomisen, joiden tehollisarvo ja taajuus voivat vaihdella.
Jännitteen perustason tehollisen arvon ja taajuuden (U 1 / f) välisen suhteen pitäminen vakiona mahdollistaa koneessa pysyvän pyörivän vuon , suurimman vääntömomentin vakion ja siten pitää arvon yhdistävän toiminnon vakiona vääntömomentin funktiona ( n s - n ) (katso alla oleva § 3-4-2-1).
Aloittaa
Asynkronista konetta käynnistettäessä käynnistysvirta voi saavuttaa useita kertoja koneen nimellisvirran. Jos sovellus käyttää taajuusmuuttajaa tai käynnistintä , jälkimmäinen sovittaa koneeseen kohdistetut jännitteet tämän virran rajoittamiseksi. Ilman vaihtuvanopeuksista käyttölaitetta on olemassa useita tapoja rajoittaa käynnistysvirtaa. Ne on kehitetty ennen tehoelektroniikan ilmestymistä, mutta niitä käytetään edelleen nykyään vanhoissa asennuksissa tai kustannussäästötoimenpiteenä sovelluksiin, jotka eivät vaadi muuta asemaa kuin käynnistys.
Pienempi jännitteen käynnistys
Useat laitteet mahdollistavat staattorin käämien napojen jännitteen pienentämisen koneen käynnistyksen aikana, mikä on tapa rajoittaa käynnistysvirran voimakkuutta. Haittapuolena on, että myös moottorin vääntömomentti pienenee ja tämä lisää aikaa, jonka ennen kone saavuttaa vakaan tilan.
Tähti-delta alkaa
Tähtikolmiokäynnistyksen aikana kone kytketään ensin verkkoon tähtikytkennällä, sitten kun se on käynnistetty, se siirtyy kolmiokytkentään. Tähtikytkennästä alkaen jaettu jännite. Siten suurin absorboitu virta on kolme kertaa pienempi kuin aloitettaessa suoraan delta-liitännällä. Käynnistysmomentti on myös kolme kertaa pienempi kuin kolmiokäynnistyksen aikana. Ylivirta aikana tähti-delta siirtyminen on vähemmän kuin käynnistysvirta on alun suoritetaan suoraan delta.
3{\ displaystyle {\ sqrt {3}}}![{\ sqrt {3}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3b19c09494138b5082459afac7f9a8d99c546fcd)
Suoritetaan yksinkertaisesti kontaktoreilla, tämä käynnistystapa on erittäin taloudellinen.
Automaattinen muuntaja käynnistyy
Tässä käynnistystilassa asynkronisen koneen staattori on kytketty automaattiseen muuntajaan, joka sallii käynnistämisen vaihtelevalla jännitteellä. Jännitettä lisätään vähitellen, virran voimakkuus ei ylitä haluttua maksimiarvoa. Tämä voidaan saavuttaa kytkemällä autotransformaattorin käämit.
Resistiivinen alku
Resistiivisen käynnistyksen aikana vastukset työnnetään sarjaan staattorin käämien kanssa, mikä rajoittaa niiden liittimien jännitettä. Käynnistyksen jälkeen nämä vastukset ovat oikosulussa. Tämä operaatio voidaan suorittaa asteittain operaattorin käyttämällä lähtöaineina reostaattien .
Alkaen nimellisjännitteestä
Roottorin käynnistys
Roottorin käynnistyksen aikana tehovastukset asetetaan sarjaan roottorin käämien kanssa. Tämän tyyppinen käynnistys mahdollistaa suuren käynnistysmomentin pienemmillä käynnistysvirroilla, mutta se voidaan toteuttaa vain koneilla, joissa on käämitty roottori, jossa on liukukoskettimet ( renkaat ja harjat), jotka mahdollistavat käämien sähköliitännät. Nämä koneet maksavat enemmän kuin heidän niin sanotut oravanhäkkinsä.
Boucherot-tyyppinen α-kone
Boucherot-tyyppisillä α-koneilla on erityispiirteet staattorin jakamiseen kahteen osaan. Yksi staattoreista on kiinteä, toinen voi kääntyä napa-askelella. Roottorin toisaalta keskellä on erittäin resistiivinen rengas. Käynnistys tapahtuu seuraavasti: Ensinnäkin kahta staattoria siirretään napa-askelella. Kunkin staattorin synnyttämät indusoidut virrat ovat vastakkaisiin suuntiin, ja siksi ne on kierretty takaisin erittäin roottorin renkaan keskelle. Käynnistyksen aikana liikkuvaa puolikoneita siirretään niin, että sen aiheuttamat indusoidut virrat ovat samassa suunnassa kuin paikallaan olevan koneen. Loppujen lopuksi kahden puolistaattorin luomat virrat ovat samassa suunnassa eivätkä enää kulje erittäin resistiivisen renkaan läpi.
Tämän tyyppistä laitetta, vaikka se sallii roottorin vastuksen muuttamisen tarvitsematta turvautua haavoitettuun roottoriin, ei kuitenkaan enää käytetä sen monimutkaisuuden vuoksi.
Jarrutus
On olemassa erilaisia jarrutuksia.
-
Vapaakytkin: (staattorin jännitteensyöttö).
-
Hallittu pysäytys: staattorin jännite vähennetään asteittain nollajännitteeksi.
-
Hypersynkroninen jarrutus : kun roottorin nopeus on suurempi kuin pyörivän kentän nopeus, moottori jarruttaa. Yhdessä taajuusmuuttajan kanssa, joka vähentää asteittain nopeutta, kone voidaan pysäyttää. Jarrutusmomentti on korkea sillä ehdolla, että generoidaan generaattorin toiminnan optimaalista luistoarvoa vastaava kenttä (katso asynkronisen koneen kolme toiminta-aluetta ) ja pidetään hidastuvuutta tällä alueella, kunnes se pysähtyy kokonaan. Tämä menetelmä on erityisen tehokas asynkronisen koneen jarruttamiseksi nopeasti ilman ylimääräisiä mekaanisia laitteita.
-
DC-injektion pysäytys: Staattorin tasavirtalähde luo koneeseen kiinteän kentän, joka vastustaa liikettä. Tämä ei ole tehokkain tapa koneen jarruttamiseen (käyttö koukkujen ulkopuolisella generaattorilla), ja myös nykyiset rajoitteet ovat erittäin vakavia. Tasavirran voimakkuuden säätäminen mahdollistaa jarrutuksen hallinnan.
-
Vastavirran pysäytys: Periaate koostuu kahden vaiheen kääntämisestä lyhyeksi ajaksi. Tämä vastaa siis hypersynkronista jarrutusta kiinteällä taajuudella ja huonosti hallittua. Resistiivinen vääntömomentti on pieni ja virrankulutus on myös erittäin suuri (luokkaa 10-12 kertaa nimellisvirta). Seurauksena on, että koneen käämit voivat ylikuumentua: on suositeltavaa antaa lisävastuksia voimakkuuden vähentämiseksi. Lopuksi tällä menetelmällä jarrutusmomentti pysyy negatiivisena koko jarrutusvaiheen ajan, joten virransyöttö on katkaistava, kun nopeus ylittää nollan (aikaviive, keskipakokosketin), muuten kierto muuttuu päinvastaiseksi.
-
Mekaaninen jarrutus sähköjarrulla : tämä järjestelmä koostuu levyjarrusta, joka on integroitu asynkronisen koneen akselin kanssa ja jonka leuat, joita alun perin kiristetään ilman jännitettä, ohjataan sähkömagneetilla . Kun sähkömagneetti on kytketty virtalähteeseen, leuat irtoavat vapaan pyörimisen jälkeen. Virtalähteen katkaisu aiheuttaa jarrutuksen. Tämä laite, jota kutsutaan myös sähkökatkojarruksi, toimitetaan usein hätäpysäytyslaitteena.
Sovellukset
Kolmivaiheinen asynkroninen kone
Perustuslaki
Staattorin toteutus
Se koostuu lovetusta ferromagneettisesta sylinteristä, jonka avulla käämit voidaan sijoittaa sinne. Tämä sylinteri koostuu arkkien pino laminoidaan levyjen rajoittamiseksi pyörrevirtoja .
On yleinen käytäntö antaa lisäsuojaa epänormaali lämmitys käämien asettamalla joko lämpö- katkaisija tai lämpötila- anturi ytimessä käämien, ja jotta leikata virransyöttö, jos määritetty kynnys ylitetään. Lämpötila.
Koneen liittämiseksi verkkoon kaikki liitännät on ryhmitelty laatikkoon, jota yleensä sähköasentajat kutsuvat , päätelevyksi. Staattorikäämeitä varten on siis kuusi liitäntää, mahdollisesti myös lämpötila-anturin liitännät.
-
Kolmivaiheisen koneen staattori
-
Laminoitu staattori ilman käämiä
-
Kolmivaiheisen koneen kytkentäkaavio
Roottorin toteutus
Voimme erottaa neljä roottorityyppiä:
- Häkki: (roottori oikosulussa ): tämä on yleisin. Tämän tyyppisen roottorin keksi Michail Ossipowitsch Doliwo-Dobrowolski 1890-luvun alussa. Nämä roottorit koostuvat ferromagneettisista levyistä ja johtavista tankoista, jotka ovat säännöllisesti jakautuneet roottorin kehälle. Tangot on kytketty toisiinsa kahdella oikosulkurenkaalla (katso vastakkaiset kuvat). Ferromagneettisia levyjä käytetään kenttäviivojen ohjaamiseen samalla kun tangot vastaanottavat indusoidut virrat. Pienitehoisissa koneissa roottorit on valmistettu toisistaan leikattujen ja eristettyjen levyjen pinosta (laminointi), joihin ruiskutetaan johtavaa materiaalia niin, että ne muodostavat tangot ja oikosulkurenkaat. Suuren tehon koneita, tangot työnnetään roottorin sitten oikosulkurenkaat on hitsattu tai juotettu tankoihin. Muodostavan materiaalin tangot ja oikosulkurenkaat on yleensä alumiini-pohjainen metalliseos , mutta voi myös tavata kuparia tai messinkiä . Yleensä tangot ovat hieman kallistuneet roottorin akselia pitkin siten, että staattorivaiheen alla olevien tankojen määrä on vakio roottorin asennosta riippumatta. Tämän menetelmän avulla voidaan vähentää magneettipiirin haluttomuuden vaihtelua roottorin pyörimisen aikana (tai "lovi-ilmiötä") ja siten vähentää vääntömomentin värähtelyjä. Juuri tämä lovien kaltevuus antaa tangoille ja oikosulkurenkaille muodonmuutoksen oravan häkissä.
- Kaksoishäkki: roottori on rakennettu yhden häkkiroottorin periaatteen mukaisesti, mutta kahdella sähköisesti itsenäisellä kotelolla. Roottorin kehällä oleva ulompi häkki on valmistettu resistiivisistä materiaaleista (messinki, pronssi) ja siinä on matala magneettinen dispersio. Sisäisellä kuparihäkillä on pienempi resistiivisyys ja suuri magneettinen dispersio. Ulompi häkki, joka on erityisen aktiivinen käynnistyksen yhteydessä, mahdollistaa suuremman vääntömomentin saavuttamisen tässä toimintavaiheessa, kun taas nimellisnopeudella sisäinen häkki mahdollistaa yhden kotelon roottorin ominaisuuksien löytämisen.
- Kaksinkertainen lovi tai syvä lovi: Nämä ovat häkkiroottorit, jotka käyttävät johtimien ihovaikutusta vaihtamaan roottorin vastusta koneen toimintanopeuden mukaan. Ihovaikutus on sähkömagneettinen ilmiö, mikä tarkoittaa, että mitä enemmän virtojen taajuus kasvaa, sitä enemmän virta pyrkii kiertämään vain johtimien pinnalla. Siten käynnistettäessä roottorin virtataajuus on yhtä suuri kuin virtalähde ja virta käyttää vain tangon yläosaa. Sitten roottorin pyörimisnopeuden kasvaessa roottorivirtausten taajuus pienenee ja virta käyttää yhä suurempaa tankojen aluetta. Nämä roottorin topologiat mahdollistavat suuremman vääntömomentin aloittamisen, kun kone toimitetaan kiinteästä jännitelähteestä (ilman käyttölaitetta).
- Rengas: rengaskoneen roottori koostuu kolmesta kelasta (kutsutaan myös haavaroottoriksi). Jokainen kela on kytketty renkaaseen . Renkaat mahdollistavat sähköliitännän roottorin keloihin. Tämän tyyppinen roottori on suunniteltu siten, että roottorin vastusta voidaan muuttaa asettamalla vastukset sarjaan kelojen kanssa roottorin käynnistymisen saavuttamiseksi . Tämä laite salli sitten nopeuden vaihtelun hyväksyttävällä tehokkuudella prosessilla, jota kutsutaan hyposynkroniseksi kaskadiksi . Korkeat kustannukset ja taajuusmuuttajien ulkonäkö ovat tehneet tämän tyyppisestä koneesta vanhentuneen.
-
Oravan häkkiroottorin rakenne
-
Oravan häkkiroottori
-
Poikkileikkaus syvällä lovella varustetusta roottorista
-
Kaksikerroksisen häkin tuotantoon käytetty pelti]
Mallinnus ja yhtälö
Käytetty menetelmä
Tietyllä kuormalla sekä jännitteistä ja impedansseista on erittäin vaikea laskea koneen virrat ja päätellä niistä vääntömomentti ja pyörimistaajuus.
Kuten sanomalehdissä löydetyissä labyrinteissä, on helpompi aloittaa tavoiteltavasta tavoitteesta ja mennä ylös kohti alkua. Siksi katsomme, että tunnemme virrat. Staattorin ja roottorin virtojen ilmaisusta päätellään niiden tuottaman magneettikentän virtaukset. Tietäen virrat ja virtaukset kirjoitetaan jännitteiden ilmaisu soveltamalla Ohmin lakia ja Faradayn lakia, sitten tunnistetaan.
Merkinnät
Koneella katsotaan olevan yksi napapari.
- Kaikki staattorimäärät tunnistetaan joko indeksillä S tai isoilla kirjaimilla.
- Kaikki roottorin määrät tunnistetaan joko indeksillä r tai pienillä indekseillä.
kulma vastaa staattorin ja roottorin välistä kulmaesiirtoa. Meillä on :
θ(t)=Ωm.t{\ displaystyle \ theta (t) = \ Omega _ {m} .t \,}![\ theta (t) = \ Omega _ {m} .t \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ca5fa0ea7c761c99c794a906292707c1ecd39ebb)
- koneen mekaaninen kulmanopeus on Ωm=(1-g).ωS{\ displaystyle \ Omega _ {m} = (1-g). \ omega _ {S} \,}
Oletukset:
Sen magneettipiiri on homogeeninen ja tyydyttymätön. Sen eri induktanssit ovat vakioita. Se on myös täysin tasapainoinen:
- virrat staattorin kolmen vaiheella on sama tehollinen arvo I S .
- kolmen roottorivaiheen virroilla on sama tehollisarvo I r .
Virrat
Staattorissa
Korjaamme aikojen alkuperän, jotta voimme kirjoittaa:
iTO(t)=MinäS2.cosaS{\ displaystyle i_ {A} (t) = I_ {S} {\ sqrt {2}}. \ cos \ alpha _ {S} \,}![i_ {A} (t) = I_ {S} {\ sqrt {2}}. \ cos \ alpha _ {S} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/61d475189ef51d382bd3b8830708e10d85971ad4)
Johdetaan staattorin kahden muun vaiheen virrat:
iB(t)=MinäS2.cos(aS-2π3){\ displaystyle i_ {B} (t) = I_ {S} {\ sqrt {2}}. \ cos \ vasen (\ alpha _ {S} - {\ frac {2 \ pi} {3}} \ oikea) \,}
iVS(t)=MinäS2.cos(aS+2π3){\ displaystyle i_ {C} (t) = I_ {S} {\ sqrt {2}}. \ cos \ vasen (\ alpha _ {S} + {\ frac {2 \ pi} {3}} \ oikea) \,}
Jossa :, ja : tykytys staattorivirroista.
aS=ωS.t{\ displaystyle \ alpha _ {S} = \ omega _ {S} .t \,}
ωS{\ displaystyle \ omega _ {S} \,}![\ omega _ {S} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/905cbc344b9115cdf2c529697f8cf9b6f67c54d4)
Roottoriin
iVastaanottaja(t)=Minär2.cosar{\ displaystyle i_ {a} (t) = I_ {r} {\ sqrt {2}}. \ cos \ alpha _ {r} \,}
ib(t)=Minär2.cos(ar-2π3){\ displaystyle i_ {b} (t) = I_ {r} {\ sqrt {2}}. \ cos \ vasen (\ alpha _ {r} - {\ frac {2 \ pi} {3}} \ oikea) \,}
ivs.(t)=Minär2.cos(ar+2π3){\ displaystyle i_ {c} (t) = I_ {r} {\ sqrt {2}}. \ cos \ vasen (\ alpha _ {r} + {\ frac {2 \ pi} {3}} \ oikea) \,}
Kun: , : roottorin virtojen syke ja = vaihe alkupisteessä, siis muuttuu, koska aikojen alkupiste on vahvistettu .
ar=(ωr.t-a){\ displaystyle \ alpha _ {r} = (\ omega _ {r} .t- \ alpha) \,}
ωr=g.ωS{\ displaystyle \ omega _ {r} = g. \ omega _ {S} \,}
a{\ displaystyle \ alfa \,}
iVastaanottaja{\ displaystyle i_ {a} \,}
iTO{\ displaystyle i_ {A} \,}![i_ {A} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b511261e159011e36a221c6adac91e2c614311a0)
Virrat
Arviot:
-
THES;THEr{\ displaystyle L_ {S}; L_ {r} \,}
: Erityiset induktiokeloja on staattorikäämityksen; roottorin käämitys.
-
MS;Mr{\ displaystyle M_ {S}; M_ {r} \,}
: Kahden staattorikäämityksen välinen induktanssi; kahden roottorikäämityksen välillä.
-
MrS{\ displaystyle M_ {rS} \,}
: Roottorin käämityksen ja staattorin keskinäisen induktanssin suurin arvo (vastaa asentoa, jonka θ = 0 ± 2π / 3.
Virtaus staattorin käämityksen läpi
Staattorin vaiheen A läpi kulkeva virtaus on:
ΦTO=(THES-MS)iTO+32MrSMinär2cos(ωS.t-a){\ displaystyle \ Phi _ {A} = (L_ {S} -M_ {S}) i_ {A} + {\ frac {3} {2}} M_ {rS} I_ {r} {\ sqrt {2} } \ cos (\ omega _ {S} .t- \ alfa) \,}![\ Phi _ {A} = (L_ {S} -M_ {S}) i_ {A} + {\ frac {3} {2}} M_ {rS} I_ {r} {\ sqrt {2}} \ cos (\ omega _ {S} .t- \ alfa) \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e2651395c30278cce5facbe8c068a392f32a4747)
Laskutiedot
ΦTO=THESiTO+MSiB+MSiVS+MrScosθ⋅iVastaanottaja+MrScos(θ+2π3)⋅ib+MrScos(θ-2π3)⋅ivs.{\ displaystyle \ Phi _ {A} = L_ {S} i_ {A} + M_ {S} i_ {B} + M_ {S} i_ {C} + M_ {rS} \ cos \ theta \ cdot i_ {a } + M_ {rS} \ cos \ vasen (\ theta + {\ frac {2 \ pi} {3}} \ oikea) \ cdot i_ {b} + M_ {rS} \ cos \ vasen (\ theta - {\ frac {2 \ pi} {3}} \ right) \ cdot i_ {c} \,}![\ Phi _ {A} = L_ {S} i_ {A} + M_ {S} i_ {B} + M_ {S} i_ {C} + M_ {rS} \ cos \ theta \ cdot i_ {a} + M_ {rS} \ cos \ vasen (\ theta + {\ frac {2 \ pi} {3}} \ oikea) \ cdot i_ {b} + M_ {rS} \ cos \ vasen (\ theta - {\ frac {2 \ pi} {3}} \ oikea) \ cdot i_ {c} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/911558cf6043ddc9f6ac41558d591a7a28578138)
Emme muuta mitään tähän lausekkeeseen lisäämällä: MSiTO-MSiTO{\ displaystyle M_ {S} i_ {A} -M_ {S} i_ {A} \,}
ΦTO=(THES-MS)iTO+MS(iTO+iB+iVS)+MrScosθ⋅iVastaanottaja+MrScos(θ+2π3)⋅ib+MrScos(θ-2π3)⋅ivs.{\ displaystyle \ Phi _ {A} = (L_ {S} -M_ {S}) i_ {A} + M_ {S} (i_ {A} + i_ {B} + i_ {C}) + M_ {rS } \ cos \ theta \ cdot i_ {a} + M_ {rS} \ cos \ vasen (\ theta + {\ frac {2 \ pi} {3}} \ oikea) \ cdot i_ {b} + M_ {rS} \ cos \ vasen (\ theta - {\ frac {2 \ pi} {3}} \ oikea) \ cdot i_ {c} \,}![\ Phi _ {A} = (L_ {S} -M_ {S}) i_ {A} + M_ {S} (i_ {A} + i_ {B} + i_ {C}) + M_ {rS} \ cos \ theta \ cdot i_ {a} + M_ {rS} \ cos \ vasen (\ theta + {\ frac {2 \ pi} {3}} \ oikea) \ cdot i_ {b} + M_ {rS} \ cos \ vasen (\ theta - {\ frac {2 \ pi} {3}} \ oikea) \ cdot i_ {c} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d42e7a875bf84f45d941bbeec7713eb5789af2e8)
Kuten : iTO+iB+iVS=0{\ displaystyle i_ {A} + i_ {B} + i_ {C} = 0 \,}
ΦTO=(THES-MS)iTO+MrScosθ⋅iVastaanottaja+MrScos(θ+2π3)⋅ib+MrScos(θ-2π3)⋅ivs.{\ displaystyle \ Phi _ {A} = (L_ {S} -M_ {S}) i_ {A} + M_ {rS} \ cos \ theta \ cdot i_ {a} + M_ {rS} \ cos \ vasen ( \ theta + {\ frac {2 \ pi} {3}} \ oikea) \ cdot i_ {b} + M_ {rS} \ cos \ vasen (\ theta - {\ frac {2 \ pi} {3}} \ oikea) \ cdot i_ {c} \,}![\ Phi _ {A} = (L_ {S} -M_ {S}) i_ {A} + M_ {rS} \ cos \ theta \ cdot i_ {a} + M_ {rS} \ cos \ vasen (\ theta + {\ frac {2 \ pi} {3}} \ oikea) \ cdot i_ {b} + M_ {rS} \ cos \ vasen (\ theta - {\ frac {2 \ pi} {3}} \ oikea) \ cdot i_ {c} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/28074d4930726c8878d8ef1c8240a47744550f00)
Korvataan: ja heidän ilmaisuillaan ja käytämme:iVastaanottaja,ib{\ displaystyle i_ {a}, i_ {b} \,}
ivs.{\ displaystyle i_ {c} \,}
cosVastaanottaja⋅cosb=12cos(Vastaanottaja+b)+12cos(Vastaanottaja-b){\ displaystyle \ cos a \ cdot \ cos b = {\ frac {1} {2}} \ cos (a + b) + {\ frac {1} {2}} \ cos (ab) \,}
ΦTO=(THES-MS)iTO+MrSMinär2{32⋅cos(θ+ar)+12⋅[cos(θ-ar)+cos(θ-ar-2π3)+cos(θ-ar+2π3)]}{\ displaystyle \ Phi _ {A} = (L_ {S} -M_ {S}) i_ {A} + M_ {rS} I_ {r} {\ sqrt {2}} \ vasen \ {{\ frac {3 } {2}} \ cdot \ cos (\ theta + \ alpha _ {r}) + {\ frac {1} {2}} \ cdot \ vasen [\ cos (\ theta - \ alpha _ {r}) + \ cos \ left (\ theta - \ alpha _ {r} - {\ frac {2 \ pi} {3}} \ right) + \ cos \ left (\ theta - \ alpha _ {r} + {\ frac { 2 \ pi} {3}} \ oikea) \ oikea] \ oikea \} \,}
ΦTO=(THES-MS)iTO+32MrSMinär2cos(θ+ar){\ displaystyle \ Phi _ {A} = (L_ {S} -M_ {S}) i_ {A} + {\ frac {3} {2}} M_ {rS} I_ {r} {\ sqrt {2} } \ cos (\ theta + \ alpha _ {r}) \,}![\ Phi _ {A} = (L_ {S} -M_ {S}) i_ {A} + {\ frac {3} {2}} M_ {rS} I_ {r} {\ sqrt {2}} \ cos (\ theta + \ alpha _ {r}) \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6edb8033a4b3a8eb994c284acc09f1e99707076a)
Nyt , jaθ=Ωm.t{\ displaystyle \ theta = \ Omega _ {m} .t \,}
ar=(ωr.t-a){\ displaystyle \ alpha _ {r} = (\ omega _ {r} .t- \ alpha) \,}
Ωm.t+ωr.t=ωS.t{\ displaystyle \ Omega _ {m} .t + \ omega _ {r} .t = \ omega _ {S} .t \,}
Saamme vihdoin:
ΦTO=(THES-MS)iTO+32MrSMinär2cos(ωS.t-a){\ displaystyle \ Phi _ {A} = (L_ {S} -M_ {S}) i_ {A} + {\ frac {3} {2}} M_ {rS} I_ {r} {\ sqrt {2} } \ cos (\ omega _ {S} .t- \ alfa) \,}
Kysymme :
-
(THES-MS)=THES{\ displaystyle (L_ {S} -M_ {S}) = {\ mathcal {L}} _ {S} \,}
: syklinen induktanssi
-
32MrS=MrS{\ displaystyle {\ frac {3} {2}} M_ {rS} = {\ mathcal {M}} _ {rS} \,}
: syklinen keskinäinen induktanssi
Nämä sykliset määrät mahdollistavat jokaisen vaiheen eristämisen ikään kuin se olisi yksin, ikään kuin sen läpi kulkeva virta riippuisi vain yksittäisestä virrasta, joka toimittaa tämän vaiheen. Näiden syklisten määrien käyttöönotto mahdollistaa vastaavien yksivaiheisten mallien perustamisen.
Kysymme myös :
-
Minär′{\ displaystyle I '_ {r} \,}
: RMS-arvon, mutta taajuuden ja argumentin kuvitteellinen virtaMinär{\ displaystyle I_ {r} \,}
fS{\ displaystyle f_ {S} \,}
-a,{\ displaystyle - \ alfa,}
Sitten virtauksen ilmaisu yksinkertaistuu. Sovellamme monimutkaisen muunnoksen ja saamme staattorin vaiheen kompleksisen vuon:
Φ_TO=THESMinä_S+MrSMinä_r′{\ displaystyle {\ underline {\ Phi}} _ {A} = {\ mathcal {L}} _ {S} {\ alleviivattu {I}} _ {S} + {\ mathcal {M}} _ {rS} {\ alleviivataan {I}} '_ {r} \,}![{\ alleviivattu {\ Phi}} _ {A} = {\ mathcal {L}} _ {S} {\ alleviiva {I}} _ {S} + {\ mathcal {M}} _ {rS} {\ alleviivattu {I}} '_ {r} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/17cc41ae9e48040a025b6d94895ea190bc13486b)
pulssiin
ωS{\ displaystyle \ omega _ {S} \,}
Virtaus roottorin käämityksen läpi
Roottorin vuon laskenta suoritetaan samalla tavalla merkkierolla.
ΦVastaanottaja=(THEr-Mr)iVastaanottaja+MrScosθ⋅iTO+MrScos(θ-2π3)⋅iB+MrScos(θ+2π3)⋅iVS{\ displaystyle \ Phi _ {a} = (L_ {r} -M_ {r}) i_ {a} + M_ {rS} \ cos \ theta \ cdot i_ {A} + M_ {rS} \ cos \ vasen ( \ theta - {\ frac {2 \ pi} {3}} \ oikea) \ cdot i_ {B} + M_ {rS} \ cos \ vasen (\ theta + {\ frac {2 \ pi} {3}} \ oikea) \ cdot i_ {C} \,}![\ Phi _ {a} = (L_ {r} -M_ {r}) i_ {a} + M_ {rS} \ cos \ theta \ cdot i_ {A} + M_ {rS} \ cos \ vasen (\ theta - {\ frac {2 \ pi} {3}} \ oikea) \ cdot i_ {B} + M_ {rS} \ cos \ vasen (\ theta + {\ frac {2 \ pi} {3}} \ oikea) \ cdot i_ {C} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bb705b319aff7e000dff4cf42d4c96c577ca40fe)
Syklisten määrien käyttöönotto
ΦVastaanottaja=THEriVastaanottaja+32MrSMinäS2cos(θ-aS){\ displaystyle \ Phi _ {a} = {\ mathcal {L}} _ {r} i_ {a} + {\ frac {3} {2}} M_ {rS} I_ {S} {\ sqrt {2} } \ cos (\ theta - \ alpha _ {S}) \,}
=THErMinär2cos(ωrt-a)+MrSMinäS2cos(ωrt){\ displaystyle = {\ mathcal {L}} _ {r} I_ {r} {\ sqrt {2}} \ cos (\ omega _ {r} t- \ alfa) + {\ mathcal {M}} _ { rS} I_ {S} {\ sqrt {2}} \ cos (\ omega _ {r} t) \,}![= {\ mathcal {L}} _ {r} I_ {r} {\ sqrt {2}} \ cos (\ omega _ {r} t- \ alfa) + {\ mathcal {M}} _ {rS} I_ {S} {\ sqrt {2}} \ cos (\ omega _ {r} t) \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/266bc11b20899b5b9e7c1a38784a353c8978cf00)
Roottorin käämityksen läpi virtaus on kirjoitettu:
Φ_Vastaanottaja=THErMinä_r+MrSMinä_S′{\ displaystyle {\ underline {\ Phi}} _ {a} = {\ mathcal {L}} _ {r} {\ alleviivattu {I}} _ {r} + {\ mathcal {M}} _ {rS} {\ alleviivataan {I}} '_ {S} \,}![{\ alleviiva {\ Phi}} _ {a} = {\ mathcal {L}} _ {r} {\ alleviivattu {I}} _ {r} + {\ mathcal {M}} _ {rS} {\ alleviivattu {ON} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d441df6cbc05e9388aa4fcfb9d005d220a8244f9)
pulssiin
ωr{\ displaystyle \ omega _ {r} \,}
Jännitteet
Staattorin vaiheen jännite
V_TO=RS.Minä_TO+dΦ_TOdt{\ displaystyle {\ alleviivattu {V}} _ {A} = R_ {S}. {\ alleviivattu {I}} _ {A} + {\ frac {d {\ alleviiva {\ Phi}} _ {A}} {dt}} \,}
V_TO=(RS+jωSTHES)Minä_S+jωSMrSMinä_r′{\ displaystyle {\ alleviivattu {V}} _ {A} = (R_ {S} + j \ omega _ {S} {\ mathcal {L}} _ {S}) {\ alleviivattu {I}} _ {S } + j \ omega _ {S} {\ mathcal {M}} _ {rS} {\ alleviivataan {I}} '_ {r} \,}
Jännite roottorin vaiheen yli
Roottori on oikosulussa.
V_Vastaanottaja=0=Rr.Minä_Vastaanottaja+dΦ_Vastaanottajadt{\ displaystyle {\ alleviivattu {V}} _ {a} = 0 = R_ {r}. {\ alleviivattu {I}} _ {a} + {\ frac {d {\ alleviiva {\ Phi}} _ {a }} {dt}} \,}
0=(Rr+jωrTHEr)Minä_r+jωrMrSMinä_S′{\ displaystyle 0 = (R_ {r} + j \ omega _ {r} {\ mathcal {L}} _ {r}) {\ alleviivattu {I}} _ {r} + j \ omega _ {r} { \ mathcal {M}} _ {rS} {\ alleviivataan {I}} '_ {S} \,}![0 = (R_ {r} + j \ omega _ {r} {\ mathcal {L}} _ {r}) {\ alleviivattu {I}} _ {r} + j \ omega _ {r} {\ mathcal { M}} _ {rS} {\ alleviivataan {I}} '_ {S} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3c0995a21009dbc5f8f493c2017a639a89bcde50)
Kuten meillä on , saamme:
ωr=g.ωS{\ displaystyle \ omega _ {r} = g. \ omega _ {S} \,}![\ omega _ {r} = g. \ omega _ {S} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ef12c1e4a7f12d1a6ebf3edad7f1554aebe4d1ab)
0=(Rrg+jωSTHEr)Minä_r+jωSMrSMinä_S′{\ displaystyle 0 = \ vasen ({\ frac {R_ {r}} {g}} + j \ omega _ {S} {\ mathcal {L}} _ {r} \ oikea) {\ alleviivattu {I}} _ {r} + j \ omega _ {S} {\ mathcal {M}} _ {rS} {\ alleviivataan {I}} '_ {S} \,}![0 = \ vasen ({\ frac {R_ {r}} {g}} + j \ omega _ {S} {\ mathcal {L}} _ {r} \ oikea) {\ alleviivattu {I}} _ {r } + j \ omega _ {S} {\ mathcal {M}} _ {rS} {\ alleviivataan {I}} '_ {S} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/afcfec7f2c2656209057d35085296dbbc416e520)
Vastaavat järjestelmät
Termillä ekvivalenttikaavio nimetään sähköpiiri, joka koostuu lineaarisista dipoleista, mikä mahdollistaa todellisen koneen mallintamisen . Merkittävin vastaava kaavio riippuu käyttöalueesta ja vaaditusta tarkkuudesta. Asynkronisten koneiden tapauksessa se sisältää vähintään vastusten ja induktorien yhdistelmän.
Yleinen järjestelmä
Seuraavat kaksi yhtälöä:
- V_TO=(RS+jωSTHES)Minä_S+jωSMrSMinä_r′{\ displaystyle {\ alleviivattu {V}} _ {A} = (R_ {S} + j \ omega _ {S} {\ mathcal {L}} _ {S}) {\ alleviivattu {I}} _ {S } + j \ omega _ {S} {\ mathcal {M}} _ {rS} {\ alleviivataan {I}} '_ {r} \,}
![{\ alleviivattu {V}} _ {A} = (R_ {S} + j \ omega _ {S} {\ mathcal {L}} _ {S}) {\ alleviivattu {I}} _ {S} + j \ omega _ {S} {\ mathcal {M}} _ {rS} {\ alleviivataan {I}} '_ {r} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2ad28304dce3945075218d4dd1e182ce04ac1c85)
- 0=(Rrg+jωSTHEr)Minä_r+jωSMrSMinä_S′{\ displaystyle 0 = \ vasen ({\ frac {R_ {r}} {g}} + j \ omega _ {S} {\ mathcal {L}} _ {r} \ oikea) {\ alleviivattu {I}} _ {r} + j \ omega _ {S} {\ mathcal {M}} _ {rS} {\ alleviivataan {I}} '_ {S} \,}
![0 = \ vasen ({\ frac {R_ {r}} {g}} + j \ omega _ {S} {\ mathcal {L}} _ {r} \ oikea) {\ alleviivattu {I}} _ {r } + j \ omega _ {S} {\ mathcal {M}} _ {rS} {\ alleviivataan {I}} '_ {S} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/afcfec7f2c2656209057d35085296dbbc416e520)
vastaavat ekvivalenttia kaaviota, joka sisältää vain jännitteet ja virrat, joiden taajuus on identtinen koneen syöttävän virtalähteen taajuuden kanssa ja jonka kaavio on seuraava:
Kaavio on pienennetty staattoriin
Magneettisesti kytketty piirit voidaan muuntaa monia vastaavia piirejä (lisätietoja, viittaus vastaava kohta). Jokainen näistä muunnoksista johtaa mahdolliseen malliin kuvaamaan asynkronista konetta. Käytännössä tosiasiassa käytetään vain tiettyjä malleja.
Toissijainen vuotomalli, jossa kokoonpano on pelkistetty staattoriksi, on yleisimpiä kirjallisuudessa, koska se sisältää elementtejä, jotka voidaan tunnistaa suhteellisen yksinkertaisesti ja riittävän tarkasti ja jota on helppo käyttää.
Kanssa :
- EIr=THES⋅(THES⋅THErMrS2-1){\ displaystyle {\ mathcal {N}} _ {r} = {\ mathcal {L}} _ {S} \ cdot \ left ({\ frac {{\ mathcal {L}} _ {S} \ cdot {\ mathcal {L}} _ {r}} {{\ mathcal {M}} _ {rS} ^ {2}}} - 1 \ oikea) \,}
![{\ mathcal {N}} _ {r} = {\ mathcal {L}} _ {S} \ cdot \ vasen ({\ frac {{{{\ mathcal {L}} _ {S} \ cdot {\ mathcal { L}} _ {r}} {{\ mathcal {M}} _ {rS} ^ {2}}} - 1 \ oikea) \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8e3db6ee95a08da5cd5d062c40f61cb210631cf7)
- Rr∗=Rr⋅THES2MrS2{\ displaystyle R_ {r} ^ {*} = R_ {r} \ cdot {\ frac {{\ mathcal {L}} _ {S} ^ {2}} {{\ mathcal {M}} _ {rS} ^ {2}}} \,}
![R_ {r} ^ {*} = R_ {r} \ cdot {\ frac {{\ mathcal {L}} _ {S} ^ {2}} {{\ mathcal {M}} _ {rS} ^ {2 }}} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/61e726c51dd65d8c66e9610b13fefc9b3526d4fa)
Näitä määriä ei voida laskea (erityisesti R r ), mutta tärkeintä on tietää, että jos hyväksymme aloitushypoteesit, on olemassa dipoli, joka on identtinen yllä esitetyn kanssa, mikä vastaa koneen asynkronisen vaiheen virtaa tasapainotetulla kolmella -vaihejännitejärjestelmä.
Tehotaseiden mielenkiinto on jakaa vastus kahteen termiin:
Rr∗g{\ displaystyle {\ frac {R_ {r} ^ {*}} {g}} \,}![{\ frac {R_ {r} ^ {*}} {g}} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/619240d444ebe0b57f6289c92901e7b585d6c2fe)
-
Rr∗{\ displaystyle R_ {r} ^ {*} \,}
: roottorin käämityksen vähentynyt vastus , mikä johtuu Joule-vaikutuksen aiheuttamista häviöistä roottorissa ( roottorin Joule- häviöt ).
-
Rr∗⋅1-gg{\ displaystyle R_ {r} ^ {*} \ cdot {\ frac {1-g} {g}} \,}
: Kuvitteellinen resistanssi : valta se kuluttaa itse asiassa vastaa hyödyllinen teho vaiheen harkita. (Kone muuttaa voiman mekaaniseksi voimaksi).
Ottaen rauta tappiot huomioon
Magneettipiirin katsottiin olevan häviötön, mikä ei ole asia. Tilille varten rautahäviöt
, jotka riippuvat neliön virtalähde, joka on kuvitteellinen resistanssi R F lisätään tässä mallissa rinnakkain staattori-induktanssi.
Vastaavan kaavion elementtien tunnistetiedot
Kun olemme todenneet, että edellinen kaavio vastasi asynkronisen koneen vaihetta, voimme tunnistaa mitä tahansa konetta vastaavan mallin suorittamalla kolme testiä:
Jatkuva testaus
Kuljetetaan vaihe laitteen, sen avulla voidaan mitata staattorin resistanssi R S .
Synkronistitesti: g = 0
Synkronisen testin aikana pyörivä kenttä ja roottori pyörivät samalla nopeudella. Liukuma g on nolla ja 1 / g pyrkii äärettömään. Koneen vaiheen vastaavasta mallista tulee:
Käyttämällä wattimittarin, virtamittari ja jännitemittari, pätöteho P 0 , loistehon , rms virta I S0 ja RMS-jännite V S0 mitataan.Q0=S02-P02{\ displaystyle Q_ {0} = {\ sqrt {S_ {0} ^ {2} -P_ {0} ^ {2}}}}
saamme kolme yhtälöä:
- P0=RsMinäS02+V′2RF{\ displaystyle P_ {0} = R_ {s} I_ {S0} ^ {2} + {\ frac {V '^ {2}} {R_ {F}}}}
![P_ {0} = R_ {s} I_ {S0} ^ {2} + {\ frac {V '^ {2}} {R_ {F}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bdad1c5882bcefa2ffa56e5e09d59e2158adbbad)
- Q0=V′2THESω{\ displaystyle Q_ {0} = {\ frac {V '^ {2}} {{\ mathcal {L}} _ {S} \ omega}}}
![Q_ {0} = {\ frac {V '^ {2}} {{\ mathcal {L}} _ {S} \ omega}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a85e1ca699027097c24b84e914b6f14d688f6a34)
- V′=VS0RFTHESω(RSRF)2+(THESω∗(RF+RS))2{\ displaystyle V '= V_ {S0} {\ frac {R_ {F} {\ mathcal {L}} _ {S} \ omega} {\ sqrt {(R_ {S} R_ {F}) ^ {2} + ({\ mathcal {L}} _ {S} \ omega * (R_ {F} + R_ {S})) ^ {2}}}}}
![V '= V_ {S0} {\ frac {R_ {F} {\ mathcal {L}} _ {S} \ omega} {\ sqrt {(R_ {S} R_ {F}) ^ {2} + ({ \ mathcal {L}} _ {S} \ omega * (R_ {F} + R_ {S})) ^ {2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/38b8560ea0b679d5bd8feb3845ef80ac10d91f4a)
R S on tunnettu, voimme laskea kolme tuntematonta: R F , ja V "THES{\ displaystyle {\ mathcal {L}} _ {S} \,}
Nykyinen I S0 on alhainen aikana synkronisesti testin, voimme yleensä laiminlyödä jännitehäviö johtuen staattorin resistanssi verrattuna jännite V S0 . Sitten yhtälöistä tulee:
- P0=VS02RF{\ displaystyle P_ {0} = {\ frac {V_ {S0} ^ {2}} {R_ {F}}}}
![P_ {0} = {\ frac {V_ {S0} ^ {2}} {R_ {F}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0ada8b1ebbcfc5099be04ef6faf0cf9e504b76a3)
- Q0=VS02THESω{\ displaystyle Q_ {0} = {\ frac {V_ {S0} ^ {2}} {{\ mathcal {L}} _ {S} \ omega}}}
![Q_ {0} = {\ frac {V_ {S0} ^ {2}} {{\ mathcal {L}} _ {S} \ omega}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/23dccdd4af9d1e0ffd16b34ed7f8236c6afa099f)
Lasketaan sitten suoraan R F ja :
THES{\ displaystyle {\ mathcal {L}} _ {S} \,}![{\ mathcal {L}} _ {S} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7596340a8ce2717aa82e1891e9128662ee651ef9)
- RF=VS02P0{\ displaystyle R_ {F} = {\ frac {V_ {S0} ^ {2}} {P_ {0}}}}
![R_ {F} = {\ frac {V_ {S0} ^ {2}} {P_ {0}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1adddb4d1bbe2ba8df300e41f818476ba5ce0783)
- THES=VS02Q0ω{\ displaystyle {\ mathcal {L}} _ {S} = {\ frac {V_ {S0} ^ {2}} {Q_ {0} \ omega}}}
![{\ mathcal {L}} _ {S} = {\ frac {V_ {S0} ^ {2}} {Q_ {0} \ omega}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3a5eeb5c26d2696f113950d8285df328817a6517)
Lukittu roottoritesti ja alennettu jännite: g = 1
Nollanopeudella luisto g = 1. Tämä testi suoritetaan alennetussa jännitteessä virran voimakkuuden rajoittamiseksi hyväksyttävään arvoon. Koneen vaiheen vastaavasta mallista tulee:
Käyttämällä wattimittarin, virtamittari ja jännitemittari, pätöteho P 1 , loistehon , rms virta I S1 ja RMS-jännite V S1 mitataan.Q1=S12-P12{\ displaystyle Q_ {1} = {\ sqrt {S_ {1} ^ {2} -P_ {1} ^ {2}}}}
- P1=RSMinäS12+V′2(1RF+Rr∗(EIrω)2+Rr∗2){\ displaystyle P_ {1} = R_ {S} I_ {S1} ^ {2} + V '^ {2} \ vasen ({\ frac {1} {R_ {F}}} + {\ frac {R_ { r} ^ {*}} {({\ mathcal {N}} _ {r} \ omega) ^ {2} + {R_ {r} ^ {*}} ^ {2}}} \ oikea)}
![P_ {1} = R_ {S} I_ {S1} ^ {2} + V '^ {2} \ vasen ({\ frac {1} {R_ {F}}} + {\ frac {R_ {r} ^ {*}} {({\ mathcal {N}} _ {r} \ omega) ^ {2} + {R_ {r} ^ {*}} ^ {2}}} \ oikea)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/70ff4951d5060a03070ed5caec40c49496fc3183)
- Q1=V′2(1THESω+EIrω(EIrω)2+Rr∗2){\ displaystyle Q_ {1} = V '^ {2} \ vasen ({\ frac {1} {{\ mathcal {L}} _ {S} \ omega}} + {\ frac {{\ mathcal {N} } _ {r} \ omega} {({\ mathcal {N}} _ {r} \ omega) ^ {2} + {R_ {r} ^ {*}} ^ {2}}} \ oikea)}
![Q_ {1} = V '^ {2} \ vasemmalle ({\ frac {1} {{\ mathcal {L}} _ {S} \ omega}} + {\ frac {{\ mathcal {N}} _ { r} \ omega} {({\ mathcal {N}} _ {r} \ omega) ^ {2} + {R_ {r} ^ {*}} ^ {2}}} \ oikea)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b611186e0f97472c44495164475a4e61e35a0da3)
- V_′=V_S1-RSMinä_S1⇒V′=...{\ displaystyle {\ underline {V}} '= {\ alleviivattu {V}} _ {S1} -R_ {S} {\ alleviivattu {I}} _ {S1} \ Rightarrow V' = \ ldots}
![{\ alleviivattu {V}} '= {\ alleviivattu {V}} _ {S1} -R_ {S} {\ alleviivattu {I}} _ {S1} \ Oikealle V' = \ ldots](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/66bde153630144ae177ba87a6901c502425a8a9c)
Jännite V S1 ollessa alhainen, kulkevat virrat R F ja voidaan yleensä jättää huomiotta edessä I S1 . Sitten yhtälöistä tulee:
THES{\ displaystyle {\ mathcal {L}} _ {S}}![{\ mathcal {L}} _ {S}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/65a933d06f1f1f5624e49dcfedcc72f63832f96d)
- P1=(RS+Rr∗)MinäS12{\ displaystyle P_ {1} = (R_ {S} + R_ {r} ^ {*}) I_ {S1} ^ {2}}
![P_ {1} = (R_ {S} + R_ {r} ^ {*}) I_ {S1} ^ {2}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5275a2661d9443dcce41aef3800760848d991def)
- Q1=EIrωMinäS12{\ displaystyle Q_ {1} = {\ mathcal {N}} _ {r} \ omega I_ {S1} ^ {2}}
![Q_ {1} = {\ mathcal {N}} _ {r} \ omega I_ {S1} ^ {2}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/78ff2299cb49a7392544c6780e81bf0fc2509156)
Koneen viimeisten parametrien tunnistaminen on tällöin nopeaa:
- Rr∗=P1MinäS12-RS{\ displaystyle R_ {r} ^ {*} = {\ frac {P_ {1}} {I_ {S1} ^ {2}}} - R_ {S}}
![R_ {r} ^ {*} = {\ frac {P_ {1}} {I_ {S1} ^ {2}}} - R_ {S}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f74387c9f1e82bda5361a9ed1295e5989b419c48)
- EIr=Q1ωMinäS12{\ displaystyle {\ mathcal {N}} _ {r} = {\ frac {Q_ {1}} {\ omega I_ {S1} ^ {2}}}}
![{\ mathcal {N}} _ {r} = {\ frac {Q_ {1}} {\ omega I_ {S1} ^ {2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2961b2a539a2a526e5e40275a43d0aca88e709db)
Sähkömekaaniset ominaisuudet
Edellä esitetyn kaavion avulla on helppo saada yksivaiheisen asynkronisen koneen sähkömekaaniset ominaisuudet:
Itse asiassa hyödyllinen sähkömagneettinen teho, toisin sanoen muunnettu mekaaniseksi energiaksi, vastaa jokaisessa vaiheessa vastuksen kuluttamaa tehoa. Rr∗⋅1-gg{\ displaystyle R_ {r} ^ {*} \ cdot {\ frac {1-g} {g}} \,}
Kolmen vaiheen sähkömekaaninen kokonaisteho ilmaistaan siten:
Pem=Tem⋅Ω=3.Rr∗⋅1-gg⋅Minär2{\ displaystyle P_ {em} = T_ {em} \ cdot \ Omega = 3.R_ {r} ^ {*} \ cdot {\ frac {1-g} {g}} \ cdot I_ {r} ^ {2 } \,}
Kone saa virtansa kiinteän taajuuden jännitejärjestelmästä
Yllä oleva malli mahdollistaa vääntömomentin ilmaisun joko luiston tai nopeuden funktiona. Laskenta on hyvin yksinkertaistettua ja voidaan tehdä käsin, jos staattorin vastus jätetään huomiotta. Tässä tapauksessa lisätään virhe 2 tai 3%, mutta saadaan käyrä, jonka ulkonäkö on lähellä todellisuutta. Joka tapauksessa emme saa unohtaa sitä tosiasiaa, että nämä ovat vain malleja .
Tämän lähentämisen puitteissa meillä on:
Minär2=VS2(EIrωS)2+(Rr∗g)2{\ displaystyle I_ {r} ^ {2} = {\ frac {V_ {S} ^ {2}} {({\ mathcal {N}} _ {r} \ omega _ {S}) ^ {2} + \ vasen ({\ frac {R_ {r} ^ {*}} {g}} \ oikea) ^ {2}}} \,}![I_ {r} ^ {2} = {\ frac {V_ {S} ^ {2}} {({\ mathcal {N}} _ {r} \ omega _ {S}) ^ {2} + \ vasen ( {\ frac {R_ {r} ^ {*}} {g}} \ oikea) ^ {2}}} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2d026704b34359574ec797d98973ed53fe4fad58)
With : jännitteen tehollisarvo koneen staattorin yhden vaiheen liittimissä.
VS{\ displaystyle V_ {S} \,}![V_ {S} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/78b94cc17740bf0b82791326b651773322c23467)
Sähkömagneettinen vääntö luiston funktiona
Tehon ilmaisusta ja kahdesta yllä olevasta yhtälöstä päätellään sähkömagneettisen vääntömomentin ilmaisu liukastumisen g funktiona:
Koneelle, jossa on p pylväsparia, meillä on: Ω=(1-g)⋅ωSs{\ displaystyle \ Omega = (1-g) \ cdot {\ frac {\ omega _ {S}} {p}} \,}
Tämä johtaa :
Tem=3sVS2ωS⋅Rr∗g(EIrωS)2+(Rr∗g)2{\ displaystyle T_ {em} = 3p {\ frac {V_ {S} ^ {2}} {\ omega _ {S}}} \ cdot {\ frac {\ frac {R_ {r} ^ {*}} { g}} {({\ mathcal {N}} _ {r} \ omega _ {S}) ^ {2} + \ vasen ({\ frac {R_ {r} ^ {*}} {g}} \ oikea ) ^ {2}}} \,}
=3sVS2ωS⋅1(g(EIrωS)2Rr∗)+(Rr∗g){\ displaystyle = 3p {\ frac {V_ {S} ^ {2}} {\ omega _ {S}}} \ cdot {\ frac {1} {\ left ({\ frac {g \ left ({\ mathcal {N}} _ {r} \ omega _ {S} \ oikea) ^ {2}} {R_ {r} ^ {*}}} \ oikea) + \ vasen ({\ frac {R_ {r} ^ { *}} {g}} \ oikea)}}, \,}
=3sEIr⋅VS2ωS2⋅1(gEIrωSRr∗)+(Rr∗gEIrωS){\ displaystyle = {\ frac {3p} {{\ mathcal {N}} _ {r}}} \ cdot {\ frac {V_ {S} ^ {2}} {\ omega _ {S} ^ {2} }} \ cdot {\ frac {1} {\ vasen ({\ frac {g {\ mathcal {N}} _ {r} \ omega _ {S}} {R_ {r} ^ {*}}} \ oikea ) + \ vasen ({\ frac {R_ {r} ^ {*}} {g {\ mathcal {N}} _ {r} \ omega _ {S}}} \ oikea)}} \,}![= {\ frac {3p} {{\ mathcal {N}} _ {r}}} \ cdot {\ frac {V_ {S} ^ {2}} {\ omega _ {S} ^ {2}}} \ cdot {\ frac {1} {\ vasen ({\ frac {g {\ mathcal {N}} _ {r} \ omega _ {S}} {R_ {r} ^ {*}}} \ oikea) + \ vasen ({\ frac {R_ {r} ^ {*}} {g {\ mathcal {N}} _ {r} \ omega _ {S}}} \ oikea)}},](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b750b7c0682317298d6c492ac1421c5fd9c50a56)
Sähkömagneettisen momentin kulkee enintään varten TmVastaanottajax=3s2EIr⋅VS2ωS2{\ displaystyle T_ {max} = {\ frac {3p} {2 {\ mathcal {N}} _ {r}}} \ cdot {\ frac {V_ {S} ^ {2}} {\ omega _ {S } ^ {2}}} \,}
g=gmVastaanottajax=Rr∗EIrωS{\ displaystyle g = g_ {max} = {\ frac {R_ {r} ^ {*}} {{\ mathcal {N}} _ {r} \ omega _ {S}}} \,}
Lisäämällä tämä suurin vääntömomentti ja vastaava luisto sähkömagneettisen vääntömomentin yhtälöön saadaan yhteys:
Tem=2TmVastaanottajax⋅1(gmVastaanottajaxg)+(ggmVastaanottajax){\ displaystyle T_ {em} = 2T_ {max} \ cdot {\ frac {1} {\ vasen ({\ frac {g_ {max}} {g}} \ oikea) + \ vasen ({\ frac {g} {g_ {max}}} \ oikea)}}, \,}![T_ {em} = 2T_ {max} \ cdot {\ frac {1} {\ vasen ({\ frac {g_ {max}} {g}} \ oikea) + \ vasen ({\ frac {g} {g_ { max}}} \ oikea)}}},](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bd413578b7898fb0867de3d58dab4e3118ee6d40)
Käyrällä, joka edustaa vääntömomentin ilmaisua luiston funktiona, on symmetria alkuperän suhteen:
Sähkömagneettinen vääntömomentti pyörimisnopeuden funktiona
Tämä käyrä on tavallisempi ja konkreettisempi, se johdetaan yksinkertaisesti käyrästä liukastumisen mukaan suhteen ansiosta:
Ω=(1-g)⋅ωSs{\ displaystyle \ Omega = (1-g) \ cdot {\ frac {\ omega _ {S}} {p}} \,}![\ Omega = (1-g) \ cdot {\ frac {\ omega _ {S}} {p}} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/40bc26b4d9578767086b2c45a10f9a16ed2e0896)
Asynkronisen koneen toimintakentät
Koneen taajuusmuuttaja
Kolmivaiheisten asynkronikoneiden pyörimisnopeuden säätäminen
Invertterit Yleisimpiä ovat taajuusmuuttajan PWM (pulssinleveysmodulaatio) ohjain, joka tila mahdollistaa pitämään suhde U 1 / f vakio ja saada lähes sinimuotoisia virtoja. U 1 on perusarvon tehollinen arvo.
U / f-ohjaus
Periaate
On sinimuotoinen olosuhteissa , säilymistä U / f -suhde mahdollistaa magneettipiirin olla samassa magneettisen tilan riippumatta syöttötaajuus. Toisin sanoen magneettipiirin kulkeman hystereesisyklin muoto pysyy identtisenä f: stä riippumatta . Siten kun taajuus pienenee, jännitteen perustason tehollinen arvo pienenee samoissa suhteissa, magneettisen materiaalin kyllästymisen riskiä ei ole.
Tästä on seurauksena, että ohjaus, joka pitää U 1 / f vakio, jossa U 1 edustaa rms-arvo perustavanlaatuinen, tekee mahdolliseksi säilyttää sama käyrä vääntömomentin funktiona liukua tahansa syöttötaajuus. Muut läsnä olevat harmoniset yliaallot, 5: n ja 7: n kerrannaiset, luovat sykkiviä pareja, joiden keskiarvo on nolla.
Tämän, epätahtikone syötetään vaihtosuuntaajan jännitteen toimittava taajuuden f ja jonka rms-arvo on keskeinen V 1 on sellainen, että suhde V 1 / f pidetään vakiona.
Yhtälö
Kun U / f-suhde on vakio, voimme kirjoittaa vääntömomentin nopeusominaisuuden lineaariselle osalle:
Tem=VSte⋅(eiS-ei){\ displaystyle T_ {em} = Cte \ cdot (n_ {S} -n) \,}![T_ {em} = Cte \ cdot (n_ {S} -n) \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3de27f00d2303761db739154c2ad93403c619aa6)
Esittely
Otetaan parin yleinen yhtälö:
Tem=3sEIr⋅VS2ωS2⋅1(gEIrωSRr∗)+(Rr∗gEIrωS){\ displaystyle T_ {em} = {\ frac {3p} {{\ mathcal {N}} _ {r}}} \ cdot {\ frac {V_ {S} ^ {2}} {\ omega _ {S} ^ {2}}} \ cdot {\ frac {1} {\ vasemmalle ({\ frac {g {\ mathcal {N}} _ {r} \ omega _ {S}} {R_ {r} ^ {*} }} \ oikea) + \ vasen ({\ frac {R_ {r} ^ {*}} {g {\ mathcal {N}} _ {r} \ omega _ {S}}} \ oikea)}}}, }![T_ {em} = {\ frac {3p} {{\ mathcal {N}} _ {r}}} \ cdot {\ frac {V_ {S} ^ {2}} {\ omega _ {S} ^ {2 }}} \ cdot {\ frac {1} {\ vasemmalle ({\ frac {g {\ mathcal {N}} _ {r} \ omega _ {S}} {R_ {r} ^ {*}}} \ oikea) + \ vasen ({\ frac {R_ {r} ^ {*}} {g {\ mathcal {N}} _ {r} \ omega _ {S}}} \ oikea)}} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/09065cea5ef1e87bbeb2de68efc9507dd98350b2)
Suurin vääntömomentti on merkitty .
VSmVastaanottajax{\ displaystyle C_ {max}}![C_ {max}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d44b45f24c46fb1b2fc5a6b293fa5a1df6695f31)
VSmVastaanottajax=3s2∗EIr⋅VS2ωS2{\ displaystyle C_ {max} = {\ frac {3p} {2 * {\ mathcal {N}} _ {r}}} \ cdot {\ frac {V_ {S} ^ {2}} {\ omega _ { S} ^ {2}}}}
Kirjoitamme virtauksen / jännitteen suhteen uudelleen virtauksen paljastamiseksi.
dΦTOdt=jωS∗ΦTO=VTO{\ displaystyle {\ frac {d \ Phi _ {A}} {dt}} = j \ omega _ {S} * \ Phi _ {A} = V_ {A}}
Nimellisvirran tehollisarvo ilmoitetaan .
Φs{\ displaystyle \ Phi _ {s}}![\ Phi _ {s}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/efc6ec320b47756e27cc0665162300cc34c98db8)
VSmVastaanottajax=3s2∗EIr⋅Φs2{\ displaystyle C_ {max} = {\ frac {3p} {2 * {\ mathcal {N}} _ {r}}} \ cdot \ Phi _ {s} ^ {2}}
Jos pidämme suhde vakiona, on siis mahdollista siirtää käytettävissä olevaa nopeutta . Pariskunnan ilmaisusta tulee:
VSωS{\ displaystyle {\ frac {V_ {S}} {\ omega _ {S}}}}
VSmVastaanottajax{\ displaystyle C_ {max}}![C_ {max}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d44b45f24c46fb1b2fc5a6b293fa5a1df6695f31)
Tem=2VSmVastaanottajax(gEIrωSRr∗)+(Rr∗gEIrωS){\ displaystyle T_ {em} = {\ frac {2C_ {max}} {\ vasen ({\ frac {g {\ mathcal {N}} _ {r} \ omega _ {S}} {R_ {r} ^ {*}}} \ oikea) + \ vasen ({\ frac {R_ {r} ^ {*}} {g {\ mathcal {N}} _ {r} \ omega _ {S}}} \ oikea)} }}
Jälkeen laajeneminen rajoittuu ensimmäiseen järjestykseen T em , koska se yleensä 0, saadaan:
g{\ displaystyle g}![g](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d3556280e66fe2c0d0140df20935a6f057381d77)
Tem=VSte⋅g⋅ωS=VSte⋅(ωS-ω)=VSte⋅(eiS-ei){\ displaystyle T_ {em} = Cte \ cdot g \ cdot \ omega _ {S} = Cte \ cdot (\ omega _ {S} - \ omega) = Cte \ cdot (n_ {S} -n) \,}
Vääntömomentin käyrä n S - n: n funktiona on ainutlaatuinen.
Huomautukset
Käynnistettäessä (matala emf) suurella vääntömomentilla (suuri virta) staattorin vastuksen aiheuttama jännitehäviö tulee suuremmaksi kuin emf. Tällöin on mahdotonta saada koneen nimellisvirtaus lain U / f = cst ansiosta. Tämän kompensoimiseksi teollisuuskäytöt tarjoavat erilaisia U (f) -lajeja. Mitä lakia käytetään, riippuu sovelluksesta.
Kun nimellisjännite on saavutettu, koneen virtalähteen taajuutta lisätään lisäämättä sen jännitettä. Tätä kutsutaan koneen ulosvirtaukseksi. Tämä johtaa luonnollisesti koneen maksimaalisen vääntömomentin pienenemiseen. Aloitus tällaisissa olosuhteissa on siis vakiomomentilla ja sitten vakiovoimalla.
Haitat
Asynkronisten koneiden nopeuden vaihteluprosessit tuottavat harmonisia virtoja .
Vektorihallinta
Vektorisäätö on yleinen termi, joka nimeää kaikki ohjaimet ottaen huomioon reaaliajassa hallitsemansa järjestelmän yhtälöt. Näiden komentojen nimi tulee siitä, että lopulliset suhteet ovat vektori toisin kuin skalaarikomennot. Näin saadut suhteet ovat paljon monimutkaisempia kuin skalaarikomennot, mutta toisaalta ne mahdollistavat parempien suoritusten saavuttamisen ohimenevien järjestelmien aikana. Kaikilla AC-koneilla, sekä asynkronisilla että synkronisilla, on vektorisäätöjä.
Tehotasapainot
Moottorina toimivan koneen tehotasapaino
Seuraavia merkintöjä käytetään:
-
PVastaanottaja{\ displaystyle P_ {a} \,}
: absorboitu teho tai koneelle syötetty sähkövirta
-
Pu{\ displaystyle P_ {u} \,}
: hyötykäyttö tai kuormalle välitetty mekaaninen teho
Tappiot kirjataan yleensä pienillä kirjaimilla:
-
sJs{\ displaystyle p_ {Js} \,}
: Joule-vaikutuksen aiheuttamat tappiot staattorin käämityksessä
-
sfs{\ displaystyle p_ {fs} \,}
: staattoriraudan häviöt
-
sJr{\ displaystyle p_ {Jr} \,}
: roottorin kuparissa (tangot + renkaat) Joule-ilmiön aiheuttamat häviöt
-
sfr{\ displaystyle p_ {fr} \,}
: roottorin raudan häviöt. Hyvin usein oletetaan, että ne ovat merkityksettömiä, koska jälkimmäiset riippuvat rautojen magneettikentän indusoivien virtojen taajuudesta. Nyt, taajuus virtojen roottorin ( ), normaalin toiminnan aikana koneen mukana sinimuotoinen virta , on hyvin alhainen. Tämä on kuitenkin joskus otettava huomioon, kun kone toimitetaan taajuusmuuttajan toimesta tai tietyntyyppisissä erittäin liukkaissa toiminnoissa.|g|f{\ displaystyle | g | f \,}
-
sm{\ displaystyle p_ {m} \,}
: mekaaniset häviöt
Alla oleva kaavio kuvaa voimansiirtoa koneen läpi:
Ptr=PVastaanottaja-sJs-sfs{\ displaystyle P_ {tr} = P_ {a} -p_ {Js} -p_ {fs} \,}
on roottorille
välitetty teho
Voimme tarkistaa sen , joten jos laiminlyömme .
sJr=g.Ptr{\ displaystyle p_ {Jr} = g.P_ {tr} \,}
Pu=(1-g)Ptr-sm{\ displaystyle P_ {u} = (1-g) P_ {tr} -p_ {m} \,}
sfr{\ displaystyle p_ {fr} \,}![kynä} \,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3eec32c7dca997f2a398ed90b93d9d1623918ae6)
Generaattorina toimivan koneen tehotasapaino
Edelliseen tapaukseen verrattuna hyödyllisestä tehosta tulee verkkoon syötetty sähköteho ja mekaaninen teho on absorboitu teho.
-
PVastaanottaja{\ displaystyle P_ {a} \,}
: absorboitu teho = koneelle syötetty mekaaninen teho (yleensä absorboitu roottorin tasolla)
-
Pu{\ displaystyle P_ {u} \,}
: hyödyllinen teho = verkkoon välitettävä sähkövirta (staattorin lähettämä).
Häviöt ovat samat kuin moottorikäytössä.
Yksivaiheinen asynkroninen kone
Yksivaiheisen asynkronisen koneen sisäinen rakenne on sama kuin kolmivaiheisen koneen, sillä erolla, että sen staattori koostuu yhdestä käämityksestä eikä kolmesta (tai kahdesta vanhoissa kaksivaiheisissa asynkronisissa koneissa ). Yksivaiheisen kelan tuottama magneettikenttä on sykkivä ja pyörimätön kenttä, kuten kolmen kolmivaiheisen kelan (tai kahden kaksivaiheisen kelan) aiheuttama. Sykkivä kenttä voidaan jakaa kahteen pyörivään kenttään, jotka liikkuvat vastakkaisiin suuntiin. Jokainen pyörivä kenttä pyrkii ajamaan konetta samaan suuntaan kuin se. Kun roottori on paikallaan, kunkin pyörivän kentän luoma vääntömomentti on sama. Siksi kone ei voi käynnistyä. Tällaisen koneen käynnistäminen on siksi välttämätöntä käynnistää se tai käyttää apulaitetta. Kun kone on käynnistetty ja saavutettu nimellisnopeuteen, sen liukastuma on lähellä nollaa yhdelle pyörivistä kentistä ja 2 toiselle. Ensimmäisen kentän luoma vääntömomentti on suurempi kuin vastakkaisen suunnan aiheuttama vääntömomentti, moottori käy edelleen.
Yksivaiheisilla asynkronisilla koneilla on alhaisemmat ominaisuudet (vääntömomentti / tehotiheys, hyötysuhde, tehokerroin jne. ) Kuin monivaiheisilla vastaavilla. Näitä koneita käytetään edelleen moottoreina, ja ne rajoittuvat yleensä muutaman kilowatin tehoihin.
Laitteiden käynnistäminen
Yksivaiheisena toimitettuna asynkroninen kone vaatii käynnistysjärjestelmän. Erilaiset ratkaisut mahdollistavat näiden koneiden erottamisen:
-
Frager-kelat (tai vaihesiirtorenkaat), joita käytetään laitteissa, jotka edellyttävät suhteellisen pientä käynnistysmomenttia, kuten pesukoneen tyhjennyspumput , sähkötuulettimet ja muut pienet kodinkoneet . Katso: " Käynnistysrenkaan moottori ".
- Ylimääräisiä alkaa käämitys sarjaan kondensaattori ), mahdollisesti keskipakoisvoiman cut-off-kytkin: tämäntyyppisiä koneita voidaan yleisesti antaa suuremman käynnistysmomentin. Niitä löytyy pesukoneista ja keskisuurista sähkötyökaluista (yli 1500 W ).
- Kun pysähtynyt, kondensaattorin ja lähtöaineena käämin on yhdistetty virtalähteeseen, joka tarjoaa alkaa vääntömomentti ja suunnan määrittämiseksi kierto . Riittää, että apukäämi käännetään taaksepäin ja kone kääntyy toiseen suuntaan.
- Yleensä kun kone on käynnistynyt tietyllä nopeudella , joka on keskipakoisvoiman kytkin avaa virtapiirin käämityksen ja käynnistyskondensaattorin.
Yhteys
Nämä yksivaiheiset ja kolmivaiheiset koneet on kytketty verkkoon tai käyttölaitteeseen riviliittimen (liitäntälevyn) kautta, joka on suojattu kokoonpanoon kiinnitetyllä yksiköllä. Pääsy koteloon tapahtuu yleensä poistamalla vedenpitävä kansi, joka sijaitsee yläosassa. Kaapelin sisäänmeno tapahtuu yhden (tai useamman) kaapeliläpiviennin kautta, joka on vastuussa virtajohdon tiiviyden ja mekaanisen pidon varmistamisesta.
- Kolmivaiheisten koneiden staattorikäämin kuusi liitintä sijoitetaan aina samalla tavalla liitäntäkortille. Tämä organisaatio sallii yhteyden joko tähdellä tai kolmiokerralla yksinkertaisen ja standardoidun menettelyn mukaisesti.
Kolmivaiheiset asynkroniset koneet pystyvät pyörimään molempiin suuntiin. Riippumatta siitä, ovatko ne kytketty tähtiin tai kolmiokanavaan, niiden toimintasuunnan muutos tapahtuu yksinkertaisesti vaihtamalla kaksi syöttöjohtoa, esimerkiksi U1 ja V1 yllä olevissa kaavioissa. Kolmen johtimen pyöreä permutaatio ei muuta pyörimissuuntaa.
Huomautuksia ja viitteitä
-
Vääntömomentin nopeustason (tunnetaan nimellä "neljä kvadranttia") kvadrantit I - IV , esiintyvät artikkelissa " Nelikulmio (matematiikka) ", nopeuden ordinaatissa ja vääntömomentin ollessa abscissassa . Kaikki sähkökoneet ( tasavirta- , synkroni- tai asynkroniset) - jotka ovat luonteeltaan palautuvia - vaihtavat keskeytyksettä "moottorikäytöstä" "generaattorikäyttöön" yksinkertaisesti kääntämällä vääntömomentin merkki (ajo tai kuormitus esimerkiksi kiihdytyksen tai (jarrutusvaiheet) tai nopeuden merkki (pyörimissuunnan kääntäminen).
-
BTS Electrotechnics (toinen vuosi) - Tasavirta-kone - Toiminnalliset kvadrantit , site physique.vije.net, käyty 8. elokuuta 2012.
-
Robert Chauprade, Francis Milsant, Vaihtovirtamoottoreiden elektroninen ohjaus - korkeakoulujen, insinööritieteiden korkeakoulujen, tiedekuntien, CNAM , Pariisi, toim. Eyrolles , koll. “Engineers EEA”, 1980, 200 Sivumäärä , s. 86-92 .
-
Yllä olevassa huomautuksessa määritellyn vääntömomentin nopeustason kvadrantit I tai III .
-
Yllä olevassa huomautuksessa määritetyn momentin ja nopeuden tason kvadranteissa II tai IV .
-
Guy Séguier ja François Notelet, Teollisuuden sähkötekniikka .
-
Robert Chauprade, Francis Milsant, Vaihtovirtamoottoreiden elektroninen ohjaus - korkeakoulujen, insinööritieteiden korkeakoulujen, tiedekuntien, CNAM , op. cit. , s. 79-86 .
-
Asynkroniseen koneeseen perustuvan tuuliturbiinin tutkimus , Cndp.fr - Dokumenttipohjat.
-
(en) US-patentti 359748
-
katso " Sähkön historia "
-
(it) Museo Elettrico - Galileo Ferraris , verkkosivustolla museoelettrico.com
-
Sveitsiläisten sähköyhtiöiden liitto , strom.ch-verkkosivustolla
-
” Kaupunkien rautatieverkko ” , metro-pole.net -sivustolla, arkistoitu wikiwixin toimesta.
-
Valmistajan Alstomin tekninen esite, alstom.com -sivustolla, arkistoitu wikiwixin toimesta
-
2007 Schneider Electric Automation Solutions Guide § 3-1, § 3-4 ja § 3-6. , sivustolla automation.schneider-electric.com
-
Patrick Abati, “ Pulssileveyden modulointi ” , sivustolla sitelec.org ,tammikuu 2003 [PDF] .
-
Patrick Abati, " Kolmivaiheisten asynkronimoottoreiden pyörimisnopeuden säätäminen " , sivustolla sitelec.org , alkuperä: Académie d'Aix-Marseille ,23. helmikuuta 2002.
-
Kolme kertaa nimellisvirta koneen mukaan Kostenko Mihail Piotrovsky ja Ludvik, sähkökoneet - AC koneet , nide II, Publishing Moskova (Mir), 1969 ( 3 th edition 1979), s. 558.
-
Viisi-kahdeksankertainen nimellisvirta, "Kolmivaiheisten asynkronimoottoreiden käynnistys ja jarrutus" mukaan sivustolla sitelec.org ( Aix-Marseille-akatemian alkuperä ), kuultiin 3. toukokuuta 2010.
-
Patrick Abati, " Kolmivaiheisten asynkronimoottoreiden käynnistys ja jarrutus " , sivustossa sitelec.org , alkuperä: Académie d'Aix-Marseille ,23. helmikuuta 2002.
-
MA Iliovici, Teollisuuden sähkön keskimääräinen kulku , til. 2: vaihtovirtageneraattori ja moottorit; muuntajat; teollisuuden sähkösovellukset, Pariisi, Léon Eyrollesin teknisen koulutuksen kirjasto,1945, 496 Sivumäärä , "Monivaiheisen induktiomoottorin käynnistys", s. 78neljästoista painos
-
Tom Bishop, Oravan häkkiroottorien testaus, EASA-yleissopimus, kesäkuu 2003 (saatavana verkossa Pumping Machinery -sivustolta
-
[PDF] Poitiers-akatemian teknologia- ja teollisuustieteiden yhdistämis- ja kasvatustutkimuskeskus
-
André Bonnet, ” Kolmivaiheinen asynkroninen kone ” , sivustolla sitelec.org , alkuperä: Académie d'Aix-Marseille ,9. huhtikuuta 2002.
-
Pierre maye, Teollisuuden sähkömoottorit , Pariisi, Dunod , Coll. "Sup Sciences",2011, 2 nd ed. ( 1 st toim. 2005), 392 s. ( ISBN 978-2-10-057201-4 , lue verkossa ) , s. 209.
-
" Johdanto asynkronisten koneiden vektoriohjaukseen " , osoitteessa geea.org .
-
Édouard Lefranc, Jean Poinsard, Georges Auclerc, Sähkö - Vaihtovirta: Sähköstaattinen - Eristimet - Elektroniset putket - Vaihtovirrat - Koneet - Tasasuuntaajat , Les Éditions Foucher , Pariisi, 1957, s. 130 .
Liitteet
Bibliografia ranskaksi
- J. Chatelain, Sähkökoneet. Sähkön, elektroniikan ja sähkötekniikan tutkimuksen X nide , Presse polytechnique romande, Éd. Georgi 1983; uudelleenjulkaisu Dunod, 1993.
- A. Fouillé, insinöörien sähkötekniikka. T.2, sähkökoneet , Dunod, 1969.
-
Jean-Paul Hautier , Jean-Pierre Caron, Asynkronikoneen mallintaminen ja hallinta , voi. 7, Pariisi, TECHNIP, kokoonpano "Menetelmät ja käytännöt",1995, 304 Sivumäärä ( ISBN 2-7108-0683-5 ).
- Mikhail Kostenko ja Ludvik Piotrovski, sähkökoneet , t. II , vaihtovirtakoneet , Moscow Publishing (MIR), 1969; 3 th edition, 1979, 766 s.
- Poloujadoff, Sähkömekaaniset muunnokset: EEA: n ja C3: n hallinta - Dunlop, Pariisi, 1969.
- M.Poloujadoff, Asynkroniset koneet - pysyvä järjestelmä , D 3480, Encyclopedia of Engineering Techniques, 1998.
- M. Poloujadoff, Asynkroniset koneet - määrittelemättömät järjestelmät , D 3485, Encyclopedia of Engineering Techniques, 2000.
-
Saint-Jean, sähkötekniikka ja sähkökoneet , LIDEC - Eyrolles,1976, 373 Sivumäärä ( ISBN 0-7762-5651-3 ).
-
Guy Seguier ja Francis Notelet, teollisuuden sähkötekniikka , Pariisi / Lontoo / New York, Tec ja doc,2006, 552 Sivumäärä ( ISBN 2-7430-0791-5 ).
-
Francis Labrique, Ernest Matagne, Damien Grenier ja Hervé Buyse, sähkömekaniikka, energianmuuntimet ja toimilaitteet , Pariisi, Dunod ,2001, 306 Sivumäärä ( ISBN 2-10-005325-6 ).
Aiheeseen liittyvät artikkelit
Ulkoiset linkit