Induktiomoottorin toimintaperiaate

Induktiomoottori on vaihtovirta-sähkökone, joka muuntaa sähköenergian mekaaniseksi energiaksi. Induktiomoottoria käytetään laajasti erilaisissa sovelluksissa kodinkoneista raskaaseen teollisuuteen. Koneessa on niin paljon sovelluksia, joita on vaikea laskea, ja voit kuvitella mittakaavan tietäen, että melkein 30% maailmanlaajuisesti tuotetusta sähköstä kuluu itse induktiomoottoreilla. Tämän hämmästyttävän koneen on keksinyt suuri tiedemies Nikola Tesla, ja tämä keksintö on muuttanut pysyvästi ihmissivilisaation kulkua.

Tässä on muutamia yksivaiheisten ja kolmivaiheisten induktiomoottoreiden sovelluksia, joita voimme löytää jokapäiväisessä elämässä.

Yksivaiheisten induktiomoottoreiden sovellukset:

• Sähkötuulettimet kotona
• Porakoneet
• Pumput
• Hiomakoneet
• Lelut
• Imuri
• Poistoilmapuhaltimet
• Kompressorit ja parranajokoneet

Kolmivaiheisten induktiomoottoreiden sovellukset:

• Pienet, keskisuuret ja suuret teollisuudenalat.
• Hissit
• Nosturit
• Sorvikoneiden ajo
• Öljynjalostamot
• Robottivarret
• Kuljettimien hihnajärjestelmä
• Raskaat murskaimet

Induktiomoottoreille on monen kokoisia ja muotoisia, joiden suhteellinen ominaisuudet ja nimellisarvot. Ne vaihtelevat muutamasta senttimetristä muutamaan metriin ja niiden nimellisteho on 0,5 - 10000 hv. Käyttäjä voi valita sopivimman mallien valtamerestä vastaamaan hänen kysyntään.

Olemme jo keskustelleet Motorsin perusteista ja niiden toiminnasta edellisessä artikkelissa. Tässä keskustelemme induktiomoottorin rakenteesta ja työskentelystä yksityiskohtaisesti.

Induktiomoottorin toimintaperiaate

Harkitse ensin yksinkertaisen asennuksen ymmärtämistä induktiomoottorin toimintaperiaatteesta kuvan osoittamalla tavalla.

Tässä,

• Kaksi saman kokoista rauta- tai ferriittiytintä otetaan ja ripustetaan ilmassa etäisyydellä.
• Emaloitu kuparilanka on kiedottu ylempään ytimeen, jota seuraa alempi ja kaksi päätä viedään toiselle puolelle kuvan osoittamalla tavalla.
• Ydin toimii tässä väliaineena kelan tuottaman magneettivuon kuljettamiseksi ja keskittämiseksi toiminnan aikana.

Jos nyt liitämme vaihtovirtajännitteen kuparin kahteen päähän, meillä on jotain alla olevaa.

AC: n positiivisen jakson aikana:

Täällä ensimmäisen puoliskosyklin aikana positiivinen jännite pisteessä A siirtyy vähitellen nollasta maksimiin ja palaa sitten takaisin nollaan. Tänä aikana käämin nykyinen virtaus voidaan esittää.

Tässä,

• Vaihtovirtalähteen positiivisen jakson aikana molempien käämien virta kasvaa vähitellen nollasta maksimiin ja palaa sitten vähitellen takaisin maksimista nollaan. Tämä johtuu siitä, että Ohmin lain mukaan johtimen virta on suoraan verrannollinen päätelaitteen jännitteeseen, ja keskustelimme siitä monta kertaa aiemmissa artikkeleissa.
• Käämit on kääritty siten, että molempien käämien virta kulkee samaan suuntaan, ja voimme nähdä saman kaaviossa.

Muistakaamme nyt laki, jota kutsutaan Lenzin lakiksi, jota tutkimme aiemmin ennen eteenpäin siirtymistä. Lenzin lain mukaan ' virtaa kuljettava johdin tuottaa magneettisen täytteen pinnansa ympärille',

ja jos sovellamme tätä lakia yllä olevassa esimerkissä, kukin silmukka synnyttää magneettikentän molemmissa keloissa. Jos lisäämme koko kelan tuottaman magneettivuon, niin se saa huomattavan arvon. Koko tämä virtaus ilmestyy rautaytimelle, kun kela kääritään ydinrunkoon.

Mukavuuden vuoksi, jos piirrämme magneettivuon linjat, jotka on keskitetty rautasydämelle molemmista päistä, meillä on jotain alla olevaa.

Täällä voit nähdä magneettilinjat keskittyvän rautasydämiin ja sen liikkumiseen ilmarakon läpi.

Tämä vuon voimakkuus on suoraan verrannollinen molempiin rautakappaleisiin käämityissä keloissa virtaavaan virtaan. Joten positiivisen puoliskosyklin aikana virtaus siirtyy nollasta maksimiin ja sitten vaimennetaan maksimista nollaan. Kun positiivinen sykli on valmis, kenttäintensiteetti ilmarakossa saavuttaa myös nollan ja tämän jälkeen meillä on negatiivinen sykli.

AC: n negatiivisen jakson aikana:

Tämän sinimuotoisen jännitteen negatiivisen jakson aikana positiivinen jännite pisteessä 'B' siirtyy vähitellen nollasta maksimiin ja palaa sitten takaisin nollaan. Kuten tavallista, tämän jännitteen takia virta virtaa ja voimme nähdä tämän virran suunnan käämeissä alla olevassa kuvassa.

Koska virta on lineaarisesti verrannollinen jännitteeseen, sen suuruus molemmissa käämeissä kasvaa vähitellen nollasta maksimiin ja laskee sitten maksimin nollasta.

Jos tarkastellaan Lenzin lakia, magneettikenttä ilmestyy kelojen ympärille virran takia, joka on samanlainen kuin positiivisessa syklissä tutkittu tapaus. Tämä kenttä keskittyy ferriittiytimien keskelle kuvan osoittamalla tavalla. Koska vuon intensiteetti on suoraan verrannollinen molempiin rautakappaleisiin käämityissä keloissa virtaavaan virtaan, tämä vuokauhu siirtyy myös nollasta maksimiin ja sitten vaimennetaan maksimista nollaan virran suuruuden mukaan. Vaikka tämä on samanlainen kuin positiivinen sykli, siinä on ero ja se on magneettikentän linjojen suunta. Voit tarkkailla tätä virtaussuunnan eroa kaavioissa.

Negatiivisen syklin jälkeen tulee positiivinen sykli, jota seuraa toinen negatiivinen sykli, ja se jatkuu niin, kunnes AC-sinimuotoinen jännite poistetaan. Ja tämän vaihtuvan jännitesyklin ansiosta magneettikenttä rautaytimien keskellä muuttuu jatkuvasti sekä suuruudeltaan että suunnalta.

Lopuksi käyttämällä tätä asetusta,

• Olemme kehittäneet magneettikentälle keskitetyn alueen rautaytimien keskelle.
• Ilmarakon magneettikentän voimakkuus muuttuu jatkuvasti sekä suuruudessa että suunnassa.
• Kenttä seuraa AC-sinimuotoisen jännitteen aaltomuotoa.

Faradaysin sähkömagneettisen induktion laki

Tämä tähän asti keskusteltu asetus soveltuu parhaiten Faradaysin sähkömagneettisen induktion lain toteuttamiseen. Tämä johtuu siitä, että jatkuvasti muuttava magneettikenttä on tärkein ja tärkein vaatimus sähkömagneettiselle induktiolle.

Tutkimme tätä lakia täällä, koska induktiomoottori toimii Faradayn sähkömagneettisen induktion lain periaatteella.

Tarkastellaksemme nyt sähkömagneettisen induktion ilmiötä, tarkastellaan alla olevaa asetusta.

• Johdin otetaan ja muotoillaan se neliöksi, jonka molemmat päät ovat oikosulussa.
• Metallitanko on kiinnitetty johtimen neliön keskelle, joka toimii asennuksen akselina.
• Nyt johtimen neliö voi pyöriä vapaasti akselia pitkin, ja sitä kutsutaan roottoriksi.
• Roottori sijoitetaan ilmarakon keskelle niin, että johtosilmukka voi kokea roottorikelojen tuottaman maksimikentän.

Faradayn sähkömagneettisen induktion lain mukaan tiedämme, että " kun vaihteleva magneettikenttä katkaisee metallijohtimen, EMF tai jännite indusoituu johtimeen" .

Sovelletaan nyt tätä lakia ymmärtääksemme induktiomoottorin toiminnan:

• Tämän sähkömagneettisen induktion lain mukaan EMF: n tulisi indusoitua keskelle sijoitettuun roottorin johtimeen sen kokeman magneettikentän muuttuessa.
• Tämän indusoidun EMF: n ja johtimen oikosulun vuoksi virta kulkee koko silmukassa kuvan osoittamalla tavalla.
• Tässä tulee avain induktiomoottorin toimintaan. Tiedämme Lenzin lain mukaan, että virtaa kuljettava johdin muodostaa ympärilleen magneettikentän, jonka voimakkuus on verrannollinen virran suuruuteen.
• Koska laki on yleismaailmallinen, roottorin johtosilmukan on myös muodostettava magneettikenttä, koska virta kulkee sen läpi sähkömagneettisen induktion takia.
• Jos kutsutaan staattorin käämien ja rautasydämen asennuksen tuottamaa magneettikenttää päävirtaukseksi tai staattorin vuoksi. Sitten voimme kutsua roottorin johtimen silmukan tuottamaa magneettikenttää roottorin vuoksi.
• Päävirtauksen ja roottorin vuon vuorovaikutuksen takia roottori kokee voiman. Tämä voima yrittää vastustaa EMF-induktiota roottoriin säätämällä roottorin asentoa. Siksi koemme liikkeen akselin asennossa tällä hetkellä.
• Nyt magneettikenttä muuttuu jatkuvasti vaihtojännitteen takia, voima myös säätää roottorin asentoa jatkuvasti ilman pysähdyksiä.
• Joten roottori pyörii jatkuvasti vaihtojännitteen takia ja siten meillä on mekaaninen teho roottorin akselilla tai akselilla.

Sen avulla olemme nähneet, kuinka roottoriin tapahtuvan sähkömagneettisen induktion takia meillä on mekaaninen teho akselilla. Joten tälle asetukselle annettua nimeä kutsutaan induktiomoottoriksi.

Tähän asti olemme keskustelleet induktiomoottorin toimintaperiaatteesta, mutta muista, että sekä teoria että käytäntö ovat erilaisia. Ja induktiomoottorin toimintaan tarvitaan lisäasetukset, joista keskustelemme alla.

Yksivaiheinen induktiomoottori

Induktiomoottoria, joka toimii yksivaiheisella vaihtovirralla, kutsutaan yksivaiheiseksi induktiomoottoriksi.

Voimajohto kodeissamme on 240 V / 50 Hz vaihtovirta yksivaiheinen voimajohto ja induktiomoottoreita, joita käytämme päivittäisessä elämässämme kodeissamme, kutsutaan yksivaiheisiksi induktiomoottoreiksi.

Yksivaiheisen induktiomoottorin toimintaperiaatteen ymmärtämiseksi paremmin tarkastellaan yksivaiheisen induktiomoottorin rakennetta.

Tässä,

• Otamme useita johtimia ja asennamme ne vapaasti pyörivään akseliin kuvan osoittamalla tavalla.
• Lyhennämme myös kaikkien johtimien päät metallirenkaalla, mikä luo useita johtimien silmukoita, joita olemme aiemmin tutkineet.
• Tämä roottorin kokoonpano näyttää tarkemmin katsottuna oravakotelolta, ja siksi sitä kutsutaan oravakehon induktiomoottoriksi. Katsotaanpa tässä oravan häkkiroottorin 3D-rakennetta.

• Staattori, jota pidettiin täydellisenä rautapalana, on itse asiassa joukko ohuita rautalevyjä, jotka on pinottu yhteen. Ne ovat niin tiiviisti kiinni, ettei niiden välillä ole kirjaimellisesti ilmaa. Käytämme pinoa rautalevyjä yhden rauta-kappaleen sijaan samasta syystä kuin valssattuja rautalevyjä, kun kyseessä on tehomuuntaja, jonka tarkoituksena on vähentää rautahäviöitä. Pinoamismenetelmää käyttämällä pienennämme tehohäviötä huomattavasti pitäen samalla suorituskyvyn ennallaan.

Tämän asennuksen toiminta on samanlainen kuin asennus, jota käytetään induktiomoottorin toimintaperiaatteen selittämisessä .

• Ensinnäkin annamme vaihtojännitteen ja tämän jännitteen takia virta kulkee staattorin käämityksen läpi sekä ylä- että alaosassa.
• Virran takia magneettikenttä syntyy sekä ylä- että alaosassa.
• Suurin osa rautalevyistä toimii ydinvälineenä kelojen tuottaman magneettikentän kuljettamiseksi.
• Tämä rautasydämen kantama vuorotteleva magneettikenttä keskittyy keskimmäiseen ilmarakoon tarkoituksellisen rakennesuunnittelun vuoksi.
• Koska roottori on sijoitettu tähän ilmarakoon, myös roottoriin kiinnitetyt oikosulkujohtimet kokevat tämän vaihtelevan kentän.
• Kentän vuoksi virta indusoituu roottorin johtimiin.
• Koska virta kulkee roottorin johtimien läpi, roottorin ympärille syntyy myös magneettikenttä.
• Syntyvän roottorin magneettikentän ja staattorin magneettikentän vuorovaikutuksessa roottori kokee voiman.
• Tämä voima siirtää roottoria akselia pitkin ja siten meillä on pyörimisliike.
• Koska jännite muuttuu jatkuvasti sinimuotoisena jännitteenä, myös roottori pyörii jatkuvasti akselinsa ympäri. Siten meillä on jatkuva mekaaninen lähtö annetulle yksivaiheiselle tulojännitteelle.

Vaikka oletamme, että roottori pyörii automaattisesti, kun teho on annettu yksivaiheiselle moottorille, ei ole. Koska yksivaiheisen induktiomoottorin tuottama kenttä on vuorotteleva magneettikenttä eikä pyörivä magneettikenttä. Joten moottorin käynnistyessä roottori lukkiutuu asentoonsa, koska sen alemman ja ylimmän kelan takia kokema voima on samaa suuruusluokkaa ja vastakkainen suunnassa. Joten alussa roottorin kokema nettovoima on nolla. Tämän välttämiseksi käytämme induktiomoottorin apukäämitystä itsekäynnistyväksi moottoriksi. Tämä apukäämitys tarjoaa tarvittavan kentän roottorin liikuttamiseksi alussa. Esimerkki tästä tapauksesta on sähkötuuletin, jonka näemme jokapäiväisessä elämässämme,joka on kondensaattorin käynnistys ja käyttää induktiomoottoria, jossa apukäämi on kytketty sarjaan kondensaattorin kanssa.

Kolmivaiheinen induktiomoottori

Kolmivaiheisella vaihtovirralla toimivaa induktiomoottoria kutsutaan kolmivaiheiseksi induktiomoottoriksi. Kolmivaiheisia induktiomoottoreita käytetään yleensä teollisuudessa, eivätkä ne sovellu kotikäyttöön.

Teollisuuden käytettävissä oleva voimajohto on 400 V / 50 Hz Kolmivaiheinen nelilinjainen vaihtovirtalähde, ja teollisuuden tällä virtalähteellä toimivia induktiomoottoreita kutsutaan kolmivaiheisiksi induktiomoottoreiksi.

Kolmivaiheisen induktiomoottorin toimintaperiaatteen ymmärtämiseksi paremmin tarkastellaan kolmivaiheisen induktiomoottorin rakennetta.

Tässä,

• Vaihe A käämitys alkaa yläsegmentistä ja sen jälkeen alaosasta kuvan osoittamalla tavalla.
• Vaiheen molemmista päistä käämi on kytketty kolmivaiheisen virtalähteen vaiheen A voimajohtoon, kun taas toinen pää on kytketty saman kolmen vaiheen nelirivisen virtalähteen neutraaliin. Tämä on mahdollista, koska kolmivaiheisessa nelirivisessä virtalähteessä meillä on kolme ensimmäistä linjaa, joilla on kolme linjajännitettä, kun taas neljäs linja on neutraali.
• Muut kaksivaiheiset käämit noudattavat samaa mallia kuin vaihe A. Vaiheen B käämityksen kahdessa päässä yksi on kytketty kolmivaiheisen virtalähteen vaiheen B voimajohtoon, kun taas toinen pää on kytketty samojen kolmen vaiheen nollaan neljän linjan virtalähde.
• Roottorin rakenne on samanlainen kuin oravakori ja se on saman tyyppinen roottori, jota käytetään yksivaiheisessa induktiomoottorissa.

Jos toimitamme sähkövirran staattorin kolmivaiheisille käämeille, virta alkaa virrata kaikissa kolmessa käämissä. Tämän virran takia kelat synnyttävät magneettikentän ja tämä kenttä virtaa vähemmän magneettisen resistiivitien kautta, jonka laminoitu ydin tarjoaa. Tässä moottorin rakenne on suunniteltu siten, että ytimen kantama magneettikenttä keskittyy ilmarakoon keskellä, johon roottori sijoitetaan. Joten magneettikenttä, jonka ydin keskittyy keskirakoon, vaikuttaa roottorin johtimiin aiheuttaen siten virran niissä.

Johtovirran läsnä ollessa roottori tuottaa myös magneettikentän, joka on vuorovaikutuksessa staattorikentän kanssa milloin tahansa. Ja tämän vuorovaikutuksen ansiosta roottori kokee voiman, joka johtaa moottorin pyörimiseen.

Tässä staattorin tuottama magneettikenttä on pyörivää tyyppiä kolmivaiheisen tehon takia, toisin kuin vaihtovirtatyyppi, josta keskustelimme yksivaiheisessa moottorissa. Ja tämän pyörivän magneettikentän takia roottori alkaa pyöriä itsestään myös ilman alkuperäistä työntöä. Tämä tekee kolmivaiheisesta moottorista itsestään käynnistyvän tyypin, emmekä tarvitse apukäämitystä tämän tyyppiselle moottorille.