Zasada działania silników prądu przemiennego

Silnik prądu przemiennego to urządzenie przetwarzające energię elektryczną z prądu przemiennego na energię mechaniczną. Składa się głównie z uzwojenia elektromagnetycznego lub rozproszonego uzwojenia stojana wykorzystywanego do generowania pola magnetycznego, wraz z wirującą zworą lub wirnikiem. Silnik działa w oparciu o zasadę, że na cewkę- przewodzącą prąd działa siła w polu magnetycznym, powodując jej obrót. Silniki prądu przemiennego dzielą się na dwa typy: silniki synchroniczne prądu przemiennego i silniki indukcyjne [1].

Uzwojenia stojana trójfazowego silnika prądu przemiennego to zasadniczo trzy cewki oddalone od siebie o 120 stopni, połączone w konfigurację trójkąta lub gwiazdy. Po przyłożeniu prądu trój-fazowego w każdej cewce generowane jest pole magnetyczne, a kombinacja tych trzech pól wytwarza wirujące pole magnetyczne.

Silniki prądu przemiennego składają się ze stojana i wirnika i dzielą się na dwa typy: synchroniczne silniki prądu przemiennego i silniki indukcyjne. Obydwa typy silników wytwarzają wirujące pole magnetyczne, przepuszczając prąd przemienny przez uzwojenie stojana, ale uzwojenie wirnika synchronicznych silników prądu przemiennego zwykle wymaga zasilania prądem stałym (prądem wzbudzenia) ze wzbudnicy; Z drugiej strony silniki indukcyjne nie wymagają przepływu prądu przez uzwojenie wirnika.

Uzwojenie stojana trójfazowego silnika prądu przemiennego składa się zasadniczo z trzech cewek oddalonych od siebie o 120 stopni, połączonych w kształcie trójkąta lub gwiazdy. Po przyłożeniu prądu trój-fazowego w każdej cewce generowane jest pole magnetyczne, które łączy się, tworząc wirujące pole magnetyczne. Prąd wykonuje pełną wibrację, a wirujące pole magnetyczne obraca się dokładnie raz. Dlatego liczba obrotów wirującego pola magnetycznego na minutę wynosi N=60f. We wzorze f jest częstotliwością zasilania.

Silniki prądu przemiennego można podzielić na silniki synchroniczne i silniki asynchroniczne (znane również jako silniki asynchroniczne) ze względu na prędkość obrotową wirnika. Niezależnie od wielkości obciążenia prędkość wirnika silnika synchronicznego jest zawsze taka sama jak prędkość wirującego pola magnetycznego, dlatego prędkość tę nazywa się prędkością synchroniczną. Jak wspomniano powyżej, zależy to tylko od częstotliwości zasilania. Prędkość silników asynchronicznych nie jest stała, zależy od wielkości obciążenia i napięcia zasilania. Istnieją dwa typy trójfazowych silników asynchronicznych-: te bez prostowników i te z prostownikami. Zdecydowana większość silników asynchronicznych stosowanych w zastosowaniach praktycznych to silniki indukcyjne bez prostowników (chociaż równoległe i szeregowe trójfazowe silniki prostownikowe mają tę zaletę, że można regulować prędkość w dużym zakresie i wysoki współczynnik mocy), a ich prędkość jest zawsze niższa niż prędkość synchroniczna.

 

Główny cel

Wydajność robocza silników elektrycznych prądu przemiennego jest wysoka, bez dymu, zapachu, zanieczyszczenia środowiska i niskiego poziomu hałasu. Ze względu na szereg zalet jest szeroko stosowany w różnych dziedzinach, takich jak produkcja przemysłowa i rolnicza, transport, obrona narodowa, sprzęt handlowy i gospodarstwa domowego, medyczny sprzęt elektryczny itp.

 

Zasada działania

Silnik indukcyjny, znany również jako silnik asynchroniczny, odnosi się do wirnika umieszczonego w wirującym polu magnetycznym i uzyskującego moment obrotowy pod działaniem wirującego pola magnetycznego, powodując obrót wirnika.

Wygląd i budowa wewnętrzna silnika indukcyjnego. Wirnik jest obrotowym przewodnikiem, zwykle w kształcie klatki wiewiórki. Stojan to nieobrotowa część silnika elektrycznego, której głównym zadaniem jest wytwarzanie wirującego pola magnetycznego. Wirujących pól magnetycznych nie uzyskuje się metodami mechanicznymi. Zamiast tego do kilku par elektromagnesów doprowadzany jest prąd przemienny, powodując cykliczną zmianę właściwości ich bieguna magnetycznego, co odpowiada wirującemu polu magnetycznemu. Ten typ silnika nie ma szczotek ani pierścieni kolektora, jak silniki prądu stałego. W zależności od rodzaju używanego prądu przemiennego istnieją silniki jedno-fazowe i silniki trójfazowe-. Silniki jednofazowe stosowane są w urządzeniach takich jak pralki i wentylatory elektryczne; Trójfazowe silniki elektryczne są stosowane jako urządzenia zasilające w fabrykach. Poprzez ruch względny pomiędzy wirującym polem magnetycznym generowanym przez stojan (o prędkości synchronicznej n1) a uzwojeniem wirnika, uzwojenie wirnika przecina linię indukcji magnetycznej i wytwarza indukowaną siłę elektromotoryczną, generując w ten sposób prąd indukowany w uzwojeniu wirnika. Prąd indukowany w uzwojeniu wirnika oddziałuje z polem magnetycznym, generując moment elektromagnetyczny, powodując obrót wirnika. Gdy prędkość wirnika stopniowo zbliża się do prędkości synchronicznej, indukowany prąd stopniowo maleje, a generowany moment elektromagnetyczny również odpowiednio maleje. Gdy silnik asynchroniczny pracuje w stanie silnika, prędkość wirnika jest niższa niż prędkość synchroniczna. Aby opisać różnicę pomiędzy prędkością wirnika n a prędkością synchroniczną n1, wprowadza się współczynnik poślizgu

 

 

Strategia kontroli

Wraz z rozwojem technologii energoelektroniki, technologii mikroelektroniki, cyfrowej technologii sterowania i teorii sterowania, charakterystyki dynamiczne i statyczne systemów napędowych prądu przemiennego mogą być w pełni porównywalne z układami napędowymi prądu stałego. Systemy napędów prądu przemiennego są szeroko stosowane, a zastąpienie napędu prądu stałego napędem prądu przemiennego stopniowo staje się rzeczywistością.

Ze względu na fakt, że silniki prądu przemiennego są z natury złożonymi obiektami charakteryzującymi się nieliniowością, wieloma zmiennymi, silnym sprzężeniem,-parametrami zmiennymi w czasie i dużymi zakłóceniami, ich skuteczne sterowanie zawsze było gorącym tematem badań zarówno w kraju, jak i za granicą, w związku z czym zaproponowano różne strategie i metody sterowania. Wśród nich klasyczne sterowanie liniowe nie jest w stanie przezwyciężyć wpływu obciążenia,-zmian na dużą skalę w parametrach modelu i czynników nieliniowych, co skutkuje niską wydajnością sterowania; Sterowanie wektorowe i bezpośrednie sterowanie momentem również stwarzają pewne problemy: w ostatnich latach wraz z rozwojem nowoczesnej teorii sterowania i inteligentnej teorii sterowania do sterowania silnikami prądu przemiennego zastosowano zaawansowane algorytmy sterowania, które osiągnęły określone wyniki [2].

Metoda sterowania modelem stanu ustalonego

Powszechnie stosowane schematy sterowania modelem-stanu ustalonego obejmują sterowanie stosunkiem v/f w otwartej-pętli (tj. stałą=napięcie/częstotliwość) oraz sterowanie częstotliwością poślizgu w pętli zamkniętej-.

(1) Sterowanie współczynnikiem częstotliwości stałego napięcia

Ta metoda to metoda sterowania w-otwartej pętli, która rozpoczyna się od podstawowego trybu sterowania polegającego na konwersji zmiennego napięcia i częstotliwości i nie obejmuje sprzężenia zwrotnego prędkości. Ze względu na to, że poniżej częstotliwości znamionowej, jeśli napięcie pozostanie stałe, a jedynie częstotliwość zostanie zmniejszona, strumień szczeliny powietrznej będzie zbyt duży, powodując nasycenie magnetyczne, a w ciężkich przypadkach spalenie silnika. Aby utrzymać stały strumień magnetyczny szczeliny powietrznej, do sterowania wykorzystuje się stały stosunek potencjału indukowanego do częstotliwości.

 

 

Typowe usterki

Silniki prądu przemiennego są podatne na awarie podczas pracy z powodu tarcia, wibracji, starzenia się izolacji i innych przyczyn. Jeśli te usterki zostaną sprawdzone, wykryte i usunięte w odpowiednim czasie, mogą skutecznie zapobiec wypadkom.

Wspólna kontrola usterek

1. Posłuchaj dźwięku i dokładnie zidentyfikuj punkt usterki. Jeżeli podczas pracy silnika asynchronicznego prądu przemiennego słychać słaby „brzęczący” dźwięk bez jakichkolwiek wahań, jest to dźwięk normalny. Jeśli dźwięk jest szorstki i zawiera ostre „bzyczenie” lub „syczenie”, jest to zwiastun usterki. Należy wziąć pod uwagę następujące powody:

(l) Wibracje i wahania temperatury silnika z luźnym żelaznym rdzeniem podczas pracy mogą powodować odkształcenie śrub mocujących żelaznego rdzenia, powodując luźne blachy ze stali krzemowej i generowanie dużego szumu elektromagnetycznego.

(2) Dźwięk wytwarzany przez obrót wirnika, wytwarzany przez wentylator chłodzący, to dźwięk „wuwu”. Jeśli słychać dźwięk „dongdong”, przypominający stukanie w bęben, jest to spowodowane poluzowaniem pasowania pomiędzy żelaznym rdzeniem wirnika a wałem na skutek momentu przyspieszającego silnika podczas nagłego uruchamiania, zatrzymywania, hamowania wstecznego i innych sytuacji związanych ze zmienną prędkością. Łagodne przypadki mogą być nadal używane, natomiast ciężkie przypadki można zdemontować w celu kontroli i naprawy.

(3) Podczas pracy silnika hałasu łożyska należy zwracać uwagę na zmiany dźwięku łożyska. Dotykając jednym końcem śrubokręta pokrywy łożyska, a drugim końcem ucha, można usłyszeć wewnętrzne zmiany dźwięku silnika. Różne części i usterki mają różne dźwięki. Dźwięk „skrzypienia” jest spowodowany nieregularnym ruchem walcarki wewnątrz łożyska, co jest związane z luzem łożyska i stanem smaru. „Skwierczenie” to odgłos tarcia metalu, zwykle spowodowany brakiem oleju w łożysku na skutek zużycia. Łożysko należy zdemontować i nasmarować smarem itp.

2. Użyj zmysłu węchu, aby sprawdzić, czy uszkodzony silnik nie wydziela żadnego zapachu podczas normalnej pracy. Jeśli poczujesz jakikolwiek zapach, jest to sygnał usterki, np. zapach spalenizny, który jest emitowany przez grill izolacyjny i może nawet dymić w miarę wzrostu temperatury silnika; Jeśli pojawia się zapach spalonego oleju, jest to głównie spowodowane brakiem oleju w łożysku oraz zapachem spowodowanym odparowaniem oleju i gazu, gdy łożysko osiąga stan suchego zmielenia.

3. Użyj dotyku, aby sprawdzić, czy nie ma usterek. Dotykając dłonią obudowę telewizora, można w przybliżeniu określić temperaturę. Jeśli podczas dotykania obudowy silnika jest bardzo gorąco, a temperatura jest wysoka, należy sprawdzić przyczynę, np. nadmierne obciążenie lub wysokie napięcie, a następnie rozwiązać problem w oparciu o przyczynę.