המדע בתחום החשמל במאות ה-19 וה-20 התפתח במהירות, מה שהוביל ליצירת מנועי אינדוקציה חשמליים. בעזרת מכשירים כאלה, התפתחות התעשייה התעשייתית צעדה רחוק קדימה וכעת אי אפשר לדמיין מפעלים ומפעלים ללא מכונות כוח המשתמשות במנועים חשמליים אסינכרוניים.
תוֹכֶן
היסטוריה של הופעה
ההיסטוריה של יצירת מנוע חשמלי אסינכרוני מתחילה בשנת 1888, כאשר ניקולה טסלה רשם פטנט על מעגל מנוע חשמלי, באותה שנה מדען נוסף בתחום הנדסת החשמל גלילאו פראריס פרסם מאמר על ההיבטים התיאורטיים של פעולת מכונה אסינכרונית.
בשנת 1889 הפיזיקאי הרוסי מיכאיל אוסיפוביץ' דוליבו-דוברובולסקי קיבל פטנט בגרמניה על מנוע חשמלי תלת פאזי אסינכרוני.
כל ההמצאות הללו אפשרו לשפר מכונות חשמליות והובילו לשימוש מסיבי במכונות חשמליות בתעשייה, מה שהאיץ משמעותית את כל התהליכים הטכנולוגיים בייצור, הגדיל את יעילות העבודה והפחית את עוצמת העבודה שלה.
נכון לעכשיו, המנוע החשמלי הנפוץ ביותר בשימוש בתעשייה הוא אב טיפוס של מכונה חשמלית שנוצרה על ידי Dolivo-Dobrovolsky.
המכשיר ועיקרון הפעולה של מנוע אסינכרוני
המרכיבים העיקריים של מנוע אינדוקציה הם הסטטור והרוטור, המופרדים זה מזה על ידי פער אוויר. עבודה אקטיבית במנוע מתבצעת על ידי הפיתולים וליבה של הרוטור.
הא-סינכרוניות של המנוע מובנת כהבדל בין מהירות הרוטור לבין תדירות הסיבוב של השדה האלקטרומגנטי.
גַלגַל מְכַוֵן - זהו חלק קבוע של המנוע, הליבה שלו עשויה מפלדה חשמלית ומותקן במסגרת. המיטה עשויה בצורה יצוקה מחומר שאינו מגנטי (ברזל יצוק, אלומיניום). פיתולי הסטטור הם מערכת תלת פאזית שבה החוטים מונחים בחריצים עם זווית סטייה של 120 מעלות. השלבים של הפיתולים מחוברים באופן סטנדרטי לרשת על פי תוכניות "כוכב" או "משולש".
רוטור זה החלק הנע של המנוע. הרוטורים של מנועים חשמליים אסינכרוניים הם משני סוגים: עם כלוב סנאי ורוטורים פאזה. סוגים אלה נבדלים זה מזה בעיצובים של סלילה הרוטור.
מנוע אסינכרוני של כלוב סנאי
סוג זה של מכונה חשמלית רשם לראשונה פטנט על ידי M.O. Dolivo-Dobrovolsky ומכונה בפי העם "גלגל סנאי" בשל מראה המבנה. פיתול הרוטור הקצר מורכב ממוטות נחושת קצרים עם טבעות (אלומיניום, פליז) והוחדר לתוך החריצים של פיתול ליבת הרוטור. לסוג זה של רוטור אין מגעים נעים, ולכן מנועים אלה אמינים מאוד ועמידים בפעולה.
מנוע אינדוקציה עם רוטור פאזה
מכשיר כזה מאפשר לך להתאים את מהירות העבודה בטווח רחב. רוטור הפאזה הוא מתפתל תלת פאזי, המחובר על פי תוכניות "כוכב" או משולשים. במנועים חשמליים כאלה יש מברשות מיוחדות בעיצוב, בעזרתן ניתן להתאים את מהירות הרוטור. אם נוסף ריאוסטט מיוחד למנגנון של מנוע כזה, אז כאשר המנוע מופעל, ההתנגדות הפעילה תקטן ובכך יפחתו זרמי ההתנעה, אשר משפיעים לרעה על רשת החשמל ועל המכשיר עצמו.
עקרון הפעולה
כאשר זרם חשמלי מופעל על פיתולי הסטטור, מתרחש שטף מגנטי. מכיוון שהשלבים מוזזים זה לזה ב-120 מעלות, בגלל זה, הזרימה בפיתולים מסתובבת. אם הרוטור קצר, אז עם סיבוב כזה, מופיע זרם ברוטור, היוצר שדה אלקטרומגנטי. באינטראקציה זה עם זה, השדות המגנטיים של הרוטור והסטטור גורמים לסיבוב של הרוטור של המנוע החשמלי. אם הרוטור הוא פאזה, אז מתח מופעל על הסטטור והרוטור בו זמנית, שדה מגנטי מופיע בכל מנגנון, הם מקיימים אינטראקציה זה עם זה ומסובבים את הרוטור.
היתרונות של מנועים אסינכרוניים
| עם רוטור כלוב סנאי | עם רוטור פאזה |
|---|---|
| 1. מכשיר פשוט ומעגל שיגור | 1. זרם התחלה קטן |
| 2. עלות ייצור נמוכה | 2. יכולת התאמת מהירות הסיבוב |
| 3. עם הגדלת העומס, מהירות הציר לא משתנה | 3. עבודה עם עומסים קטנים מבלי לשנות את המהירות |
| 4. מסוגל לעמוד בעומסי יתר לטווח קצר | 4. ניתן להחיל התחלה אוטומטית |
| 5. אמין ועמיד בפעולה | 5. בעל מומנט גדול |
| 6. מתאים לכל תנאי העבודה | |
| 7. בעל יעילות גבוהה |
חסרונות של מנועים אסינכרוניים
| עם רוטור כלוב סנאי | עם רוטור פאזה |
|---|---|
| 1. מהירות הרוטור אינה ניתנת להתאמה | 1. מידות גדולות |
| 2. מומנט התחלתי קטן | 2. היעילות נמוכה יותר |
| 3. זרם התחלה גבוה | 3. תחזוקה תכופה עקב בלאי מברשות |
| 4. מורכבות עיצובית מסוימת ונוכחות של אנשי קשר נעים |
מנועים אסינכרוניים הם מכשירים יעילים מאוד עם מאפיינים מכניים מצוינים, מה שהופך אותם למובילים בתדירות השימוש.
מצבי הפעלה
מנוע חשמלי מסוג אסינכרוני הוא מנגנון אוניברסלי ויש לו מספר מצבים למשך הפעולה:
- רָצִיף;
- טווח קצר;
- תְקוּפָתִי;
- חוזר-קצר טווח;
- מיוחד.
מצב רציף - אופן הפעולה העיקרי של מכשירים אסינכרוניים, המאופיין בפעולה מתמדת של המנוע החשמלי ללא כיבויים עם עומס קבוע. אופן פעולה זה הוא הנפוץ ביותר, בשימוש במפעלים תעשייתיים בכל מקום.
מצב רגעי - פועל עד שמגיעים לעומס קבוע למשך זמן מסוים (10 עד 90 דקות), אין זמן להתחמם כמה שיותר. אחרי זה הוא נכבה. מצב זה משמש בעת אספקת חומרים עובדים (מים, נפט, גז) ומצבים אחרים.
מצב תקופתי -למשך העבודה יש ערך מסוים והוא כבוי בסוף מחזור העבודה. מצב הפעלה התחלה-עבודה-עצירה. יחד עם זאת, הוא יכול לכבות לזמן שבו אין לו זמן להתקרר לטמפרטורות חיצוניות ולהידלק שוב.
מצב לסירוגין - המנוע אינו מתחמם למקסימום, אך גם אין לו זמן להתקרר לטמפרטורה החיצונית. הוא משמש במעליות, מדרגות נעות והתקנים אחרים.
משטר מיוחד - משך ותקופת ההכללה הם שרירותיים.
בהנדסת חשמל קיים עיקרון של הפיכות של מכונות חשמליות – זה אומר שהמכשיר יכול גם להמיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית וגם לבצע פעולות הפוכות.
מנועים חשמליים אסינכרוניים תואמים גם הם לעיקרון זה ויש להם מצב פעולה של מנוע וגנרטור.
מצב מנוע - אופן הפעולה העיקרי של מנוע חשמלי אסינכרוני. כאשר מתח מופעל על הפיתולים, מומנט אלקטרומגנטי מתעורר, גורר את הרוטור עם הציר, וכך הציר מתחיל להסתובב, המנוע מגיע למהירות קבועה, עושה עבודה שימושית.
מצב גנרטור - מבוסס על עקרון עירור זרם חשמלי בפיתולי המנוע במהלך סיבוב הרוטור. אם רוטור המנוע מסובב בצורה מכנית, נוצר כוח אלקטרו-מוטיבי על פיתולי הסטטור, בנוכחות קבל בפיתולים, מתרחש זרם קיבולי.אם הקיבול של הקבל הוא ערך מסוים, בהתאם למאפייני המנוע, אז הגנרטור יתלהט בעצמו ותופיע מערכת מתח תלת פאזית. לפיכך, מנוע כלוב הסנאי יעבוד כגנרטור.
בקרת מהירות של מנועים אסינכרוניים
כדי לווסת את מהירות הסיבוב של מנועים חשמליים אסינכרוניים ולשלוט במצבי הפעולה שלהם, קיימות השיטות הבאות:
- תדירות - כאשר תדירות הזרם ברשת החשמל משתנה, תדירות הסיבוב של המנוע החשמלי משתנה. לשיטה זו, נעשה שימוש במכשיר הנקרא ממיר תדרים;
- ריאוסטטי - כאשר ההתנגדות של הריאוסטט ברוטור משתנה, מהירות הסיבוב משתנה. שיטה זו מגבירה את מומנט ההתחלה וההחלקה הקריטית;
- Pulse - שיטת בקרה שבה מופעל סוג מיוחד של מתח על המנוע.
- החלפת הפיתולים במהלך פעולת המנוע החשמלי ממעגל "כוכב" למעגל "משולש", המפחית את זרמי ההתנעה;
- בקרת החלפת צמד מוטות עבור רוטורים של כלוב סנאי;
- חיבור תגובת אינדוקטיבית למנועים עם רוטור מפותל.
עם התפתחותן של מערכות אלקטרוניות, השליטה במנועים חשמליים מסוג אסינכרוני שונים הופכת ליעילה ומדויקת יותר. מנועים כאלה נמצאים בשימוש בכל מקום בעולם, מגוון המשימות המבוצעות על ידי מנגנונים כאלה גדל מדי יום, והצורך בהם אינו פוחת.
מאמרים דומים:
