Endüksiyon motoru - Induction motor
Bir endüksiyon motoru veya asenkron motor bir bir AC elektrik motoru olan elektrik akımı içinde rotorun torku üretmek için ihtiyaç duyulan ile elde edilir elektromanyetik indüksiyon gelen manyetik alan içinde statorun bobin. Bir indüksiyon motoru bu nedenle rotor elektrik bağlantıları olmadan yapılabilir. Bir indüksiyon motorunun, rotor da olabilir yara tipi veya sincap kafesli türü.
Üç fazlı sincap kafesli bunlar, sağlam, güvenilir ve ekonomik olduğu için asenkron motorlar yaygın endüstriyel sürücüler olarak kullanılır. Tek fazlı asenkron motorlar böyle hayranları gibi ev aletleri gibi küçük yükler için yaygın olarak kullanılmaktadır. Geleneksel olarak sabit hızlı hizmet kullanılsa da, asenkron motorlar giderek ile birlikte kullanıldığında , değişken frekanslı sürücüler değişken hızlı servisi (VFD). VFD'ler değişken tork mevcut ve müstakbel endüksiyon motorları için özellikle önemli enerji tasarrufu fırsatlar sunmaktadır santrifüj fan, pompa ve kompresör yük uygulamaları. Sincap kafesli indüksiyon motorları oldukça yaygın olarak sabit hız ve hem de kullanılan değişken frekanslı tahrik (VFD) uygulamalar.
içindekiler
- 1 Tarihçe
- 2 Çalışma prensibi
- 3 İnşaat
- 4 ters yönde
- 5 Güç faktörü
- 6 Verimliliği
- 7 Steinmetz eşdeğer devre
- 8 doğrusal endüksiyon motoru
- 9 Ayrıca bakınız
- 10 Notlar
- 11 Kaynaklar
- 12 Klasik kaynaklar
- 13 Dış bağlantılar
Tarihçe
1824 yılında Fransız fizikçi François Arago varlığı formüle dönen manyetik alanlar , adlandırılan arago en rotasyonları . El ve kapalı anahtar çevirerek Walter BaiIy 1879 etkili bir şekilde ilk ilkel endüksiyon motoru bu gösterdi.
Birinci dalgalı komütatör içermez , üç fazlı asenkron motorlar tarafından bağımsız olarak icat edildi Galileo Ferrari ve Tesla bir çalışma motor modeli 1885 içinde ve Tesla başvurusunda 1887 yılında kede gösterdiği edilmiş olan ABD patent Ekim ve Kasım 1887 Nisan 1888 Mayıs 1888 yılında bu patentlerin bazılarının verildi, Torino Kraliyet Bilim Akademisi , motor operasyonun temellerini ayrıntılı şekilde sunduğu AC fazlı motoru üzerindeki Ferrari'leri araştırmasındanhâlâ yayınladı. Mayıs 1888 yılında Tesla teknik bildiri sunmuştur Alternatif Akım Motorları ve Transformers İçin Yeni Bir Sistem için Elektrik Mühendisleri Amerikan Enstitüsü olmayan, kendini-oluşturan dört kutuplu rotor ile bir üç dört stator kutuplu motor çeşitleri açıklayan (AIEEE) başlangıç relüktans motoru , bir kendi kendine başlayan endüksiyon motoru oluşturan bir yara rotorlu bir ve üçüncü gerçek bir senkron motor rotor bobinine ayrı bir şekilde eksite DC besleme.
George Westinghouse bir gelişiyordu, alternatif akım güç o zaman sistem, 1888 yılında Tesla'nın patentleri lisanslı ve Ferraris' endüksiyon motoru kavramına bir ABD patent opsiyonu satın. Tesla da danışman olarak bir yıl süreyle istihdam edildi. Westinghouse çalışanı CF Scott Tesla yardımcı olmak için atanan ve daha sonra Westinghouse de endüksiyon motoru gelişimini devraldı. Üç fazlı geliştirme terfi sadık, Mikhail Dolivo-Dobrovolski'nin 1889'da kafes rotorlu bir indüksiyon motoru ve ayrıca 1890 üç bacak transformatör icat, o Tesla motor için iki-fazlı pulsasyon, pratik olmadığı iddia edilen onun üç fazlı çalışmalarında devam etmesini istenir. Westinghouse 1892 yılında ilk pratik endüksiyon motoru elde ve çok fazlı 60 bir çizgi geliştirilmiş olmasına rağmen Hertz 1893 asenkron motorlar, bu erken Westinghouse motorları olan iki fazlı motorlar kadar yara rotorlar ile BG Lamme rotor bobin döner bir çubuk geliştirdi.
General Electric Şirketi (GE) 1896 By 1891 yılında üç fazlı asenkron motorları geliştirmeye başladı General Electric ve Westinghouse sonra sincap kafesli rotor denilen, bar-sarma-rotor tasarımı için bir çapraz lisans anlaşması imzaladı. Arthur E. Kennelly dolu önemini ortaya çıkarmak için ilk oldu karmaşık sayılar (kullanarak j 90º belirtmek için eksi bir karekökünü temsil etmek) rotasyon AC problemlerin analizinde operatörü. GE Charles Proteus Steinmetz büyük ölçüde hemen yaygın asenkron motor olarak bilinen bir analiz modeli dahil olmak üzere, AC kompleks miktarları uygulama geliştirmiştir Steinmetz eşdeğer devresi .
Bu buluş ve yenilik akan asenkron motor gelişmeler bir 100 olacak şekildeydi beygir endüksiyon motoru şu anda 1897 yılında 7.5 beygir gücü motoru ile aynı montaj boyutlara sahiptir.
Çalışma prensibi
İndüksiyon ve ikisinde de senkron motorlar , motorun verilen AC güç stator bir oluşturur manyetik alan AC salınımlar senkronize olarak döner. Bir senkronize motor rotor stator alanı ile aynı hızda döner iken, bir indüksiyon motorunun rotor stator alanında bir şekilde daha düşük bir hızda döner. Endüksiyon motoru stator manyetik alanı bu nedenle değişen ya da rotor göre dönmektedir. Bu ikinci, kısa devre ya da kapalı bir dış empedansı boyunca olduğunda etki motor ikincil sarım, indüksiyon motorunun rotor içinde bir karşıt akım indükler. Döner manyetik akı rotorun sargılarında akımları neden olur; Bir indüklenen akımlardan benzer bir şekilde transformatör 'in ikincil (ler) sarma.
Bu da, rotor sargılarında indüklenen akımlar, stator alanına karşı tepki rotor manyetik alanlar oluşturur. Nedeniyle Lenz yasası rotor sargıları üzerinden akım değişimine zıt olarak, oluşturulan manyetik alanın yönü böyle olacaktır. Rotor sargılarında indüklenen akımın neden böylece rotor dönen stator manyetik alan yönünde dönmeye başlar rotor bobin akımları değişimi karşı dönen stator manyetik alandır. Kaynaklı rotor akımının tork büyüklüğü rotorun dönme üzerine uygulanan mekanik yükünü dengeler kadar rotor hızlandırır. Senkronize bir hızda dönme bir indüklenmiş rotor akımı ile sonuçlanacaktır yana, bir indüksiyon motoru, her zaman senkronize bir hızda daha yavaş çalışır. Gerçek ve senkron hızı arasındaki fark, ya da "kayma" standart Tasarım B tork eğrisi asenkron motorlar için% 5.0 yaklaşık% 0.5 arasında değişir. Bunun yerine senkron veya DC makinelerinde veya kendini mıknatıslanmış olduğu gibi varlık olarak ayrı ayrı heyecanlı olma indüksiyon yoluyla yalnızca oluşturulduğunu indüksiyon motorunun temel karakteridir sabit mıknatıslı motorlar .
Rotor akımları neden olmak için, fiziksel rotorun hızı (stator dönen manyetik alanın daha düşük olması gerekir ); aksi takdirde manyetik alan rotor iletkenler göre hareket olmaz ve hiçbir akım neden olacaktır. Rotorun hızı senkronize bir hızda altına düştüğünde, rotor artar manyetik alanın dönüş hızı, sargılarda daha akım oluşturma ve daha fazla tork yaratır. Rotor ve statorun en döner alanın dönme hızında indüklenen manyetik alanın dönme hızı arasındaki oran "kayma" olarak adlandırılır. Yük altında yeterince hızlı damla ve kayma artar yükü açmak için yeterli tork oluşturmak için. Bu nedenle, indüksiyon motorlar bazen "asenkron motorlar" olarak adlandırılır.
senkron hız
Bir AC motor senkron hızı, stator manyetik alanın dönme hızıdır,
- ,
.
Örneğin, bir dört kutuplu, üç fazlı motor için, 4 ve = (yönelik = 1,500 RPM = 50 Hz) ve (boyunca 1,800 RPM = 60 Hz) eşzamanlı hız.
Her üzerinde sağa sola iki şekil ve ayrı her kutup kümesi 60 ° üç kutup çiftlerinden oluşan bir 2 kutuplu 3 fazlı makine görülmektedir.
kayma
Kayma, senkron hızı ve çalışma hızı arasındaki fark olarak tanımlanır, aynı frekansta, rpm, ya da yüzde veya senkronize hızının oranı olarak ifade edilmiştir. Böylece
burada elektrik hızı stator olup, rotorun mekanik hızıdır. Rotor durduğunda eşzamanlı hızda sıfır ve 1 arasında değişmektedir Kayma, motor momentini belirlemektedir. Kısa devre rotor sargıları küçük direncine sahip olduğundan, hatta küçük kayma rotor büyük bir akım indükler ve önemli tork üretir. Tam nominal yükte, kayma büyük motorlar için% 1'den az, küçük ya da özel amaçlı motorlar için% 5'ten fazla değişir. Farklı büyüklükte motorlar mekanik olarak bağlandığında bu hız değişimleri yük paylaşımı sorunlara neden olabilir. Çeşitli yöntemler kayma azaltmak için kullanılabilir, VFD'ler genellikle en iyi çözüm sunar.
dönme momenti
Standart tork
Standart bir NEMA tasarımı B-fazlı asenkron motorun tipik hız-tork ilişkisi olarak yandaki eğride gösterilmektedir. Bu tür santrifüj pompalar ve fanlar tasarım B motorlar aşağıdaki tipik tork aralıkları ile kısıtlı olarak en düşük performans yükler için uygundur:
- Arıza tork (zirve tork), alan tork 175-300%
- Kilitli rotor torku (% 100 kayma tork), alan tork 75-275%
- Pull-up tork, puan tork 65-190%.
Bir motorun normal yük aralığında, tork eğimi kayma bölünmesiyle rotor direnci değeri, çünkü kayma yaklaşık olarak bir ya da orantılıdır , doğrusal bir şekilde tork hakimdir. Nominal yük, stator ve rotor sızıntı reaktansı faktörleri üzerindeki yük giderek artmaktadır göre daha önemli hale geldikçe devrilme momentine karşı bu şekilde tork yavaş yavaş eğrileri. Arıza ötesinde yük momenti arttıkça motorlu tezgahlarda torkla sıkın.
Başlangıç
tek fazlı, iki-faz ve gölgeli kutuplu türleri ve küçük fazlı motorlar: Küçük indüksiyon motorları rakip üç temel tipi vardır.
İki kutuplu, tek fazlı motorlar, dönme momenti,% 100 kayma (sıfır hız) sıfıra gider, yani, bu gibi statora değişiklikler gerektirir gölgeli-kutup momenti başlangıç sağlamaktır. Bir tek fazlı indüksiyon motoru motora bir döner alan temin etmek üzere ayrı bir başlangıç devre gerektirir. Böyle bir işlem tek fazlı motor içinde normal çalışma sargıları ateşleyici devre çalışma yönünü belirler, böylece rotorun her iki yönde, açılmasına neden olabilir.
Bazı küçük tek fazlı motorlar, başlangıç kutup parçası etrafında bir bakır tel dönüş ile gölgeli kutup aracılığıyla yapılır. Bu da uyarılan akım kutup yüzünün gölgeli bir kısmının çevresinde gecikmiş bir manyetik alan yaratarak, kaynak akımı gerisinde kalıyor. Bu motoru başlatmak için yeterli döner alan enerjiyi verir. Gerekli başlangıç torku düşük olduğundan bu motorlar genellikle, bu tür masa fanlar ve pikaplar gibi uygulamalarda kullanılır ve düşük verimlilik diğer AC motorlu tasarımlarına kıyasla motorun azaltılmış maliyeti tolere göreli ve başlangıç yöntemidir.
Büyük tek fazlı motorlar olan motorlar fazlı bölme ile beslenen ikinci bir bobin stator sahip üzerinden karşı fazlı akımı; Bu tür akımlar, bir kondansatör sarma besleme veya ana sargı gelen endüktans ve direnç farklı değerler almasını sağlayarak oluşturulabilir. İçinde kondansatör başlangıç motoru motor mili veya üzerinde ağırlıkları üzerine etki eden bir merkezkaç anahtar ile genellikle ya bir hıza ulaşana kadar bir kez tasarımları, ikinci sargı kesilir termistör ikinci sargı üzerinden akım azaltan direncini ısınır ve artar önemsiz bir seviyeye. Kapasitör işletilen tasarımlar ikinci, koşu torku iyileştirilmesi ne zaman sargı tutun. Bir direnç başlangıç tasarım başlangıç reaktans oluşturma, sargı ile seri yerleştirilmiş bir başlangıç kullanır.
Kendinden başlayarak çok fazlı asenkron motorlar bile dururken tork üretir. Mevcut sincap kafesli indüksiyon motoru başlangıç yöntem direkt on-line giderek azalır gerilim reaktörü veya oto-transformatörüdür başlangıç, yıldız üçgen bağlantı, başlangıç ya da dahil, yeni katı-hal yumuşak düzenekleri ve, tabii ki, değişken frekanslı sürücüler (VFD) .
Çok fazlı motorlar, farklı hız-tork karakteristiklerini vermek üzere biçimli rotor çubukları. Rotor bar içinde akım dağılımı indüklenen akımın frekansına bağlı olarak değişir. Durma de, rotor akımı sabit akım ile aynı frekans ve (göre kafes rotor çubuklarının en dış bölümlerinde ilerleme eğilimindedir cilt etkisi ). Farklı çubuk şekilleri amaca uygun farklı hız-tork karakteristiklerini yanı sıra, başlangıçta ani akım üzerinde kontrol sağlayabilir.
fazlı motorlar doğuştan olmasına rağmen kendinden başlayarak kendi başlangıç ve pull-up tork tasarım sınırları gerçek yük koşulları aşmak için yeterince yüksek olmalıdır.
yara rotorlu motorlar, dış dirençlerine kontak halkaları ile rotor devresi bağlantı ivme kontrol ve hız kontrol amaçlı hız-tork karakteristiklerinin değişmesini sağlar.
Hız kontrolü
- Direnç
Yarı iletken gelişimi önce güç elektroniği , frekansını değiştirmek için zor ve kafesli asenkron motorlar esas olarak sabit hızlı uygulamalarda kullanılmıştır. Bu tür elektrik yükü vinç gibi uygulamalar DC sürücüler veya sarılır rotorlu motorlar (WRIM) kullanılan kayma halkaları hız kontrolü önemli bir dizi izin değişken dış dirence rotor devresi bağlantısı için. Bununla birlikte, WRIMs düşük hızda çalışma ile ilişkili direnç kayıpları özellikle sürekli yükler için, önemli bir maliyet dezavantajdır. Büyük kayma halkası motor sürücüleri, adlandırdığı kayma enerji geri kazanım sistemleri, halen kullanımda olan bazı, rotor devresinden enerji kurtarmak bunu düzeltmek ve VFD kullanarak güç sistemine geri.
- Çağlayan
Kayma halkası motorları bir çift hızlı bir kademeli bağlantı veya birleştirme ile kontrol edilebilir. Bir motorun rotoru diğer stator bağlanır. İki motor da mekanik olarak bağlanır, bunlar yarım hızda çalışacaktır. Bu sistem zamanlar yaygın olarak üç fazlı AC Demiryolu vagonlar, kullanılan FS Sınıf E.333 .
- Değişken frekanslı sürücü
Birçok endüstriyel değişken hızlı uygulamalarda, DC ve WRIM diskler VFD beslemeli kafesli indüksiyon motorları ile yer değiştirmektedirler. Birçok yüklerin asenkron motor hızını kontrol etmek en yaygın etkin yolu VFD beraberdir. nedeniyle maliyet ve güvenilirlik konuları için VFD kabul edilmesine Engeller sürücü teknolojisi tüm yeni yüklenen motorların gibi birçok 30-40 olarak% olarak benimsenmiştir o tahmin edilmektedir öyle ki, son otuz yılda önemli ölçüde azaldı.
İnşaat
Bir indüksiyon motorunun statoru rotor nüfuz eden bir manyetik alan yaratmak için besleme akımı taşıyan direkleri içerir. manyetik alanın dağılımını optimize etmek için, sargıları kuzey ve güney kutupları aynı sayıda olan manyetik alan ile, stator etrafında yuvalara dağıtılır. Endüksiyon motorları en yaygın tek fazlı ya da üç fazlı güç işletilmektedir, fakat iki fazlı motorlar mevcuttur; teoride, indüksiyon motorları fazların herhangi bir sayı olabilir. bir kondansatör, bir ikinci güç faz tek fazlı kaynağından 90 ° üretmek için kullanılabilir ve ikinci sargı motora iletir çünkü iki sargıya sahip bir çok tek fazlı motorlar, iki-fazlı motorlar gibi görüntülenebilir. Tek fazlı motorlar başlangıçta dönen bir alan oluşturmak için bazı mekanizması gerektirir. Kafes endüksiyon motoru rotorun iletken çubuklar manyetik kilitleme önlemek için tipik olarak eğri.
Montaj şaft, ayak için değiştirilebilir boyutlarda endüstrisi sonucu boyunca Standart NEMA ve IEC motoru kasası boyutları, genel yönleri gibi belirli motor flanş yönü. Açık, aside karşı (ODP) motor tasarımı dışında iç stator sargıları için bir serbest hava alışverişini sağlayan yana, motorun bu tür sargılar soğuk olduğundan biraz daha etkili olma eğilimindedir. Belirli bir güç değerlendirmesi anda, alt hız daha büyük bir çerçeve gerektirir.
Dönme ters
Bir indüksiyon motorunun dönüş yönünün değiştirilmesi için bir usul, bir üç-fazlı ya da tek fazlı motor olup olmamasına bağlıdır. Üç faz durumunda, ters tarafından kolay bir iki fazlı iletkenlerinin bağlantısı değiştirerek uygulanır.
Tek fazlı bir iki-fazlı motor olarak, ters sarma birincil ve başlangıç devresi arasındaki bağlantı değiştirerek elde edilir. Belirli uygulamalar için tasarlanmış, bazı tek fazlı bölme fazlı motorlar sarma birincil ve dönme değiştirilemez şekilde içten bağlı başlangıç devresi arasındaki bağlantı olabilir. Ayrıca, tek fazlı gölge kutuplu motorlar sabit rotasyonun, ve yön motorun demontaj ve orijinal pervane yönüne karşıt olarak yüz stator ters dışında değiştirilemez.
Güç faktörü
Güç faktörü asenkron motorların yaklaşık 0.20 yüksüz, stator nedeniyle ve rotor sızıntı ve mıknatıslanma atalet olarak düşük tam yükte, tipik olarak 0.85 ya da 0.90 yerinden, yüküne göre değişir. Güç faktörü birden fazla motorun kapsayan ortak bir otobüse, tercihen, bireysel bir motorlu bazında kapasitörler ya bağlayarak veya geliştirilebilir. Ekonomik ve diğer hususlar için, güç sistemleri nadiren birlik güç faktörüne düzeltilmiş güç faktörü vardır. Harmonik akımlar ile Kondansatörler uygulama kapasitörler ve transformatör ve devre atalet arasındaki harmonik rezonans önlemek için güç sistemi analizini gerektirir. Ortak veri yolu güç faktörü düzeltme rezonans riskini en aza indirmek için ve güç sistemi analizi basitleştirmek için tavsiye edilir.
verim
(Ayrıca bkz enerji tasarrufu Tam yük motoru verimi aşağıdaki kabaca gibi ilgili motorlu kayıpları bozulması nedeniyle,% 97 ile yaklaşık% 85 arasında değişir):
- Sürtünme ve boşluğu olan ,% 5-15
- Demir ya da çekirdek kayıp ,% 15-25
- Stator kayıp, 25-40%
- Rotor kayıpları, 15-25%
- Kaçak yük kayıpları,% 10-20.
Birçok ülkede çeşitli düzenleyici otoriteler tanıtıldı ve daha yüksek verimlilik elektrik motorlarının üretimi ve kullanımını teşvik etmek mevzuat uygulamıştır. Orada mevcut ve gelecek mevzuat tanımlanan ekipmanda prim verimli indüksiyon tipi motorların gelecekteki zorunlu kullanımını ilgili. Daha fazla bilgi için, bkz: Prim verimliliği .
Steinmetz eşdeğer devre
Zaman, akım, gerilim, hız, güç faktörü, ve tork Steinmetz analizinden elde edilebilir arasında birçok faydalı motorlu ilişkileri eşdeğer devre (ayrıca T eşdeğer devresi olarak adlandırılan veya IEEE eşdeğer devre önerilir), ne bir tarif etmek için kullanılan bir matematiksel model indüksiyon motorunun elektrik giriş faydalı mekanik enerji çıkışı dönüşür. Eşdeğer devre kararlı durum dengeli bir yük koşullarında geçerli olan bir çok fazlı indüksiyon motorunun bir tek fazlı bir temsilidir.
Steinmetz eşdeğer devre sadece aşağıdaki bileşenleri ile ifade edilir:
- Stator direnci ve sızıntı reaktansı ( , ).
- Rotor direnci, sızıntı reaktansı, ve kayma ( , ya da , ve ).
- Mıknatıslama reaktans ( ).
Knowlton Alger alıntı yapan bir asenkron motor sadece manyetik devre, stator sargısı ve sargı hareketli rotor arasında bir hava boşluğu ile ayrılmış bir elektrik transformatörü olup. eşdeğer devre buna göre ideal bir transformatör ile veya aşağıdaki devresi gösterilmektedir ve denklemi ve parametre tanım tabloları ilişkili stator tarafına sevk rotor bileşenleri ile ayrılmış ayrı ayrı sargılar eşdeğer devre bileşenleri ile ya da gösterilebilir.
|Devre Parametre Tanımları|
|Birimler|
|Stator senkron frekans||Hz|
|Rotor hızı , dakikada devir||rpm|
|senkron hız dakikadaki devir||rpm|
|Stator veya birincil akım||bir|
|Rotor ya da ikincil akım tarafına stator ifade||bir|
|mıknatıslanma akımı||bir|
|sanal sayı ya da 90 ° 'lik dönme , operatör|
|Thévenin reaktans faktörü|
|Motor faz sayısı|
|Motor kutup sayısı|
|elektromekanik güç||W veya hp|
|hava boşluğu gücü||W|
|Rotor bakır kayıpları||W|
|giriş gücü||W|
|çekirdek kaybı||W|
|Sürtünme ve rüzgârlanma kaybı||W|
|çalışan ışık watt girdi||W|
|Başıboş yük kaybı||W|
|Stator veya birincil direnci ve sızıntı reaktansı||Ω|
|Rotor ya da sekonder direnç ve sızıntı reaktansı stator tarafına sevk||Ω|
|Motor girişindeki direnci ve sızıntı reaktansı||Ω|
|Eşdeğer direnci ve sızıntı reaktansı birleştirilmesi Thévenin ve||Ω|
|kayma|
|elektromanyetik tork||Nm veya ft.-lb.|
|arıza tork||Nm veya ft.-lb.|
|etkiledi stator faz gerilimi||V|
|mıknatıslanma reaktans||Ω|
|Ω|
|Stator veya birincil empedans||Ω|
|Rotor ya da sekonder empedans birincil sevk||Ω|
|Motor stator veya birincil girişindeki empedans||Ω|
|Birleştirilen rotor ya da sekonder ve manyetik empedans||Ω|
|eşdeğer devre empedansı Thévenin,||Ω|
|rotorun hızı||rad / s|