Indukční motor - Induction motor

Třífázové zcela uzavřené ventilátorem chlazené (TEFC ) indukční motor s koncovým krytem vlevo a bez koncového krytu pro zobrazení chladicího ventilátoru vpravo. U motorů TEFC jsou vnitřní tepelné ztráty odváděny nepřímo přes lamely krytu, většinou nuceným prouděním vzduchu.

Pohled v řezu statorem TEFC indukční motor, zobrazující rotor s vnitřními lopatkami pro cirkulaci vzduchu. Mnoho takových motorů má symetrickou kotvu a rám může být obrácen, aby se elektrická spojovací skříň (není zobrazena) umístila na opačnou stranu.

An indukční motor nebo asynchronní motor je AC elektrický motor ve kterém elektrický proud v rotor potřebné k výrobě točivého momentu se získá elektromagnetická indukce z magnetické pole z stator navíjení.^[1] Indukční motor lze proto vyrobit bez elektrického připojení k rotoru.^[A] Rotor indukčního motoru může být buď typ rány nebo typ veverky.

Třífázové klec veverek indukční motory jsou široce používány jako průmyslové pohony, protože jsou samočinné, spolehlivé a ekonomické. Jednofázové indukční motory se značně používají pro menší zátěže, jako jsou domácí spotřebiče, jako jsou ventilátory. Ačkoli se tradičně používají ve službě s pevnými otáčkami, indukční motory se stále častěji používají frekvenční měniče (VFD) v provozu s proměnnou rychlostí. VFD nabízejí obzvláště důležité možnosti úspory energie pro stávající a budoucí indukční motory s proměnným točivým momentem odstředivý aplikace zatížení ventilátorů, čerpadel a kompresorů. Indukční motory s kotvou nakrátko jsou velmi široce používány jak v aplikacích s pevnými otáčkami, tak s proměnnými frekvencemi.

Dějiny

Model prvního indukčního motoru Nikoly Tesly na Muzeum Tesla v Bělehradě v Srbsku

Konstrukce rotoru s klecovou klecí, zobrazující pouze střed, tři laminace

V roce 1824 francouzský fyzik François Arago formuloval existenci rotující magnetická pole, nazývané Arago rotace. Ruční zapínání a vypínání spínačů to v roce 1879 předvedl Walter Baily, což byl první primitivní indukční motor.^{[2][3][4][5][6][7][8]}

První komutátor bezfázový jednofázový střídavý indukční motor vynalezl maďarský inženýr Ottó Bláthy; k pohonu svého vynálezu použil jednofázový motor, elektroměr.^[9][10]

První třífázové indukční motory bez střídavého komutátoru byly vyvinuty nezávisle společností Galileo Ferraris a Nikola Tesla, fungující model motoru, který předvedl první v roce 1885 a druhý v roce 1887. Tesla požádala Americké patenty v říjnu a listopadu 1887 a některé z těchto patentů byly uděleny v květnu 1888. V dubnu 1888 byla Královská akademie věd v Turíně zveřejnil výzkum společnosti Ferraris týkající se jeho vícefázového motoru střídavého proudu s podrobným popisem základů motorického provozu.^[5][11] V květnu 1888 představil Tesla technický papír Nový systém pro střídavé motory a transformátory do Americký institut elektrotechniků (AIEE)^{[12][13][14][15][16]} popisující tři typy motorů se čtyřmi statory a póly: jeden se čtyřpólovým rotorem tvořícím nesamozpouštění neochota motoru, další s vinutým rotorem tvořícím samočinně se spouštějící indukční motor a třetí skutečný synchronní motor s odděleně buzeným stejnosměrným napájením na vinutí rotoru.

George Westinghouse, který vyvíjel výkon střídavého proudu v té době licencoval patenty společnosti Tesla v roce 1888 a koupil možnost patentu USA na koncept indukčního motoru Ferraris.^[17] Tesla byl také jeden rok zaměstnán jako konzultant. Zaměstnanec Westinghouse C. F. Scott byl přidělen na pomoc Tesle a později převzal vývoj indukčního motoru ve Westinghouse.^{[12][18][19][20]} Neustále prosazuje třífázový vývoj, Michail Dolivo-Dobrovolskij vynalezl indukční motor s klecovým rotorem v roce 1889 a transformátor tří končetin v roce 1890.^[21][22] Dále tvrdil, že Teslov motor nebyl praktický z důvodu dvoufázových pulzací, které ho přiměly vytrvat ve své třífázové práci.^[23] Ačkoli Westinghouse dosáhl svého prvního praktického indukčního motoru v roce 1892 a vyvinul řadu polyfáze 60 hertz indukční motory v roce 1893, tyto časné motory Westinghouse byly dvoufázové motory s navinutými rotory do B. G. Lamme vyvinul rotor s navíjením tyče.^[12]

The General Electric Company (GE) začala vyvíjet třífázové indukční motory v roce 1891.^[12] V roce 1896 podepsaly General Electric a Westinghouse dohodu o křížových licencích pro konstrukci rotoru s vinutím tyče, později nazývaného rotor s kotvou nakrátko.^[12] Arthur E. Kennelly byl první, kdo zdůraznil plný význam komplexní čísla (použitím j reprezentovat druhou odmocninu mínus jedna) k označení 90 ° otáčení operátor při analýze AC problémů.^[24] GE Charles Proteus Steinmetz velmi vyvinutá aplikace komplexních veličin střídavého proudu včetně analytického modelu, který je nyní běžně známý jako indukční motor Steinmetzův ekvivalentní obvod.^{[12][25][26][27]}

Vylepšení indukčních motorů plynoucí z těchto vynálezů a inovací byla taková, že 100-koňská síla indukční motor má v současné době stejné montážní rozměry jako motor o výkonu 7,5 koní v roce 1897.^[12]

Princip činnosti

Třífázový napájecí zdroj poskytuje rotující magnetické pole v indukčním motoru

Vrozený skluz - nerovnoměrná frekvence otáčení pole statoru a rotoru

Jak v indukci, tak v synchronní motory, střídavé napájení dodávané do motoru stator vytváří magnetické pole který se otáčí synchronně s AC oscilacemi. Zatímco rotor synchronního motoru se otáčí stejnou rychlostí jako pole statoru, rotor indukčního motoru se otáčí o něco pomaleji než pole statoru. Magnetické pole statoru indukčního motoru se proto mění nebo rotuje vzhledem k rotoru. To indukuje protilehlý proud v rotoru indukčního motoru, ve skutečnosti sekundární vinutí motoru, když je toto zkratováno nebo uzavřeno prostřednictvím vnější impedance.^[28] Rotující magnetický tok indukuje proudy ve vinutí rotoru,^[29] podobným způsobem jako proudy indukované v a transformátor sekundární vinutí.

Indukované proudy ve vinutí rotoru zase vytvářejí magnetická pole v rotoru, která reagují proti statorovému poli. Směr vytvářeného magnetického pole bude takový, aby byl proti dohodě se změnou proudu ve vinutí rotoru Lenzův zákon. Příčinou indukovaného proudu ve vinutí rotoru je magnetické pole rotujícího statoru, takže aby se zabránilo změně proudů vinutí rotoru, rotor se začne otáčet ve směru magnetického pole rotujícího statoru. Rotor zrychluje, dokud velikost indukovaného proudu a točivého momentu rotoru nevyváží aplikované mechanické zatížení na rotaci rotoru. Vzhledem k tomu, že otáčení synchronní rychlostí by nemělo za následek žádný indukovaný proud rotoru, pracuje indukční motor vždy o něco pomaleji než synchronní rychlost. Rozdíl mezi „skutečnými“ a synchronními otáčkami se pohybuje od přibližně 0,5% do 5,0% u standardních indukčních motorů s designovou křivkou točivého momentu B.^[30] Podstatným znakem indukčního motoru je to, že je vytvořen pouze indukcí, místo aby byl samostatně buzen jako v synchronních nebo stejnosměrných strojích nebo aby byl samomagnetizovaný jako v motory s permanentními magnety.^[28]

Aby mohly být indukovány proudy rotoru, musí být rychlost fyzického rotoru nižší než rychlost rotujícího magnetického pole statoru (${ displaystyle n_ {s}}$); jinak by se magnetické pole nepohybovalo vzhledem k vodičům rotoru a nebyly by indukovány žádné proudy. Jak rychlost rotoru klesá pod synchronní rychlost, zvyšuje se rychlost rotace magnetického pole v rotoru, což indukuje více proudu ve vinutí a vytváří větší točivý moment. Poměr mezi rychlostí otáčení magnetického pole indukovaného v rotoru a rychlostí otáčení statorového rotačního pole se nazývá „skluz“. Při zatížení rychlost klesá a prokluz se dostatečně zvyšuje, aby vytvořil dostatečný točivý moment pro zatáčení. Z tohoto důvodu jsou indukční motory někdy označovány jako „asynchronní motory“.^[31]

Indukční motor lze použít jako indukční generátor, nebo jej lze odmotat a vytvořit lineární indukční motor který může přímo generovat lineární pohyb. Režim generování indukčních motorů komplikuje potřeba budit rotor, který začíná pouze zbytkovou magnetizací. V některých případech je tato zbytková magnetizace dostatečná k samočinnému buzení motoru při zatížení. Proto je nutné buď zacvaknout motor a krátkodobě jej připojit k síti pod napětím, nebo přidat kondenzátory původně nabité zbytkovým magnetismem a zajišťující požadovaný jalový výkon během provozu. Podobná je činnost indukčního motoru paralelně se synchronním motorem sloužícím jako kompenzátor účiníku. Funkce v režimu generátoru paralelně k síti je, že rychlost rotoru je vyšší než v režimu jízdy. Poté je do sítě dodávána aktivní energie.^[2] Další nevýhodou generátoru indukčního motoru je to, že spotřebovává značný magnetizační proud Já₀ = (20-35)%.

Synchronní rychlost

Synchronní rychlost střídavého motoru, ${ displaystyle f_ {s}}$, je rychlost otáčení magnetického pole statoru,

${ displaystyle f_ {s} = {2f přes p}}$,

kde ${ displaystyle f}$ je frekvence napájení, ${ displaystyle p}$ je počet magnetických pólů a ${ displaystyle f_ {s}}$ je synchronní rychlost stroje. Pro ${ displaystyle f}$ v hertz a ${ displaystyle n_ {s}}$ synchronní rychlost v RPM, vzorec se stává:

${ displaystyle n_ {s} = {2f over p} cdot left ({ frac {60 mathrm {seconds}} { mathrm {minut}}} right) = {120f over {p} } cdot left ({ frac { mathrm {sekundy}} { mathrm {minuta}}} doprava)}$.^[32][33]

Například pro čtyřpólový třífázový motor ${ displaystyle p}$ = 4 a ${ displaystyle n_ {s} = {120f nad 4}}$ = 1 500 RPM (pro ${ displaystyle f}$ = 50 Hz) a 1 800 ot / min (pro ${ displaystyle f}$ = 60 Hz) synchronní rychlost.

Počet magnetických pólů, ${ displaystyle p}$, se rovná počtu skupin cívek na fázi. Chcete-li určit počet skupin cívek na fázi v 3fázovém motoru, spočítejte počet cívek, vydělte počtem fází, což je 3. Cívky se mohou rozprostírat do několika slotů v jádru statoru, takže je zdlouhavé je počítat . Pokud u 3fázového motoru počítáte celkem 12 skupin cívek, má 4 magnetické póly. U 12pólového 3fázového stroje bude 36 cívek. Počet magnetických pólů v rotoru se rovná počtu magnetických pólů ve statoru.

Dvě číslice vpravo a vlevo nad každou znázorňují dvoupólový třífázový stroj skládající se ze tří párů pólů, přičemž každý pól je od sebe vzdálený 60 °.

Uklouznutí

Typická křivka točivého momentu jako funkce prokluzu, zde vyjádřená jako „g“

Uklouznutí, ${ displaystyle s}$, je definován jako rozdíl mezi synchronními otáčkami a provozními otáčkami, při stejné frekvenci, vyjádřený v otáčkách za minutu nebo v procentech nebo poměru synchronních otáček. Tím pádem

${ displaystyle s = { frac {n_ {s} -n_ {r}} {n_ {s}}} ,}$

kde${ displaystyle n_ {s}}$ je elektrická rychlost statoru, ${ displaystyle n_ {r}}$ je mechanická rychlost rotoru.^[34][35] Kluz, který se mění od nuly při synchronních otáčkách a 1, když se rotor zastaví, určuje točivý moment motoru. Protože zkratovaná vinutí rotoru mají malý odpor, i malý skluz indukuje velký proud v rotoru a vytváří značný točivý moment.^[36] Při plném jmenovitém zatížení se skluz pohybuje od více než 5% pro malé nebo speciální motory k méně než 1% pro velké motory.^[37] Tyto změny otáček mohou způsobit problémy se sdílením zátěže, když jsou mechanicky připojeny motory různých velikostí.^[37] K omezení skluzu jsou k dispozici různé metody, VFD často nabízejí nejlepší řešení.^[37]

Točivý moment

Standardní točivý moment

Křivky otáček a točivého momentu pro čtyři typy indukčních motorů: A) Jednofázové, B) Vícefázová klec, C) Hluboká tyč k vícefázové kleci, D) Vícefázová dvojitá klec

Typická křivka otáček a točivého momentu pro motor NEMA Design B.

Přehrát média

Přechodné řešení pro střídavý indukční motor od úplného zastavení do provozního bodu při měnícím se zatížení.

Typický vztah otáček a točivého momentu standardního vícefázového indukčního motoru NEMA Design B je uveden na křivce vpravo. Motory Design B jsou vhodné pro většinu zátěží s nízkým výkonem, jako jsou odstředivá čerpadla a ventilátory, omezeny následujícími typickými rozsahy točivého momentu:^[30][b]

• Průrazný moment (špičkový točivý moment), 175–300% jmenovitého točivého momentu
• Moment s blokovaným rotorem (točivý moment při 100% skluzu), 75–275% jmenovitého točivého momentu
• Utahovací moment, 65–190% jmenovitého momentu.

V normálním rozsahu zatížení motoru je strmost točivého momentu přibližně lineární nebo úměrná skluzu, protože hodnota odporu rotoru dělená skluzem, ${ displaystyle R_ {r} '/ s}$, lineárně dominuje točivému momentu.^[38] Jak se zatížení zvyšuje nad jmenovité zatížení, faktory reaktance úniku statoru a rotoru se postupně stávají významnějšími ve vztahu k ${ displaystyle R_ {r} '/ s}$ tak, že točivý moment se postupně křiví směrem k průraznému momentu. Jak se zátěžový moment zvyšuje nad točivý moment, motor se zastaví.

Začíná

Existují tři základní typy malých indukčních motorů: jednofázové s dělenými fázemi, jednofázové se stíněnými póly a vícefázové.

U dvoupólových jednofázových motorů se točivý moment snižuje na nulu při 100% skluzu (nulové rychlosti), takže tyto vyžadují úpravy statoru, například stínované póly poskytnout počáteční točivý moment. Jednofázový indukční motor vyžaduje samostatné spouštěcí obvody, aby motoru poskytoval rotační pole. Normální běžící vinutí v takovém jednofázovém motoru mohou způsobit otáčení rotoru v obou směrech, takže spouštěcí obvod určuje směr provozu.

Magnetický tok v motoru se stíněnými póly.

U některých menších jednofázových motorů se spouštění provádí pomocí měděného drátu otočeného kolem části pólu; takový pól se označuje jako stínovaný pól. Proud indukovaný v tomto směru zaostává za napájecím proudem a vytváří zpožděné magnetické pole kolem zastíněné části pólové plochy. To dodává dostatečnou energii rotačního pole k nastartování motoru. Tyto motory se obvykle používají v aplikacích, jako jsou stolní ventilátory a gramofony, protože požadovaný počáteční točivý moment je nízký a nízká účinnost je tolerovatelná vzhledem ke sníženým nákladům na motor a způsob spouštění ve srovnání s jinými konstrukcemi střídavých motorů.

Větší jednofázové motory jsou dvoufázové motory a mají druhé statorové vinutí napájené proudem mimo fázi; takové proudy mohou být vytvářeny napájením vinutí kondenzátorem nebo jeho přijímáním různých hodnot indukčnosti a odporu z hlavního vinutí. v start kondenzátoru konstrukce, druhé vinutí je odpojeno, jakmile je motor na rychlost, obvykle buď odstředivým spínačem působícím na závaží na hřídeli motoru nebo termistor který se zahřívá a zvyšuje jeho odpor, čímž se snižuje proud přes druhé vinutí na zanedbatelnou úroveň. The běh kondenzátoru designy udržují druhé vinutí při běhu a zlepšují točivý moment. A start odporu design používá startér vložený do série se spouštěcím vinutím, čímž vytváří reaktanci.

Samočinně se spouštějící vícefázové indukční motory produkují točivý moment i při zastavení. Dostupné metody spouštění indukčních motorů s kotvou nakrátko zahrnují přímé spouštění on-line, spouštění reaktoru se sníženým napětím nebo autotransformátor, spouštění hvězda-trojúhelník nebo stále častěji nové polovodičové měkké sestavy a samozřejmě frekvenční měniče (VFD).^[39]

Vícefázové motory mají rotorové tyče tvarované tak, aby poskytovaly různé charakteristiky rychlosti a točivého momentu. Distribuce proudu uvnitř tyčí rotoru se mění v závislosti na frekvenci indukovaného proudu. V klidovém stavu má proud rotoru stejnou frekvenci jako proud statoru a má tendenci cestovat po nejvzdálenějších částech tyčí rotoru klece (o kožní efekt ). Různé tvary pruhů mohou poskytnout užitečně odlišné charakteristiky rychlosti a točivého momentu a také určitou kontrolu nad zapínacím proudem při spuštění.

Ačkoli vícefázové motory jsou ze své podstaty samočinné, jejich konstrukční limity pro rozběhový a rozběhový moment musí být dostatečně vysoké, aby překonaly podmínky skutečného zatížení.

U vinutých rotorových motorů umožňuje připojení obvodu rotoru přes sběrací kroužky k vnějším odporům změnu charakteristik rychlosti a momentu pro účely řízení zrychlení a řízení rychlosti.

Kontrola rychlosti

Odpor

Typické křivky otáček a točivého momentu pro různé vstupní frekvence motoru, jaké se používají například u frekvenční měniče

Před vývojem polovodičů výkonová elektronika Bylo obtížné měnit frekvenci a klecové indukční motory se používaly hlavně v aplikacích s pevnou rychlostí. Aplikace jako elektrické mostové jeřáby používaly stejnosměrné pohony nebo motory s vinutým rotorem (WRIM) s sběrací kroužky pro připojení obvodu rotoru k proměnlivému vnějšímu odporu umožňujícímu značný rozsah regulace otáček. Ztráty rezistoru spojené s provozem WRIM při nízké rychlosti jsou však hlavní nákladovou nevýhodou, zejména u stálých zátěží.^[40] Velké motorové pohony sběracího kroužku, nazývané systémy rekuperace energie skluzu, některé se stále používají, získávají energii z obvodu rotoru, opravují ji a vracejí ji do energetického systému pomocí VFD.

Kaskáda

Rychlost dvojice motorů s kroužkem lze regulovat kaskádovým spojením nebo zřetězením. Rotor jednoho motoru je spojen se statorem druhého.^[41][42] Pokud jsou oba motory také mechanicky spojeny, poběží poloviční rychlostí. Tento systém byl kdysi široce používán u třífázových železničních lokomotiv, jako např Třída FS E.333.

Frekvenční měnič

Frekvenční měnič

V mnoha průmyslových aplikacích s proměnnými otáčkami jsou pohony DC a WRIM přemísťovány indukčními motory s klecí napájenými VFD. Nejběžnějším účinným způsobem řízení rychlosti asynchronního motoru mnoha zátěží je použití VFD. Překážky přijetí VFD z důvodu nákladů a spolehlivosti byly za poslední tři desetiletí výrazně sníženy, takže se odhaduje, že technologie pohonu je přijata až u 30–40% všech nově instalovaných motorů.^[43]

Frekvenční měniče implementují skalární nebo vektorové řízení indukčního motoru.

S skalární ovládání, pouze velikost a frekvence napájecího napětí jsou řízeny bez fázového řízení (chybí zpětná vazba podle polohy rotoru). Skalární řízení je vhodné pro aplikace, kde je zatížení konstantní.

Vektorové ovládání umožňuje nezávislé řízení otáček a točivého momentu motoru, což umožňuje udržovat konstantní rychlost otáčení při měnícím se zátěžovém momentu. Ale vektorové řízení je dražší kvůli ceně senzoru (ne vždy) a požadavku na výkonnější ovladač.^[44]

Konstrukce

Typický vzor vinutí pro třífázový (U, W, V) čtyřpólový motor. Všimněte si prokládání vinutí pólu a výsledného kvadrupólové pole.

Stator indukčního motoru se skládá z pólů nesoucích napájecí proud k indukci magnetického pole, které proniká rotorem. Pro optimalizaci distribuce magnetického pole jsou vinutí rozložena do štěrbin kolem statoru, přičemž magnetické pole má stejný počet severního a jižního pólu. Indukční motory jsou nejčastěji provozovány na jednofázové nebo třífázové napájení, ale existují dvoufázové motory; teoreticky mohou mít indukční motory libovolný počet fází. Mnoho jednofázových motorů se dvěma vinutími lze považovat za dvoufázové motory, protože kondenzátor se používá ke generování druhé napájecí fáze o 90 ° z jednofázového napájení a přivádí ji do druhého vinutí motoru. Jednofázové motory vyžadují určitý mechanismus, který při spuštění vytváří rotující pole. Vodicí tyče rotoru klece indukčního motoru jsou obvykle zkosené, aby se zabránilo magnetickému zablokování.

Standardizované velikosti rámů motorů NEMA a IEC v celém odvětví vedou k zaměnitelným rozměrům pro montáž na hřídel, patku, obecným aspektům i určitým aspektům příruby motoru. Vzhledem k tomu, že otevřená konstrukce odolná proti kapání (ODP) umožňuje volnou výměnu vzduchu z vnějšku na vnitřní vinutí statoru, má tento styl motoru tendenci být o něco efektivnější, protože vinutí jsou chladnější. Při daném jmenovitém výkonu vyžaduje nižší rychlost větší rám.^[45]

Obrácení rotace

Způsob změny směru otáčení indukčního motoru závisí na tom, zda se jedná o třífázový nebo jednofázový stroj. V případě třífázových fází je reverzace přímo implementována záměnou připojení jakýchkoli dvoufázových vodičů.

U jednofázového motoru s dělenou fází je reverzace dosaženo změnou spojení mezi primárním vinutím a spouštěcím obvodem. Některé jednofázové motory s dělenou fází, které jsou navrženy pro konkrétní aplikace, mohou mít připojení mezi primárním vinutím a spouštěcím obvodem interně připojené, takže rotaci nelze změnit. Jednofázové motory se stíněnými póly mají také pevnou rotaci a směr nelze změnit, pouze demontáží motoru a obrácením statoru opačným směrem, než je původní směr rotoru.

Faktor síly

The faktor síly indukčních motorů se mění podle zatížení, obvykle od přibližně 0,85 nebo 0,90 při plném zatížení až po pouhých 0,20 při volnoběhu,^[39] kvůli úniku statoru a rotoru a magnetizační reaktanci.^[46] Účiník lze zlepšit připojením kondenzátorů buď na základě jednotlivých motorů, nebo přednostně na společnou sběrnici pokrývající několik motorů. Z ekonomických a jiných důvodů jsou energetické systémy zřídka upraveny účinníkem na účiník jednoty.^[47]Aplikace výkonových kondenzátorů s harmonickými proudy vyžaduje analýzu energetického systému, aby se zabránilo harmonické rezonanci mezi kondenzátory a reaktancemi transformátoru a obvodu.^[48] Doporučuje se společná korekce účiníku sběrnice, aby se minimalizovalo rezonanční riziko a zjednodušila se analýza systému napájení.^[48]

Účinnost

Indukční motorový vrtací lis

Účinnost motoru při plném zatížení se pohybuje kolem 85–97%, související ztráty motoru se dělí zhruba takto:^[49]

• Tření a vítr, 5–15%
• Železo nebo ztráty jádra, 15–25%
• Ztráty statoru, 25–40%
• Ztráty rotoru, 15–25%
• Ztráty rozptýleného zatížení, 10–20%.

Různé regulační orgány v mnoha zemích zavedly a provedly právní předpisy na podporu výroby a používání vysoce účinných elektrických motorů. Existují a chystají se právní předpisy týkající se budoucího povinného používání indukčních motorů prémiové účinnosti v definovaném zařízení. Další informace viz: Prémiová účinnost.

Steinmetzův ekvivalentní obvod

Mnoho užitečných motorických vztahů mezi časem, proudem, napětím, rychlostí, účinníkem a točivým momentem lze získat z analýzy Steinmetz ekvivalentní obvod (nazývaný také ekvivalentní obvod T nebo ekvivalentní obvod doporučený IEEE), matematický model používaný k popisu toho, jak je elektrický vstup indukčního motoru transformován na užitečný výstup mechanické energie. Ekvivalentní obvod je jednofázové znázornění vícefázového indukčního motoru, které je platné v ustáleném stavu s vyváženým zatížením.

Steinmetzův ekvivalentní obvod je vyjádřen jednoduše z hlediska následujících komponent:

• Stator odpor a úniková reaktance (${ displaystyle R_ {s}}$, ${ displaystyle X_ {s}}$).
• Rotor odpor, reaktance úniku a prokluz (${ displaystyle R_ {r}}$, ${ displaystyle X_ {r}}$ nebo ${ displaystyle R_ {r} '}$, ${ displaystyle X_ {r} '}$, a ${ displaystyle s}$).
• Magnetizující reaktance (${ displaystyle X_ {m}}$).

Parafrázováno z Algeru ve Knowltonu, indukční motor je jednoduše elektrický transformátor, jehož magnetický obvod je oddělen vzduchovou mezerou mezi vinutím statoru a vinutím rotujícího rotoru.^[28] Ekvivalentní obvod může být odpovídajícím způsobem zobrazen buď s ekvivalentními součástmi obvodu příslušných vinutí oddělených ideálním transformátorem, nebo s komponentami rotoru označenými na straně statoru, jak je znázorněno v následujícím obvodu a souvisejících tabulkách rovnic a definic parametrů.^{[39][47][50][51][52][53]}

Steinmetzův ekvivalentní obvod

Definice parametrů obvodu
		Jednotky
${ displaystyle f}$	stator frekvence zdroje	Hz
${ displaystyle f _ { text {s}}}$	stator synchronní frekvence	Hz
${ displaystyle n _ { text {r}}}$	rotor rychlost dovnitř otáčky za minutu	ot / min
${ displaystyle n _ { text {s}}}$	synchronní rychlost v otáčkách za minutu	ot / min
${ displaystyle I _ { text {s}}}$	stator nebo primární proud	A
${ displaystyle I _ { text {r}} '}$	rotor nebo sekundární proud na straně statoru	A
${ displaystyle I _ { text {m}}}$	magnetizační proud	A
${ displaystyle j = { sqrt {-1}}}$	imaginární číslo nebo 90 ° otáčení, operátor
${ displaystyle K _ { text {TE}}}$	${ displaystyle = X_ {m} / vlevo (X_ {s} + X_ {m} vpravo)}$ Thévenin činitel reaktance
${ displaystyle m}$	počet fází motoru
${ displaystyle p}$	počet pólů motoru
${ displaystyle P _ { text {em}}}$	elektromechanický výkon	W nebo hp
${ displaystyle P _ { text {mezera}}}$	síla vzduchové mezery	Ž
${ displaystyle P _ { text {r}}}$	rotor ztráty mědi	Ž
${ displaystyle P _ { text {o}}}$	příkon	Ž
${ displaystyle P _ { text {h}}}$	ztráta jádra	Ž
${ displaystyle P _ { text {f}}}$	tření a ztráta větru	Ž
${ displaystyle P _ { text {rl}}}$	příkon běžícího světla	Ž
${ displaystyle P _ { text {sl}}}$	ztráta rozptýleného zatížení	Ž
${ displaystyle R _ { text {s}}, X _ { text {s}}}$	stator nebo primární odpor a úniková reaktance	Ω
${ displaystyle R _ { text {r}} ', X _ { text {r}}'}$	rotor nebo sekundární odpor a úniková reaktance vztažená na stranu statoru	Ω
${ displaystyle R _ { text {o}}, X _ { text {o}}}$	odpor a úniková reaktance na vstupu motoru	Ω
${ displaystyle R _ { text {TE}}, X _ { text {TE}}}$	Kombinace ekvivalentního odporu a únikové reaktance Thévenin ${ displaystyle R _ { text {s}}, X _ { text {s}}}$ a ${ displaystyle X_ {m}}$	Ω
${ displaystyle s}$	uklouznutí
${ displaystyle T _ { text {em}}}$	elektromagnetický točivý moment	Nm nebo ft-lb
${ displaystyle T _ { text {max}}}$	točivý moment	Nm nebo ft-lb
${ displaystyle V _ { text {s}}}$	dojemná fáze statoru Napětí	PROTI
${ displaystyle X _ { text {m}}}$	magnetizující reaktance	Ω
${ displaystyle X}$	${ displaystyle X_ {s} + X_ {r} '}$	Ω
${ displaystyle Z _ { text {s}}}$	stator nebo primární impedance	Ω
${ displaystyle Z _ { text {r}} '}$	rotor nebo sekundární impedance vztažená na primární	Ω
${ displaystyle Z _ { text {o}}}$	impedance na statoru motoru nebo primárním vstupu	Ω
${ displaystyle Z}$	kombinovaný rotor nebo sekundární a magnetizační impedance	Ω
${ displaystyle Z _ { text {TE}}}$	Théveninova ekvivalentní obvodová impedance, ${ displaystyle R _ { text {TE}} + X _ { text {TE}}}$	Ω
${ displaystyle omega _ { text {r}}}$	rychlost rotoru	rad / s
${ displaystyle omega _ { text {s}}}$	synchronní rychlost	rad / s
${ displaystyle Y}$	${ displaystyle = G-jB = { frac {1} {Z}} = { frac {1} {R + jX}} = { frac {R} {Z ^ {2}}} - { frac {jX} {Z ^ {2}}}}$	mho
${ displaystyle left vert Z right vert}$	${ displaystyle { sqrt {R ^ {2} + X ^ {2}}}}$	Ω

Pro obvod platí následující přibližné pravidla:^[53][54][55]

• Maximální proud nastává za podmínek zablokovaného proudu rotoru (LRC) a je o něco menší než ${ displaystyle V _ { text {s}} / X}$, s LRC obvykle v rozmezí 6 až 7násobku jmenovitého proudu pro standardní motory Design B.^[30]
• Průrazný moment ${ displaystyle T _ { text {max}}}$ se stane, když ${ displaystyle s přibližně R _ { text {r}} '/ X}$ a ${ displaystyle I _ { text {s}} přibližně 0,7 ; LRC}$ takhle ${ displaystyle T _ { text {max}} přibližně KV _ { text {s}} ^ {2} / 2X}$ a tedy při vstupu s konstantním napětím je procento točivého momentu minimálního skluzu indukčního motoru přibližně o polovinu nižší než procento LRC.
• Relativní reaktance statoru k úniku rotoru standardních indukčních motorů klece Design B je^[56]

  ${ displaystyle { frac {X _ { text {s}}} {X _ { text {r}} '}} přibližně { frac {0,4} {0,6}}}$.

• Zanedbáním statorového odporu se křivka točivého momentu indukčního motoru snižuje na Klossovu rovnici^[57]

  ${ displaystyle T _ { text {em}} přibližně { frac {2T _ { text {max}}} {{ frac {s} {s _ { text {max}}}} + { frac {s_ { text {max}}} {s}}}}}$, kde ${ displaystyle s _ { text {max}}}$ je sklouznout ${ displaystyle T _ { text {max}}}$.

Rovnice točivého momentu

${ displaystyle T _ { text {em}} = { frac {P _ { text {em}}} { omega _ {r}}} = { frac { frac {P _ { text {r}} } {s}} { omega _ {s}}} = { frac {3I _ { text {r}} ^ { prime 2} R _ { text {r}} '}} omega _ { text {s}} s}}}$ (newton metrů) Aby bylo možné vyjádřit ${ displaystyle T _ { text {em}}}$ přímo z hlediska ${ displaystyle s}$, IEEE to doporučuje ${ displaystyle R _ { text {s}}, X _ { text {s}}}$ a ${ displaystyle X _ { text {m}}}$ být převedeny na Thévenin ekvivalentní obvod IEEE doporučil ekvivalentní obvod Thévenin kde ${ displaystyle V _ { text {TE}} = { frac {X _ { text {m}}} { sqrt {R _ { text {s}} ^ {2} + (X _ { text {s} } + X _ { text {m}}) ^ {2}}}} V _ { text {s}}}$ ${ displaystyle Z _ { text {TE}} = R _ { text {TE}} + jX _ { text {TE}} = { frac {jX _ { text {m}} vlevo (R _ { text { s}} + jX _ { text {s}} vpravo)} {R _ { text {s}} + j vlevo (X _ { text {s}} + X _ { text {m}} vpravo) }}}$ Od té doby ${ displaystyle R _ { text {s}} ^ {2} gg { vlevo (X _ { text {s}} + X _ { text {m}} vpravo) ^ {2}}}$ a ${ displaystyle X _ { text {s}} ll X _ { text {m}}}$a nechat ${ displaystyle K _ { text {TE}} = { frac {X _ { text {m}}} {X _ { text {s}} + X _ { text {m}}}}}$ ${ displaystyle V _ { text {TE}} přibližně Z _ { text {TE}} V _ { text {s}}}$ a ${ displaystyle Z _ { text {TE}} přibližně K _ { text {TE}} ^ {2} R _ { text {s}} + jX _ { text {s}}}$[55] ${ displaystyle T _ { text {em}} = { frac {3V _ { text {TE}} ^ {2}} { left (R _ { text {TE}} + { frac {1} {s }} R _ { text {r}} ' vpravo) ^ {2} + vlevo (X _ { text {TE}} + X_ {r}' vpravo) ^ {2}}} cdot { frac {1} {s}} R _ { text {r}} ' cdot { frac {1} { omega _ { text {s}}}}}$ (N · m)[55] Pro nízké hodnoty skluzu: Od té doby ${ displaystyle R _ { text {TE}} + R _ { text {r}} ' gg R _ { text {TE}} + X _ { text {r}}'}$ a ${ displaystyle R _ { text {r}} ' gg R _ { text {TE}}}$ ${ displaystyle T _ { text {em}} přibližně { frac {1} { omega _ { text {s}}}} cdot { frac {3V _ { text {TE}} ^ {2} } {R _ { text {r}} '}} s}$ (N · m) Pro vysoké hodnoty skluzu Od té doby ${ displaystyle R _ { text {TE}} + R_ {r} ' ll R _ { text {TE}} + X_ {r}'}$ ${ displaystyle T _ { text {em}} přibližně { frac {1} { omega _ { text {s}}}} cdot { frac {3V _ { text {TE}} ^ {2} } { left (X _ { text {s}} + X _ { text {r}} ' right) ^ {2}}} cdot { frac {R _ { text {r}} ^ { prime 2}} {s}}}$ (N · m) Pro maximální točivý moment nebo moment při poruše, který je nezávislý na odporu rotoru ${ displaystyle T _ { text {max}} = { frac {1} {2 omega _ {s}}} cdot { frac {3V _ { text {TE}} ^ {2}} {R_ { text {TE}} + { sqrt {R _ { text {TE}} ^ {2} + (X _ { text {TE}} + X _ { text {r}} ') ^ {2}}} }}}$ (N · m)[55] Odpovídající skluz při maximálním nebo průrazném momentu je ${ displaystyle s = { frac {R _ { text {r}} '} { sqrt {R _ { text {TE}} ^ {2} + left (X _ { text {TE}} + X_ { text {r}} ' right) ^ {2}}}}}$[55] V jednotkách stopa-libra ${ displaystyle T _ { text {em}} = { frac {21.21 ; I_ {r} ^ { prime 2} R _ { text {r}} '}} {n _ { text {r}} s} }}$ (ft-lb) ${ displaystyle T _ { text {em}} = { frac {7.04 ; P _ { text {mezera}}} {n _ { text {s}}}}}$ (ft-lb)

Lineární indukční motor

Lineární indukční motory, které pracují na stejných obecných principech jako rotační indukční motory (často třífázové), jsou navrženy tak, aby vytvářely přímočarý pohyb. Použití zahrnuje magnetická levitace, lineární pohon, lineární aktuátory, a tekutý kov čerpací.^[58]

Viz také

• Střídavý motor
• Kruhový diagram
• Indukční generátor
• Prémiová účinnost
• Variabilní průtok chladiva

Poznámky

Reference

Klasické zdroje

• Bailey, Benjamin Franklin (1911). The Induction Motor. McGraw-Hill. induction motor.
• Behrend, Bernhard Arthur (1901). The Induction Motor: A Short Treatise on its Theory and Design, With Numerous Experimental Data and Diagrams. McGraw Publishing Company / Electrical World and Engineer.
• Boy de la Tour, Henri (1906). The Induction Motor: Its Theory and Design, Set Forth By a Practical Method of Calculation. Translated Cyprien Odilon Mailloux. McGraw Pub. Co.

externí odkazy

• Silvanus Phillips Thompson: Polyphase electric currents and alternate current motors
• Induction motor topics from Hyperphysics website hosted by C.R. Nave, GSU Physics and Astronomy Dept.