Принцип работы двигателей переменного тока

Двигатель переменного тока — это устройство, преобразующее электрическую энергию переменного тока в механическую энергию. В основном он состоит из электромагнитной обмотки или распределенной обмотки статора, используемой для генерации магнитного поля, а также вращающегося якоря или ротора. Двигатель работает по принципу, согласно которому катушка с током-испытывает силу магнитного поля, заставляющую ее вращаться. Двигатели переменного тока подразделяются на два типа: синхронные двигатели переменного тока и асинхронные двигатели [1].

Обмотки статора трехфазного двигателя переменного тока-по сути представляют собой три катушки, расположенные на расстоянии 120 градусов друг от друга и соединенные по схеме треугольника или звезды. При подаче трехфазного тока в каждой катушке создается магнитное поле, и комбинация этих трех полей создает вращающееся магнитное поле.

Двигатели переменного тока состоят из статора и ротора и делятся на два типа: синхронные двигатели переменного тока и асинхронные двигатели. Оба типа двигателей генерируют вращающееся магнитное поле путем пропускания переменного тока через обмотку статора, но обмотка ротора синхронных двигателей переменного тока обычно требует подачи постоянного тока (тока возбуждения) от возбудителя; С другой стороны, асинхронные двигатели не требуют прохождения тока через обмотку ротора.

Обмотка статора трехфазного двигателя переменного тока состоит из трех катушек, расположенных на расстоянии 120 градусов друг от друга и соединенных в форме треугольника или звезды. При подаче трехфазного тока в каждой катушке создается магнитное поле, и эти три магнитных поля объединяются, образуя вращающееся магнитное поле. Ток совершает полную вибрацию, а вращающееся магнитное поле поворачивается ровно один раз. Следовательно, число оборотов вращающегося магнитного поля в минуту равно N=60f. В формуле f — частота сети.

Двигатели переменного тока можно разделить на синхронные двигатели и асинхронные двигатели (также известные как асинхронные двигатели) в зависимости от скорости вращения ротора. Независимо от величины нагрузки скорость ротора синхронного двигателя всегда равна скорости вращающегося магнитного поля, поэтому эту скорость называют синхронной скоростью. Как уже говорилось выше, это зависит только от частоты источника питания. Скорость асинхронных двигателей непостоянна, она зависит от величины нагрузки и напряжения питания. Существует два типа трехфазных асинхронных двигателей: двигатели без выпрямителей и двигатели с выпрямителями. Подавляющее большинство асинхронных двигателей, используемых на практике, представляют собой асинхронные двигатели без выпрямителей (хотя трехфазные и последовательные трехфазные асинхронные выпрямительные двигатели обладают преимуществами регулируемой скорости в большом диапазоне и высокого коэффициента мощности), и их скорость всегда ниже синхронной.

 

Основная цель

Эффективность работы электродвигателей переменного тока высокая, без дыма, запаха, загрязнения окружающей среды и с низким уровнем шума. Благодаря ряду преимуществ он широко используется в различных областях, таких как промышленное и сельскохозяйственное производство, транспорт, национальная оборона, коммерческая и бытовая техника, медицинское электрооборудование и т. д.

 

Принцип работы

Асинхронный двигатель, также известный как асинхронный двигатель, представляет собой ротор, помещенный во вращающееся магнитное поле и получающий вращающий момент под действием вращающегося магнитного поля, заставляющий ротор вращаться.

Внешний вид и внутреннее устройство асинхронного двигателя. Ротор представляет собой вращающийся проводник, обычно имеющий форму беличьей клетки. Статор — это невращающаяся часть электродвигателя, основная задача которого — создание вращающегося магнитного поля. Вращающиеся магнитные поля не достигаются механическими методами. Но вместо этого к нескольким парам электромагнитов подается переменный ток, в результате чего свойства их магнитных полюсов циклически изменяются, что эквивалентно вращающемуся магнитному полю. Этот тип двигателя не имеет щеток или коллекторных колец, как двигатели постоянного тока. В зависимости от типа используемой сети переменного тока различают однофазные двигатели и трехфазные двигатели. Однофазные двигатели используются в таких устройствах, как стиральные машины и электрические вентиляторы; Трехфазные электродвигатели используются в качестве силового оборудования на заводах. Благодаря относительному движению между вращающимся магнитным полем, создаваемым статором (с синхронной скоростью n1) и обмоткой ротора, обмотка ротора разрезает линию магнитной индукции и генерирует индуцированную электродвижущую силу, тем самым генерируя индуцированный ток в обмотке ротора. Наведенный ток в обмотке ротора взаимодействует с магнитным полем, создавая электромагнитный крутящий момент, заставляя ротор вращаться. По мере того, как скорость ротора постепенно приближается к синхронной, индуцированный ток постепенно уменьшается, и соответственно уменьшается генерируемый электромагнитный крутящий момент. Когда асинхронный двигатель работает в режиме двигателя, скорость ротора ниже синхронной скорости. Для описания разницы между частотой вращения ротора n и синхронной скоростью n1 вводится коэффициент скольжения

 

 

Стратегия управления

С развитием технологий силовой электроники, микроэлектроники, технологий цифрового управления и теории управления динамические и статические характеристики систем привода переменного тока могут быть полностью сопоставимы с системами привода постоянного тока. Системы привода переменного тока получили широкое распространение, и замена привода постоянного тока приводом переменного тока постепенно стала реальностью.

Поскольку двигатели переменного тока по своей сути являются сложными объектами с нелинейностью, множеством переменных, сильной связью, изменяющимися во времени параметрами-и большими помехами, их эффективное управление всегда было горячей темой исследований как внутри страны, так и за рубежом, и были предложены различные стратегии и методы управления. Среди них классическое линейное управление не может преодолеть влияние нагрузки, крупномасштабных изменений параметров модели и нелинейных факторов, что приводит к низкой эффективности управления; Векторное управление и прямое управление крутящим моментом также имеют некоторые проблемы: в последние годы, с развитием современной теории управления и интеллектуального управления, усовершенствованные алгоритмы управления были применены к управлению двигателем переменного тока и достигли определенных результатов [2].

Метод управления стационарной моделью

Обычно используемые схемы управления моделями в устойчивом-состоянии включают в себя управление постоянным-отношением v/f с разомкнутым-контуром (т. е. постоянная напряжения/частоты=) и управление скольжением частоты с замкнутым-контуром.

(1) Управление постоянным соотношением напряжения и частоты

Этот метод представляет собой метод управления с разомкнутым-контуром, который начинается с базового режима управления переменным напряжением и преобразованием частоты и не включает обратную связь по скорости. В связи с тем, что при частоте ниже номинальной, если напряжение остается постоянным и снижается только частота, поток в воздушном зазоре будет слишком большим, вызывая магнитное насыщение и, в тяжелых случаях, перегорание двигателя. Чтобы поддерживать постоянный магнитный поток воздушного зазора, для управления используется постоянное отношение наведенного потенциала к частоте.

 

 

Распространенные неисправности

Двигатели переменного тока склонны к сбоям во время работы из-за трения, вибрации, старения изоляции и других причин. Если эти неисправности проверены, обнаружены и устранены своевременно, они могут эффективно предотвратить возникновение несчастных случаев.

Проверка общих неисправностей

1. Прислушайтесь к звуку и внимательно определите место неисправности. Если во время работы асинхронного двигателя переменного тока слышен слабый «жужжащий» звук без каких-либо колебаний, это нормальный звук. Если звук грубый и имеет резкие «жужжащие» или «шипящие» звуки, это предвестник неисправности. Следует учитывать следующие причины:

(l) Вибрация и колебания температуры двигателя с незакрепленным железным сердечником во время работы могут вызвать деформацию крепежных болтов железного сердечника, что приведет к расшатыванию листов кремнистой стали и возникновению сильного электромагнитного шума.

(2) Звук, производимый вращением ротора, создаваемый охлаждающим вентилятором, представляет собой звук «вуу». Если слышен звук «дондон», похожий на стук в барабан, это вызвано ослаблением посадки между железным сердечником ротора и валом из-за ускоряющего момента двигателя во время внезапного запуска, остановки, обратного торможения и других ситуаций с переменной скоростью. В легких случаях можно продолжать использовать, а в тяжелых случаях можно разобрать для осмотра и ремонта.

(3) Во время работы двигателя с шумом подшипников необходимо обращать внимание на изменения звука подшипников. Прикоснувшись одним концом отвертки к крышке подшипника, а другим концом к уху, можно услышать изменение внутреннего звука двигателя. Различные детали и неисправности издают разные звуки. Звук «скрип» вызван неравномерным движением ролика внутри подшипника, что связано с зазором подшипника и состоянием смазки. «Шипящий» звук — это звук трения металла, обычно вызванный недостатком масла в подшипнике из-за его износа. Подшипник следует разобрать и смазать консистентной смазкой и т. д.

2. С помощью обоняния определите, что неисправный двигатель не имеет запаха при нормальной работе. Если вы почувствуете какой-либо запах, это сигнал неисправности, например, запах гари, который исходит от изоляционной решетки и может даже задымиться при повышении температуры двигателя; Если присутствует запах горелого масла, то это в основном связано с отсутствием масла в подшипнике, а также запахом, вызванным испарением масла и газа при приближении к состоянию сухого шлифования.

3. Используйте тактильные ощущения для проверки наличия неисправностей. Прикоснувшись рукой к корпусу телевизора, можно примерно определить температуру. Если вы чувствуете себя очень жарко и значение температуры высокое при прикосновении к корпусу двигателя рукой, вам следует выяснить причину, например, чрезмерную нагрузку или высокое напряжение, а затем устранить проблему в зависимости от причины.