अतुल्यकालिक इलेक्ट्रिक मोटर्स के संचालन का उपकरण और सिद्धांत

विधुत गाड़ियाँविद्युत ऊर्जा का प्रत्यावर्ती धारा से यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तन एसी विद्युत मोटर कहलाती है।

उद्योग में, अतुल्यकालिक तीन-चरण मोटर्स सबसे व्यापक हैं। आइए डिवाइस और इन इंजनों के संचालन के सिद्धांत को देखें।

प्रेरण मोटर के संचालन का सिद्धांत घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र के उपयोग पर आधारित है।

ऐसे इंजन की कार्यप्रणाली को समझने के लिए हम निम्नलिखित प्रयोग करेंगे।

हम मजबूत करेंगे घोड़े की नाल का चुंबक एक्सल पर ताकि इसे हैंडल से घुमाया जा सके। चुंबक के ध्रुवों के बीच हम धुरी के साथ एक तांबे का सिलेंडर रखते हैं, जो स्वतंत्र रूप से घूम सकता है।

चित्रा 1. घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त करने के लिए सबसे सरल मॉडल

आइए हैंडल चुंबक को दक्षिणावर्त घुमाना शुरू करें। चुंबक का क्षेत्र भी घूमना शुरू कर देगा और जैसे ही यह घूमता है, तांबे के सिलेंडर को बल की रेखाओं के साथ पार कर जाएगा। एक सिलेंडर में विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के कानून के अनुसार, होगा एड़ी धाराएंजो अपना खुद का निर्माण करेगा चुंबकीय क्षेत्र - सिलेंडर का क्षेत्र। यह क्षेत्र स्थायी चुंबक के चुंबकीय क्षेत्र के साथ संपर्क करेगा, जिससे सिलेंडर चुंबक की तरह उसी दिशा में घूमेगा।

यह पाया गया कि सिलेंडर के घूमने की गति चुंबकीय क्षेत्र के घूमने की गति से थोड़ी कम है।

वास्तव में, यदि सिलेंडर चुंबकीय क्षेत्र के समान गति से घूमता है, तो चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ इसे पार नहीं करती हैं और इसलिए इसमें कोई भँवर धाराएँ उत्पन्न नहीं होती हैं, जिससे सिलेंडर घूमता है।

चुंबकीय क्षेत्र के घूर्णन की गति को आमतौर पर तुल्यकालिक कहा जाता है, क्योंकि यह चुंबक के घूर्णन की गति के बराबर होती है, और सिलेंडर के घूर्णन की गति अतुल्यकालिक (अतुल्यकालिक) होती है। इसलिए, मोटर को ही इंडक्शन मोटर कहा जाता है। सिलेंडर (रोटर) के घूमने की गति से भिन्न होती है चुंबकीय क्षेत्र के घूर्णन की तुल्यकालिक गति थोड़ी सी फिसलन के साथ।

n1 के माध्यम से रोटर के रोटेशन की गति और एन के माध्यम से क्षेत्र के रोटेशन की गति को निरूपित करता है हम सूत्र द्वारा प्रतिशत पर्ची की गणना कर सकते हैं:

एस = (एन - एन 1) / एन।

उपरोक्त प्रयोग में हमने एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त किया और एक स्थायी चुंबक के घूमने के कारण सिलेंडर का रोटेशन हुआ, इसलिए ऐसा उपकरण अभी तक एक विद्युत मोटर नहीं है ... यह किया जाना चाहिए बिजली एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र बनाएं और इसका उपयोग रोटर को घुमाने के लिए करें। इस समस्या को उनके समय में एम. ओ. डोलिवो-डोब्रोवोलस्की ने शानदार ढंग से हल किया था। उन्होंने इस उद्देश्य के लिए तीन चरण के वर्तमान का उपयोग करने का प्रस्ताव दिया।

एक अतुल्यकालिक इलेक्ट्रिक मोटर M. O. Dolivo-Dobrovolski का उपकरण

चित्र 2. Dolivo-Dobrovolsky अतुल्यकालिक इलेक्ट्रिक मोटर का आरेख

एक रिंग के आकार के लोहे के कोर के खंभे पर, जिसे मोटर स्टेटर कहा जाता है, तीन वाइंडिंग, तीन-चरण वर्तमान नेटवर्क 0 को 120 ° के कोण पर एक दूसरे के सापेक्ष स्थित किया जाता है।

कोर के अंदर, एक धातु सिलेंडर, इलेक्ट्रिक मोटर का तथाकथित रोटर।

यदि कॉइल आपस में जुड़े हुए हैं जैसा कि चित्र में दिखाया गया है और तीन चरण के वर्तमान नेटवर्क से जुड़ा है, तो तीन ध्रुवों द्वारा बनाया गया कुल चुंबकीय प्रवाह घूमता हुआ निकलेगा।

चित्र 3 मोटर वाइंडिंग में धाराओं में परिवर्तन और एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति की प्रक्रिया को दर्शाता है।

आइए इस प्रक्रिया को और विस्तार से देखें।

चित्रा 3. घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त करना

ग्राफ की स्थिति «ए» में, पहले चरण में धारा शून्य है, दूसरे चरण में यह ऋणात्मक है, और तीसरे चरण में यह सकारात्मक है। आकृति में तीरों द्वारा इंगित दिशा में पोल ​​कॉइल के माध्यम से धारा प्रवाहित होती है।

निर्धारित करने के बाद, दाहिने हाथ के नियम के अनुसार, वर्तमान द्वारा बनाए गए चुंबकीय प्रवाह की दिशा, हम यह सुनिश्चित करेंगे कि दक्षिणी ध्रुव (S) तीसरी वाइंडिंग के आंतरिक ध्रुव अंत (रोटर का सामना करना) पर बनाया जाएगा और दूसरी कुंडली के ध्रुव पर उत्तरी ध्रुव (सी) बनाया जाएगा। कुल चुंबकीय प्रवाह रोटर के माध्यम से दूसरे कॉइल के ध्रुव से तीसरे कॉइल के ध्रुव तक निर्देशित किया जाएगा।

ग्राफ की स्थिति «बी» में, दूसरे चरण में वर्तमान शून्य है, पहले चरण में यह सकारात्मक है, और तीसरे चरण में यह नकारात्मक है। पोल वाइंडिंग के माध्यम से बहने वाली धारा पहली वाइंडिंग के अंत में एक दक्षिणी ध्रुव (S) और तीसरी वाइंडिंग के अंत में एक उत्तरी ध्रुव (C) बनाती है। कुल चुंबकीय प्रवाह को अब तीसरे ध्रुव से रोटर के माध्यम से पहले ध्रुव की ओर निर्देशित किया जाएगा, अर्थात ध्रुव 120 ° से आगे बढ़ेंगे।

ग्राफ की स्थिति «बी» में, तीसरे चरण में वर्तमान शून्य है, दूसरे चरण में यह सकारात्मक है, और पहले चरण में यह नकारात्मक है।अब पहले और दूसरे कॉइल के माध्यम से बहने वाला करंट पहले कॉइल के पोल एंड पर एक नॉर्थ पोल (C) और दूसरे कॉइल के पोल एंड पर एक साउथ पोल (S) बनाएगा, यानी। , कुल चुंबकीय क्षेत्र की ध्रुवता एक और 120 ° स्थानांतरित हो जाएगी। ग्राफ पर स्थिति «G» पर, चुंबकीय क्षेत्र एक और 120 ° आगे बढ़ेगा।

इस प्रकार, कुल चुंबकीय प्रवाह स्टेटर वाइंडिंग्स (ध्रुवों) में वर्तमान की दिशा में बदलाव के साथ अपनी दिशा बदलेगा।

इस मामले में, कॉइल में वर्तमान परिवर्तन की एक अवधि के लिए, चुंबकीय प्रवाह एक पूर्ण क्रांति करेगा। घूमता हुआ चुंबकीय प्रवाह सिलेंडर को अपने साथ खींचेगा और इस प्रकार हमें एक अतुल्यकालिक विद्युत मोटर मिलेगी।

याद रखें कि चित्रा 3 में स्टेटर वाइंडिंग्स स्टार-कनेक्टेड हैं, लेकिन डेल्टा-कनेक्टेड होने पर घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र बनता है।

यदि हम दूसरे और तीसरे चरण की वाइंडिंग्स को स्विच करते हैं, तो चुंबकीय प्रवाह अपनी रोटेशन की दिशा को उलट देगा।

स्टेटर वाइंडिंग को बदले बिना समान परिणाम प्राप्त किया जा सकता है, लेकिन स्टेटर के तीसरे चरण में नेटवर्क के दूसरे चरण की धारा को और स्टेटर के दूसरे चरण में नेटवर्क के तीसरे चरण को निर्देशित किया जा सकता है।

इसलिए, आप दो चरणों को बदलकर चुंबकीय क्षेत्र के घूर्णन की दिशा बदल सकते हैं।

हमने तीन स्टेटर वाइंडिंग्स के साथ एक इंडक्शन मोटर के साथ एक उपकरण पर विचार किया... इस मामले में, घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र द्विध्रुवी है, और प्रति सेकंड क्रांतियों की संख्या एक सेकंड में वर्तमान परिवर्तन की अवधि की संख्या के बराबर है।

यदि परिधि के चारों ओर स्टेटर पर छह कॉइल रखे जाते हैं, तो एक चार-ध्रुवीय घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र... नौ कॉइल के साथ, क्षेत्र छह-ध्रुव वाला होगा।

प्रति सेकंड 50 अवधि या 3000 प्रति मिनट के बराबर तीन-चरण वर्तमान की आवृत्ति पर, प्रति मिनट घूर्णन क्षेत्र के क्रांतियों की संख्या होगी:

बाइपोलर स्टेटर n = (50 NS 60) / 1 = 3000 rpm के साथ,

चार-पोल स्टेटर n = (50 NS 60) / 2 = 1500 क्रांतियों के साथ,

छह-पोल स्टेटर के साथ n = (50 एनएस 60) / 3 = 1000 मोड़,

p: n = (f NS 60) / p के बराबर स्टेटर पोल के जोड़े की संख्या के साथ,

तो, हमने चुंबकीय क्षेत्र के रोटेशन की गति और मोटर के स्टेटर वाइंडिंग की संख्या पर निर्भरता स्थापित की।

जैसा कि हम जानते हैं कि मोटर का रोटर अपने घूमने में थोड़ा पिछड़ जाएगा।

हालाँकि, रोटर लैग बहुत छोटा है। उदाहरण के लिए, जब इंजन सुस्ती में होता है, तो गति में अंतर केवल 3% और लोड के तहत 5-7% होता है। इसलिए, लोड बदलने पर इंडक्शन मोटर की गति बहुत कम सीमा में बदलती है, जो इसके फायदों में से एक है।

अब अतुल्यकालिक इलेक्ट्रिक मोटर्स के उपकरण पर विचार करें

असंबद्ध अतुल्यकालिक इलेक्ट्रिक मोटर: ए) स्टेटर; बी) गिलहरी-पिंजरे रोटर; सी) निष्पादन चरण में रोटर (1 - फ्रेम; 2 - स्टैम्प्ड स्टील शीट्स का कोर; 3 - वाइंडिंग; 4 - शाफ्ट; 5 - स्लाइडिंग रिंग्स)

एक आधुनिक अतुल्यकालिक इलेक्ट्रिक मोटर के स्टेटर में अघोषित पोल होते हैं, यानी स्टेटर की आंतरिक सतह को पूरी तरह से चिकना बनाया जाता है।

एड़ी के वर्तमान नुकसान को कम करने के लिए, स्टेटर कोर पतली मुद्रांकित स्टील शीट से बनता है। इकट्ठे स्टेटर कोर को स्टील के आवरण में तय किया गया है।

स्टेटर के खांचों में तांबे के तार की एक कुण्डली रखी जाती है। विद्युत मोटर के स्टेटर की फेज वाइंडिंग्स एक «स्टार» या «डेल्टा» से जुड़ी होती हैं, जिसके लिए वाइंडिंग्स की सभी शुरुआत और अंत को स्टेटर में लाया जाता है। शरीर - एक विशेष इन्सुलेट ढाल के लिए। ऐसा स्टेटर डिवाइस बहुत सुविधाजनक है, क्योंकि यह आपको इसकी वाइंडिंग को विभिन्न मानक वोल्टेज पर चालू करने की अनुमति देता है।

स्टेटर की तरह एक इंडक्शन मोटर रोटर को स्टैम्प्ड स्टील शीट से इकट्ठा किया जाता है। रोटर के खांचे में एक कॉइल बिछाई जाती है।

रोटर के डिजाइन के आधार पर, अतुल्यकालिक इलेक्ट्रिक मोटर्स को गिलहरी-पिंजरे रोटर और चरण रोटर मोटर्स में विभाजित किया जाता है।

गिलहरी पिंजरे की रोटर वाइंडिंग तांबे की छड़ से बनी होती है जिसे रोटर के स्लॉट में डाला जाता है। छड़ के सिरे तांबे की अंगूठी से जुड़े होते हैं। इसे गिलहरी केज रोलिंग कहा जाता है। ध्यान दें कि चैनलों में कॉपर बार इंसुलेटेड नहीं हैं।

कुछ इंजनों में, "गिलहरी पिंजरे" को कास्ट रोटर से बदल दिया जाता है।

अतुल्यकालिक रोटर मोटर (स्लिप रिंग के साथ) आमतौर पर उच्च शक्ति वाले इलेक्ट्रिक मोटर्स में और इन मामलों में उपयोग किया जाता है; जब इलेक्ट्रिक मोटर के लिए शुरू करते समय एक बड़ी ताकत बनाना जरूरी होता है। यह इस तथ्य से प्राप्त होता है कि चरण मोटर की वाइंडिंग जुड़ी हुई है रिओस्टेट शुरू करना.

स्क्विरल केज इंडक्शन मोटर्स को दो तरह से चालू किया जाता है:

1) मोटर स्टेटर के लिए तीन चरण के मुख्य वोल्टेज का सीधा कनेक्शन। यह तरीका सबसे सरल और सबसे लोकप्रिय है।

2) स्टेटर वाइंडिंग्स पर लागू वोल्टेज को कम करना। वोल्टेज कम हो जाता है, उदाहरण के लिए, स्टेटर वाइंडिंग को स्टार से डेल्टा में स्विच करके।

मोटर तब चालू होती है जब स्टेटर वाइंडिंग्स "स्टार" में जुड़े होते हैं, और जब रोटर सामान्य गति तक पहुँच जाता है, तो स्टेटर वाइंडिंग्स को "डेल्टा" कनेक्शन में बदल दिया जाता है।

मोटर शुरू करने की इस विधि में आपूर्ति तारों में करंट उस करंट की तुलना में 3 गुना कम हो जाता है जो «डेल्टा» से जुड़े स्टेटर वाइंडिंग्स के साथ नेटवर्क से सीधे कनेक्शन द्वारा मोटर को शुरू करने पर होता है।हालाँकि, यह विधि केवल तभी उपयुक्त है जब स्टेटर को सामान्य ऑपरेशन के लिए डिज़ाइन किया गया हो जब इसकी वाइंडिंग्स डेल्टा से जुड़ी हों।

सबसे सरल, सस्ता और सबसे विश्वसनीय एक अतुल्यकालिक गिलहरी-पिंजरे मोटर है, लेकिन इस मोटर के कुछ नुकसान हैं - कम प्रारंभिक प्रयास और उच्च प्रारंभिक चालू। चरण रोटर के उपयोग से इन नुकसानों को काफी हद तक समाप्त कर दिया जाता है, लेकिन ऐसे रोटर के उपयोग से मोटर की लागत बहुत बढ़ जाती है और रिओस्टेट को शुरू करने की आवश्यकता होती है।

अतुल्यकालिक मोटर्स के प्रकार

अतुल्यकालिक मशीन का मुख्य प्रकार एक तीन चरण अतुल्यकालिक मोटर है... इसमें तीन स्टेटर वाइंडिंग एक दूसरे से 120 ° पर स्थित हैं। कॉइल स्टार या डेल्टा से जुड़े होते हैं और तीन-चरण प्रत्यावर्ती धारा द्वारा संचालित होते हैं।

ज्यादातर मामलों में लो-पॉवर मोटर्स को दो-चरण के रूप में लागू किया जाता है।

यदि वाइंडिंग में धाराएँ परिमाण में समान हैं और चरण में 90 ° स्थानांतरित हो जाती हैं, तो ऐसी मोटर का संचालन तीन-चरण के संचालन से किसी भी तरह से भिन्न नहीं होगा। हालांकि, दो स्टेटर वाइंडिंग वाले ऐसे मोटर्स ज्यादातर मामलों में एकल-चरण नेटवर्क द्वारा संचालित होते हैं और 90 ° तक पहुंचने वाला विस्थापन कृत्रिम रूप से बनाया जाता है, आमतौर पर कैपेसिटर के कारण।

एकल-चरण मोटर स्टेटर की केवल एक वाइंडिंग व्यावहारिक रूप से निष्क्रिय है।जब रोटर स्थिर होता है, तो मोटर में केवल एक स्पंदित चुंबकीय क्षेत्र बनाया जाता है और टॉर्क शून्य होता है। यह सच है कि यदि ऐसी मशीन का रोटर एक निश्चित गति से घूमता है, तो यह एक इंजन के कार्यों को कर सकता है।

इस मामले में, हालांकि केवल एक स्पंदित क्षेत्र होगा, इसमें दो सममित होते हैं - आगे और पीछे, जो असमान टोक़ बनाते हैं - एक बड़ी मोटर और कम ब्रेकिंग, बढ़ी हुई आवृत्ति के रोटर धाराओं के कारण उत्पन्न होती है (रिवर्स सिंक्रोनस के खिलाफ पर्ची फ़ील्ड 1 से बड़ा है)।

उपरोक्त के संबंध में, सिंगल फेज मोटर्स को दूसरी वाइंडिंग के साथ आपूर्ति की जाती है जिसका उपयोग स्टार्टिंग वाइंडिंग के रूप में किया जाता है। कैपेसिटर इस कॉइल के सर्किट में करंट की एक फेज शिफ्ट बनाने के लिए शामिल हैं, जिसकी क्षमता काफी बड़ी हो सकती है (1 kW से कम मोटर पावर वाले दसियों माइक्रोफ़ारड)।

नियंत्रण प्रणाली दो-चरण मोटर्स का उपयोग करती है, जिसे कभी-कभी कार्यकारी कहा जाता है। उनके पास दो स्टेटर वाइंडिंग्स हैं जो अंतरिक्ष में 90 ° से ऑफसेट हैं। वाइंडिंग में से एक, जिसे फील्ड वाइंडिंग कहा जाता है, सीधे 50 या 400 हर्ट्ज नेटवर्क से जुड़ा होता है। दूसरे का उपयोग नियंत्रण कॉइल के रूप में किया जाता है।

घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र और संबंधित टोक़ बनाने के लिए, नियंत्रण कॉइल में वर्तमान को 90 डिग्री के करीब कोण से विस्थापित किया जाना चाहिए। मोटर गति का नियमन, जैसा कि नीचे दिखाया जाएगा, इस कॉइल में वर्तमान के मान या चरण को बदलकर किया जाता है। 180 ° (कॉइल के स्विचिंग) द्वारा नियंत्रण कॉइल में वर्तमान के चरण को बदलकर विपरीत प्रदान किया जाता है।

दो-चरण मोटर्स कई संस्करणों में निर्मित होती हैं:

• गिलहरी पिंजरे रोटर के साथ,

• एक खोखले गैर-चुंबकीय रोटर के साथ,

• खोखले चुंबकीय रोटर के साथ।

रैखिक मोटर्स

काम करने वाले मशीन अंगों के अनुवाद संबंधी आंदोलन में इंजन के घूर्णी आंदोलन का परिवर्तन हमेशा किसी भी यांत्रिक इकाइयों का उपयोग करने की आवश्यकता से जुड़ा होता है: गियर रैक, स्क्रू, आदि।केवल सशर्त - एक गतिमान अंग के रूप में)।

इस मामले में, इंजन को तैनात करने के लिए कहा जाता है। एक लीनियर मोटर की स्टेटर वाइंडिंग उसी तरह से की जाती है जैसे वॉल्यूमेट्रिक मोटर के लिए, लेकिन इसे केवल खांचे में रखा जाना चाहिए, जिसमें स्लाइडिंग रोटर की अधिकतम संभव गति हो। स्लाइडर रोटर आमतौर पर शॉर्ट-सर्किट होता है, इसके साथ तंत्र के कामकाजी निकाय को व्यक्त किया जाता है। रोटर को पथ की कार्य सीमा छोड़ने से रोकने के लिए स्टेटर के सिरों पर निश्चित रूप से स्टॉप होना चाहिए।