Кіріспе
АБ электрлік кіріс арқылы іске қосылатын электр қозғалтқышы АБ қозғалтқышы - ауыспалы ток (АҚ) арқылы іске қосылатын электр қозғалтқышы. АЖ қозғалтқышы әдетте екі негізгі бөліктен тұрады, сыртқы статордың айналымдық магнит өрісін өндіру үшін ауыспалы токпен қамтамасыз етілген катушкалары бар, ал екінші айналымдық магнит өрісін өндіретін шығыс білігіне бекітілген ішкі ротор. Ротордың магнит өрісі тұрақты магниттермен, релюктанстық айғақпен немесе DC немесе AC электрлік орамдармен жасалуы мүмкін. Аз таралған, AC сызықтық қозғалтқыштар айналушы қозғалтқыштармен ұқсас принциптер бойынша жұмыс істейді, бірақ олардың стационарлық және жылжымалы бөліктері тік сызық конфигурациясында орналастырылған, айналудың орнына сызықтық қозғалыс жасайды.
An AC motor is an electric motor driven by an alternating current (AC). The AC motor commonly consists of two basic parts, an outside stator having coils supplied with alternating current to produce a rotating magnetic field, and an inside rotor attached to the output shaft producing a second rotating magnetic field. The rotor magnetic field may be produced by permanent magnets, reluctance saliency, or DC or AC electrical windings. Less common, AC linear motors operate on similar principles as rotating motors but have their stationary and moving parts arranged in a straight line configuration, producing linear motion instead of rotation.
Жұмыс істеу қағидалары
Қалпына келтірілетін ток қозғалтқыштарының екі негізгі түрі - индукциялық қозғалтқыштар мен синхронды қозғалтқыштар. Индукциялық мотор (немесе асинхронды мотор) ротордың АЖ орауында ротор тоғын индукциялау үшін статордың айналатын магнит өрісі мен ротордың бұрылысы жылдамдығы арасындағы жылдамдықтың кішкене айырмашылығына әрдайым сүйенеді. Нәтижесінде, индукциялық қозғалтқыш индукция (немесе тайғақ) маңызды емес немесе жоқ болған кезде синхронды жылдамдыққа жақын айналым моментін шығара алмайды. Ал синхронды мотор жұмыс істеу үшін тайғақ индукциясына сүйенбейді және тұрақты магниттерді, шығып тұрған полюстерді (магниттік полюстерді шығаратын) немесе тәуелсіз қоздырылған ротор орамын қолданады. Синхронды қозғалтқыш өзінің номиналды айналым моментін дәл синхронды айналымда береді. Бөршелі жоқ бұралған ротордың қос қоректендірілген синхронды мотор жүйесі тәуелсіз қозғайтын ротор орауына ие, ол токтың сырғанау принциптеріне сүйенбейді. Бөртпесіз екі рет қоректендірілген роторлы мотор - бұл қоректендіру жиілігінде немесе қоректендіру жиілігінің суб- немесе супер-көптегенінде дәл жұмыс істей алатын синхронды мотор. Моторлардың басқа түрлеріне айналдырушы ток моторлары және жылдамдығы кернеу мен орам қосылысына байланысты болатын механикалық коммутацияланған АЖ және БЖ машиналары жатады.
Тарих
Айнымалы ток технологиясы Майкл Фарадей мен Джозеф Генридің 1830-31 жылдардағы магнит өрісінің өзгеруі схемадағы электр тоғын тудыратындығын ашқаннан кейін пайда болды. Фарадейдің бұл ашылуы әдеттегідей, ол өзінің зерттеулерін алғаш жариялағандықтан, оған құрмет көрсетіледі. 1832 жылы француз аспап жасаушысы Гипполит Пиксии алғашқы альтернаторды жобалап, құрастырған кезде ауыспалы токтың бастапқы түрін шығарды. Ол екі иілген сым орамасының үстінен өтетін айналдыру магнитінен тұрады. АЖ-ның алыс қашықтыққа жоғары кернеуді берудегі артықшылықтары болғандықтан, 19 ғасырдың аяғында АҚШ пен Еуропада жұмыс істейтін АЖ моторларын жасауға тырысатын көптеген өнертапқыштар болды. Айналмалы магнит өрісін тұжырымдаған алғашқы адам Уолтер Бейли болды, ол 1879 жылы 28 маусымда Лондонның физикалық қоғамына коммутатордың көмегімен аккумулятормен жұмыс істейтін полифазды мотордың жұмыс істейтін демонстрациясын берді. Бэйлидің құрылғысына ұқсас құрылғыны сипаттап, француз инженер-электрик Марсель Депрез 1880 жылы айналу магнит өрісінің және оны шығаратын екі фазалы АЖ тоқ жүйесінің принциптерін анықтаған қағаз жариялады. Бұл жобаның ешбір дәлелі болмаған, өйткені екі токтың бірі машинаның өзімен қамтамасыз етілген. 1887 жылы америкалық өнертапқыш Чарльз Шенк Брэдли төрт сыммен екі фазалы ауыспалы ток беруді патенттеген алғашқы адам болды. "Коммутаторсыз" ауыспалы ток индукциялық қозғалтқыштарын Галилео Феррарис пен Никола Тесла өз бетімен ойлап тапқан сияқты. Феррарис өзінің бір фазалы индукциялық қозғалтқышының жұмыс моделін 1885 жылы көрсетті, ал Тесла өзінің жұмыс істейтін екі фазалы индукциялық қозғалтқышын 1887 жылы жасап, оны 1888 жылы Америка электр инженерлері институтында көрсетті (бұл ретте Тесла айналатын магнит өрісін 1882 жылы ойлап тапқанын мәлімдеді). 1888 жылы Феррарис өзінің зерттеулерін Туриндегі Корольдік ғылым академиясына жариялады, онда ол қозғалтқыш жұмысының негіздерін егжей-тегжейлі түсіндірді; Сол жылы Теслаға өзінің қозғалтқышына АҚШ патенті берілді. Ферраридің тәжірибелері бойынша жұмыс істеп, Михаил Доливо Добровольский 1890 жылы алғашқы үш фазалы индукциялық қозғалтқышты енгізді, бұл әлдеқайда қабілетті дизайн, ол Еуропа мен АҚШ-та қолданылатын прототипке айналды. Ол сондай-ақ алғашқы үш фазалы генератор мен трансформаторды ойлап тапты және оларды 1891 жылы алғашқы толық АЖ үш фазалы жүйеге біріктірді. Үш фазалы қозғалтқыштың дизайнын швейцариялық инженер Чарльз Юджин Ланселот Браун да жасады.
Көп фазалы тор роторы
Көптеген жалпы AC моторлары үйдегі және жеңіл өнеркәсіптегі ауыспалы ток моторларында кездесетін бөрене торлы роторды қолданады. Бүркітша қауысы - үй жануарларын жаттықтыру үшін қолданылатын айналымдық қауыс. Двигатель өзінің атауын ротордың екі шетіндегі сақинаның пішініне байланысты алады. Ол әдетте ротордың темір пластиналарының арасына құйылған алюминий немесе мыс құйылады және әдетте тек соңғы сақиналар көрінеді. Ротордың басым көпшілігі жоғары кедергілер мен әдетте лакланған ламинаттар арқылы емес, бары арқылы өтеді. Бағандар мен соңғы сақиналарда өте жоғары токтардағы өте төмен кернеулер жиі кездеседі; Ротордағы кедергілерді азайту үшін жоғары тиімділіктегі қозғалтқыштар көбінесе құйма мыс пайдаланады. Жұмыс істегенде, бөрене қақпағы моторын айналатын қосалқы трансформаторы бар трансформатор ретінде қарастыруға болады. Ротор магнит өрісімен синхронды айналып жүрмегенде, үлкен ротор тоқтары индуцирленеді; үлкен ротор тоқтары роторды магниттейді және статордың магнит өрістерімен өзара әрекеттесіп, роторды статордың өрісімен синхрондастыруға әкеледі. Жүксіз торлы моторының номиналды жүктемелі жылдамдығы ротордың жылдамдығын сүріну және кедергі жоғалтудан сақтау үшін ғана электр қуатын тұтынады. Механикалық жүктеме өскен сайын электрлік жүктеме де өседі. Электрлік жүктеме механикалық жүктемемен байланысты. Бұл трансформаторға ұқсас, онда негізгі электр жүктемесі екіншілік электр жүктемесіне байланысты. Сондықтан үй-жай жарықтары жанған кезде үй-жай жарықтары күңгірттелуі мүмкін, бірақ желдеткіш белбеуін (және сондықтан механикалық жүктемені) алып тастағанда, жарықтар сөнбейді. Сонымен қатар, тоқтаған бөрікше қашауындағы қозғалтқыш (жоғары жүктеме немесе тығылған валмен) ток тұтынады, ол бастауға тырысқанда тек контур кедергісімен шектеледі. Егер басқа нәрсе токқа шектеу (немесе оны толығымен тоқтатса) орама оқшаулаудың ыстыққа түсуі мен жойылуы ықтимал нәтиже болып табылады. Барлық жуық машиналар, ыдыс жуғыш машиналар, жеке желдеткіштер, дискофон және т.б.
Полифазды ротор
Әртүрлі жылдамдық қажет болған кезде, бұралған ротор деп аталатын баламалы конструкция қолданылады. Бұл жағдайда ротордың статормен бірдей полюстері болады және орамдар өткізгіш сымнан жасалады, олар вахтадағы сырғанақ сақиналарға қосылады. Көміртекті щеткалар тайғанақ сақиналарды басқарушыға, мысалы, қозғалтқыштың тайғанақ жылдамдығын өзгертуге мүмкіндік беретін өзгермелі кедергіге жалғастырады. Белгілі бір жоғары қуатты, өзгермелі жылдамдықты роторды қозғалтқыштарда, сырғанау жиілігі энергиясы жинақталады, түзетіледі және инвертор арқылы қуат көзіне қайтарылады. Екі бағыттағы басқару қуатымен, бұралған ротор энергияны түрлендіру процесінің белсенді қатысушысы болады, бұралған ротор екі есе қоректендірілген конфигурациямен екі есе қуат тығыздығын көрсетеді. Скиверл торлы роторлармен салыстырғанда, бұралған роторлы қозғалтқыштар қымбат және сырғанақ сақиналар мен щеткаларды күтіп-ұстауды қажет етеді, бірақ олар компактті қуатты электронды құрылғылар пайда болғанға дейін өзгермелі жылдамдықты басқарудың стандартты түрі болды. Енді жылдамдықты басқару үшін өзгермелі жиілікпен қозғалтқыштарды транзисторлы инверторларды қолдануға болады, ал роторлы моторлар жиілігі төмендейді. Көп фазалы қозғалтқышты іске қосудың бірнеше әдістері қолданылады. Егер үлкен кернеу ағыны мен жоғары қозғалыс кернеуін рұқсат етсе, торап арқылы толық кернеуді терминалдарға (тікелей желіде, DOL) қолдану арқылы қозғалтқышты іске қосуға болады. Егер бастау кернеуін шектеу қажет болса (мотордың қысқа тұйықталу қуатына қарағанда үлкен болса), мотор сериялық индукторларды, автотрансформаторды, тиристорларды немесе басқа құрылғыларды қолдана отырып, төмен кернеуде іске қосылады. Кейде қолданылатын әдіс - жұлдыздық дельта (YΔ) басталуы, онда мотор катушкалары бастапқыда жүктемені жеделдету үшін жұлдыздық конфигурацияда қосылады, содан кейін жүктеме жылдамдыққа жеткенде дельта конфигурациясына ауыстырылады. Бұл әдіс Еуропада Солтүстік Америкаға қарағанда кең таралған. Транзисторлы қозғалтқыштар қозғалтқыштың басталу сипаттамалары мен жүктемеге сәйкес қолданылатын кернеуді тікелей өзгерте алады. Бұл типті қозғалтқыш локомотивтер сияқты сүйреуде жиі кездеседі, онда ол асинхронды сүйреу моторы деп аталады.
Бір фазалы индукциялық қозғалтқыш
Бір фазалы қозғалтқыштарда көп фазалы қозғалтқыштар сияқты бірегей айналатын магнит өрісі жоқ. Өріс полюс жұптары арасында ауыспалы түрде (полярлығын кері айналдырады) айналады және қарама-қарсы бағытта айналатын екі өріс ретінде қарауға болады. Оларға роторды белгілі бір бағытта қозғалтуға себеп болатын екінші магнит өрісі қажет. Басталғаннан кейін кезектесті статор өрісі ротормен салыстырмалы айналуда. Әдетте бірнеше әдістер қолданылады:
Көлеңкелі полюсті қозғалтқыш
Бір фазалы қозғалтқыш - көлеңкелі полюс қозғалтқышы, ол төменгі бастапқы айналым моментін қажет ететін құрылғыларда, мысалы электр желдеткіштерде, шағын насостарда немесе шағын тұрмыстық техникада қолданылады. Бұл қозғалтқышта кішкентай бір бұрышты мыс "көктемді орамдар" қозғалатын магнит өрісін жасайды. Әрбір полюстің бір бөлігі мыс катушкамен немесе белдікпен қоршалған; белдіктегі индукцияланған ток катушка арқылы ағыстың өзгеруіне қарсы тұрады. Бұл көлеңкелеу орамнан өтетін ағынның уақыт кідірісіне әкеледі, сондықтан максималды өріс қарқындылығы әр циклда полюс бетінде жоғары қозғалады. Бұл роторды және оған бекітілген жүктемені айналдыруға жеткілікті көлемде төмен деңгейдегі айналу магнит өрісін тудырады. Ротор жылдамдықты көбейткенде, негізгі магнит өрісі айналатын роторға қатысты айналғанда, айналу моментінің толық деңгейіне дейін көбейеді. Барбер Колман бірнеше онжылдық бұрын кері айналдырылатын көлеңкелі полюсті қозғалтқыш жасады. Оның бір ғана далалық орам және екі негізгі бағанасы болды, әрқайсысы екі қос бағананы құру үшін жартылай бөлінді. Бұл төрт "жартылай бағананың" әрқайсысында бір катушка бар еді, ал диагональмен қарама-қарсы жартылай бағаналардың катушкалары бір-біріне жұп терминалдармен қосылған. Әр жұптың бір терминалы кең таралған, сондықтан барлығы үш терминал қажет болды. Қозғалтқыш терминалдар ашық күйде іске қосылмайды; ортақ терминалдарды біріктіру қозғалтқышты бір бағытта, ал ортақ терминалдарды біріктіру екінші бағытта іске қосылады. Бұл қозғалтқыштар өнеркәсіптік және ғылыми құрылғыларда пайдаланылды. Көлік және жарнамалық жарық контроллерлерінде ерекше, реттелетін жылдамдықты, төмен айналым күшін қамтитын көлеңкелі полюс моторы болуы мүмкін. Полюстердің беттері бір-біріне параллель және салыстырмалы түрде жақын, олардың арасында дискі орналасқан, бұл ватт-сағат электр метріне ұқсас. Әр полюс бет екіге бөлінген, бір бөлігінде көлеңкелі орам бар; көлеңкелі орамдар бір-біріне қараған бөліктерде болды. АЖ-ны катушкаға қолдану полюстер арасындағы аралықта өсіп жатқан өрісті пайда етті. Статор өзегінің жазықтығы дисктегі қиял шеңберіне шамамен таянған, сондықтан қозғалатын магнит өрісі дискті сүйреп, айналдырды. Статор тірекке орнатылған, сондықтан оны қажетті жылдамдыққа орналастырып, орнына қысып қоюға болады. Бағаналарды дискі ортасына жақындату оны жылдам жүгіруге, ал шетке қарай баяу жүруге мүмкіндік берді.
Бөлінген фазалы қозғалтқыш
Тағы бір кең таралған бір фазалы ауыспалы қозғалтқыш - бұл кең таралған ауа баптау және киім кептіру сияқты негізгі құрылғыларда қолданылатын бөлінген фазалы индукциялық қозғалтқыш. Көлеңкелі бағаналы қозғалтқышпен салыстырғанда, бұл қозғалтқыштар үлкен қозғалтқыш кернеуін қамтамасыз етеді. Бөлінген фазалы қозғалтқышта негізгі орамға қарай 90 градус электрлік бағытта орналасқан, әрқашан негізгі орамның полюстерінің арасында орналасқан және негізгі орамға электрлік контактілер жиынтығы арқылы қосылған екінші бастау орамдары болады. Бұл орамның орамдары негізгі орамға қарағанда кіші сымның аз бұрылысымен оралады, сондықтан оның индуктивтілігі төмен және кедергісі жоғары. Ораудың орналасуы негізгі ораудың ағыны мен бастау орауының ағыны арасында шағын фазалық ауысуды тудырады, бұл ротордың айналуына әкеледі. Қозғалтқыштың жылдамдығы жүктеменің инерциясын жеңуге жеткілікті болған кезде контактілер автоматты түрде центробегті коммутатормен немесе электрлік релемен ашылады. Оралу бағыты негізгі орау мен старт схемасының арасындағы байланыспен анықталады. Қозғалтқыштың тұрақты айналуын талап ететін қолданбаларда, старт контурының бір ұшы негізгі орамға тұрақты түрде қосылады, ал басқа ұшында байланыс жасалады.
Конденсатордың қозғалтқышын іске қосу
Конденсаторды іске қосу моторы - бұл екі фазалы индукциялық мотор, оның ішінде старт моторы конденсаторы старт ораумен қатар қосылады, бұл LC контурды жасайды, ол екі фазалы және көлеңкелі полюсті моторларға қарағанда үлкен фазалық ауысуды (және де, әлдеқайда үлкен бастапқы айналым моментін) тудырады. Бұл қозғалтқыштан қозғалтқыш іске қосылғаннан кейін конденсаторды ажырататын центробегті ауыстырғышы бар. Бұл қозғалтқыш жоғары қозғалтқыш кернеуін қамтамасыз етеді. Конденсаторды іске қосу, конденсаторды іске қосу қозғалтқышында екі бөлек конденсатор бар, біреуі қозғалтқышты іске қосу үшін, ал екіншісі оны іске қосу үшін, және бастапқы конденсаторды ажырату үшін центрифугалық коммутатор бар немесе қозғалтқыштың қосалқы орауымен қатар қосылған кері ЭМҚ релесі бар. Бұл қозғалтқыш жоғары қозғалтқыш кернеуін және жоғары тиімділікті қамтамасыз етеді.
Қиындықты іске қосу моторы
Қарсылықпен іске қосылатын қозғалтқыш - реактивтілік пайда болатын, іске қосу орауымен қатар қосылған стартері бар екі фазалы индукциялық қозғалтқыш. Қосылған стартер айналудың басталу және бастапқы бағытына көмек көрсетеді. Бастау орау негізінен жоғары кедергілі және индуктивтілігі төмен болуы үшін аз бұрылысты жіңішке сымнан жасалады. Негізгі орау үлкен айналымдар саны бар қалың сыммен жасалады, бұл оны аз кедергілі және көбірек индуктивті етеді.
Тұрақты бөлінген конденсаторлы мотор
Тағы бір түр - тұрақты бөлінген конденсатор (немесе PSC) моторы. Конденсатормен жүретін мотор деп те аталады, бұл типті моторда жоғары кернеулі поляризацияланбаған конденсатор қолданылады. PSC моторлары Еуропадағы және әлемнің көп бөлігіндегі бөлінген фазалы мотордың басым түрі болып табылады, бірақ Солтүстік Америкада олар жиі өзгермелі айналым моментті қолдануда (соңырауыштар, желдеткіштер және насостар сияқты) және өзге де жағдайларда өзгермелі жылдамдықтар қажет. Қалыстырмалы түрде төмен сыйымдылығы және салыстырмалы түрде жоғары рейтингтік кернеуі бар конденсатор старттық ораммен қатар қосылады және бүкіл цикл бойы схемада қалады.