עקרון עבודה של מנוע אינדוקציה

מנוע האינדוקציה הוא מכונת חשמל AC הממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית. מנוע אינדוקציה משמש באופן נרחב ביישומים שונים ממכשירים ביתיים בסיסיים לתעשיות כבדות. למכונה יש כל כך הרבה יישומים שקשה לספור ואתם יכולים לדמיין את קנה המידה על ידי ידיעה שכמעט 30% מהכוח החשמלי שנוצר ברחבי העולם נצרך על ידי מנועי אינדוקציה עצמה. מכונה מדהימה זו הומצאה על ידי המדען הדגול ניקולה טסלה והמצאה זו שינתה לצמיתות את מהלך הציוויליזציה האנושית.

להלן מספר יישומים של מנועי אינדוקציה חד-פאזיים ותלת-פאזיים שאנו יכולים למצוא בחיי היומיום.

יישומים של מנועי אינדוקציה שלב אחד:

• מאווררים חשמליים בבית
• מכונות קידוח
• משאבות
• מטחנות
• צעצועים
• שואב אבק
• אוהדי פליטה
• מדחסים ומכונות גילוח חשמליות

יישומים של מנועי אינדוקציה תלת פאזיים:

• תעשיות בקנה מידה קטן, בקנה מידה בינוני וגדול.
• מעליות
• מנופים
• נהיגה במכונות מחרטה
• טחנות להפקת שמן
• זרועות רובוטיות
• מערכת חגורות מסועים
• מגרסות כבדות

מנועי האינדוקציה באים רבה גדל & צורות שיש תכונות ביחס ודירוגי חשמל. הם נעים בין סנטימטרים ספורים לכמה מטרים וגודל הספק שלהם הוא 0.5 כ"ס ל 10000 כ"ס. המשתמש יכול לבחור את המתאים ביותר מאוקיינוס ​​הדגמים בכדי לענות על דרישתו.

כבר עמדנו על יסודות המנועים ועבודתו במאמר הקודם. כאן נדון בבניית המנוע אינדוקציה ועבודה בפירוט.

עקרון עבודה של מנוע אינדוקציה

להבנת עקרון העבודה של מנוע אינדוקציה, הבה נבחן תחילה התקנה פשוטה כפי שמוצג באיור.

כאן,

• נלקחות שתי ליבות ברזל או פריט בגדלים שווים והן תלויות באוויר במרחק.
• חוט נחושת באמייל נפצע על הליבה העליונה ואחריו החלק התחתון ושני הקצוות נלקחים לצד אחד כפי שמוצג באיור.
• הליבה כאן משמשת כמדיום לנשיאה וריכוז השטף המגנטי שנוצר על ידי הסליל במהלך הפעולה.

כעת, אם נחבר מקור מתח מתחלף בשני קצוות הנחושת, יהיה לנו משהו כמו למטה.

במהלך המחזור החיובי של AC:

כאן במהלך מחצית המחזור הראשונה, המתח החיובי בנקודה 'A' יעבור בהדרגה מאפס למקסימום ואז יחזור לאפס. במהלך תקופה זו ניתן לייצג את הזרימה הנוכחית בפיתול.

כאן,

• במהלך המחזור החיובי של מקור הכוח AC, הזרם בשתי הפיתולים עולה בהדרגה מאפס למקסימום ואז חוזר בהדרגה ממקסימום לאפס. הסיבה לכך היא שעל פי חוק אוהם, הזרם במוליך הוא ביחס ישר למתח המסוף, ושוחחנו עליו פעמים רבות במאמרים קודמים.
• הפיתולים מתפתלים באופן שזרם בשני הפיתולים זורם באותו כיוון, ואנחנו יכולים לראות את אותו מיוצג בתרשים.

עכשיו נזכור חוק שנקרא החוק של לנץ שלמדנו קודם לפני שנמשיך הלאה. על פי חוק לנץ, " מוליך הנושא זרם ייצור מגנט הממולא סביב פניו",

ואם אנו מיישמים חוק זה בדוגמה שלעיל, אז ייווצר שדה מגנטי על ידי כל לולאה בשני הסלילים. אם נוסיף שטף מגנטי שנוצר על ידי כל הסליל, אז זה יקבל ערך ניכר. כל השטף הזה יופיע על ליבת הברזל כשהסליל נפצע על גוף הליבה.

מטעמי נוחות, אם נשרטט את קווי השטף המגנטיים המרוכזים בליבת הברזל בשני קצותיו, יהיה לנו משהו כמו למטה.

כאן תוכלו לראות את הקווים המגנטיים מתרכזים בליבות הברזל ותנועתם דרך פער האוויר.

עוצמת השטף הזו עומדת ביחס ישר לזרם הזורם בסלילים הפצועים על שני גופי הברזל. אז במהלך מחצית המחזור החיובית, השטף עובר מאפס למקסימום ואז מוריד ממקסימום לאפס. לאחר שהמחזור החיובי השלים עוצמת השדה בפער האוויר מגיעה גם לאפס ואחרי זה יהיה לנו מחזור שלילי.

במהלך המחזור השלילי של AC:

במהלך מחזור שלילי זה של המתח הסינוסי, המתח החיובי בנקודה 'B' יעבור בהדרגה מאפס למקסימום ואז יחזור לאפס. כרגיל, בגלל מתח זה, תהיה זרימת זרם ואנחנו יכולים לראות את כיוון זרימת הזרם הזה בפיתולים באיור למטה.

מכיוון שהזרם פרופורציונלי ליניארי למתח, גודלו בשתי הפיתולים עולה בהדרגה מאפס למקסימום ואז יורד ממקסימום לאפס.

אם ניקח בחשבון את חוק לנץ, אז יופיע שדה מגנטי סביב הסלילים בגלל הזרימה הנוכחית הדומה למקרה שנחקר במחזור החיובי. שדה זה יתרכז במרכז ליבות הפריט כפי שמוצג באיור. מכיוון שעוצמת השטף פרופורציונלית ישירה לזרם הזורם בסלילים הפצועים על שני גופי הברזל, השטף הזה יעבור גם מאפס למקסימום ואז יונמך ממקסימום לאפס בעקבות גודל הזרם. למרות שזה דומה למעגל חיובי, יש הבדל וזה הכיוון של קווי השדה המגנטי. ניתן לראות הבדל זה בכיוון השטף בתרשימים.

אחרי המחזור השלילי שלו מגיע מחזור חיובי ואחריו מחזור שלילי אחר והוא ממשיך ככה עד להסרת המתח הסינוסי. וזה בגלל מחזור מתח interchanging זה, השדה המגנטי במרכז על ליבות ברזל מתחלף בשני גודל וכיוון.

לסיכום באמצעות התקנה זו,

• פיתחנו אזור מגנטי של שדה מגנטי במרכז ליבות הברזל.
• עוצמת השדה המגנטי בפער האוויר כל הזמן משתנה גם בגודל וגם בכיוון.
• השדה עוקב אחר צורת גל המתח הסינוסי.

חוק Faradays של אינדוקציה אלקטרומגנטית

התקנה זו עליה דנו עד כה מתאימה ביותר למימוש חוק פאראדיי של אינדוקציה אלקטרומגנטית. הסיבה לכך היא ששדה מגנטי המשתנה כל העת הוא הדרישה הבסיסית והחשובה ביותר לאינדוקציה אלקטרומגנטית.

אנו לומדים כאן את החוק הזה מכיוון שמנוע אינדוקציה פועל על פי עיקרון החוק של אינדוקציה אלקטרומגנטית של פאראדיי.

כעת כדי לחקור את תופעת האינדוקציה האלקטרומגנטית, הבה נבחן את ההתקנה שלהלן.

• מוליך נלקח ומעצב אותו לריבוע עם שני הקצוות בקצר.
• מוט מתכת מקובע במרכז ריבוע המוליך המשמש כציר ההתקנה.
• כעת כיכר המוליך יכולה להסתובב בחופשיות לאורך הציר ונקראת רוטור.
• הרוטור ממוקם במרכז פער האוויר כך שלולאת המוליך יכולה לחוות את השדה המרבי שנוצר על ידי סלילי הרוטור.

אנו יודעים על פי חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית של פאראדיי, ' כאשר שדה מגנטי משתנה חותך מוליך מתכת, אז מוליך EMF או מתח במוליך' .

כעת, הבה נשתמש בחוק זה כדי להבין את פעולתו של מנוע אינדוקציה:

• על פי חוק זה של אינדוקציה אלקטרומגנטית, EMF צריך להיגרם במוליך הרוטור הממוקם במרכז בגלל השדה המגנטי המשתנה שחווה אותו.
• בגלל EMF המוליך והמוליך הקצר, זרם זרם בכל הלולאה כפי שמוצג באיור.
• כאן מגיע המפתח לעבודה של מנוע אינדוקציה. אנו יודעים שעל פי חוק לנץ מוליך נושא זרם מייצר סביבו שדה מגנטי שעוצמתו פרופורציונאלית לגודל הזרם.
• מכיוון שהחוק הוא אוניברסלי אז לולאת המוליך של הרוטור חייבת לייצר גם שדה מגנטי מכיוון שהזרם זורם דרכו בגלל אינדוקציה אלקטרומגנטית.
• אם אנו מכנים את השדה המגנטי שנוצר על ידי פיתולי סטטורים והתקנת ליבת ברזל כשטף ראשי או שטף סטאטור. אז נוכל לקרוא לשדה המגנטי שנוצר על ידי לולאת המוליך של הרוטור כשטף רוטור.
• בגלל האינטראקציה בין השטף הראשי לשטף הרוטור כוח נתפס על ידי הרוטור. כוח זה מנסה להתנגד להשראת EMF לרוטור על ידי התאמת מיקום הרוטור. מכאן שנחווה תנועה במצב הפיר בשלב זה.
• כעת השדה המגנטי ממשיך להשתנות בגלל מתח מתחלף, הכוח ממשיך להתאים את מיקום הרוטור ללא הפסקה.
• לכן הרוטור ממשיך להסתובב בגלל מתח מתחלף ולפיכך יש לנו תפוקה מכנית בפיר או בציר הרוטור.

עם זאת, ראינו כיצד בגלל אינדוקציה אלקטרומגנטית לרוטור יש לנו תפוקה מכנית בפיר. אז השם שניתן להתקנה זו נקרא מנוע אינדוקציה.

עד עכשיו מה שדנו בו הוא עקרון העבודה של מנוע אינדוקציה, אך זכור כי התיאוריה והמעשית שונה. ולעבודה של מנוע אינדוקציה יש צורך בהתקנה נוספת עליה נדבר להלן.

מנוע אינדוקציה חד פאזי

מנוע האינדוקציה הפועל על הספק זרם חד פאזי נקרא מנוע אינדוקציה חד פאזי.

קו החשמל הזמין עבורנו בבתים הוא קו חשמל חד פאזי 240 וולט / 50 הרץ AC ומנועי האינדוקציות בהם אנו משתמשים בחיי היום יום בבתנו נקראים מנועי אינדוקציה חד פאזיים.

להבנת טוב יותר את עקרון העבודה של מנוע אינדוקציה חד פאזי, הבה נבחן את בנייתו של מנוע אינדוקציה חד פאזי.

כאן,

• ניקח מספר מוליכים והתקנו אותם על הפיר המסתובב בחופשיות כפי שמוצג באיור.
• כמו כן, נקצר את הקצוות של כל המוליכים עם טבעת מתכת וכך נוצר לולאות מוליכים מרובות אותם למדנו קודם.
• מערך הרוטור הזה נראה כמו כלוב סנאי במבט מקרוב ולכן הוא נקרא מנוע אינדוקציה של כלוב סנאי. הנה בואו נסתכל על המבנה התלת ממדי של רוטור כלובי הסנאי.

• הסטטור שנחשב לחתיכת ברזל שלמה הוא למעשה קבוצה של יריעות ברזל דקות הנערמות יחד. הם כל כך לחוצים זה לזה, פשוטו כמשמעו, לא יהיה אוויר ביניהם. אנו משתמשים בערימה של יריעות ברזל במקום בפיסת ברזל אחת מאותה סיבה שאנחנו משתמשים ביריעות ברזל מגולגלות במקרה של שנאי כוח שמיועד להפחתת הפסדי ברזל. על ידי שימוש בשיטת הערימה נצמצם את אובדן החשמל במידה ניכרת תוך שמירה על ביצועים זהים.

העבודה של התקנה זו דומה למערך המשמש להסבר על עקרון העבודה של מנוע האינדוקציה.

• ראשית, אנו נספק את מתח ה- AC ובגלל המתח הזה, הזרם זורם דרך הסטטורים המתפתלים בחלקים העליונים והתחתונים.
• בגלל הזרם, נוצר שדה מגנטי בשני הפיתולים העליונים והתחתונים.
• עיקר יריעות הברזל משמש כמדיום ליבה לנשיאת השדה המגנטי שנוצר על ידי הסלילים.
• שדה מגנטי מתחלף זה המובל על ידי ליבת הברזל מתרכז בפער האוויר המרכזי בגלל התכנון המבני המכוון.
• כעת מכיוון שהרוטור ממוקם בפער אוויר זה, המוליכים הקצרים המקובעים על הרוטור חווים גם את השדה המתחלף הזה.
• בגלל השדה, זרם נגרם במוליכים של הרוטור.
• מכיוון שהזרם עובר דרך מוליכי הרוטור, ייווצר גם שדה מגנטי סביב הרוטור.
• לאחר האינטראקציה בין השדה המגנטי הרוטורי שנוצר לבין השדה המגנטי הסטטורי, הרוטור חווה כוח.
• כוח זה מעביר את הרוטור לאורך הציר ובכך תהיה לנו תנועה סיבובית.
• מכיוון שהמתח משתנה ללא הרף מתח סינוסי, הרוטור ממשיך להסתובב ברציפות לאורך צירו. בכך נקבל פלט מכני רציף עבור מתח כניסה חד פאזי נתון.

למרות שהנחנו שהרוטור יסתובב אוטומטית לאחר מתן הכוח למנוע חד פאזי זה לא המקרה. מכיוון שהשדה שנוצר על ידי מנוע אינדוקציה חד פאזי הוא שדה מגנטי מתחלף ולא שדה מגנטי מסתובב. אז בתחילת המנוע, הרוטור ננעל במצבו מכיוון שהכוח שחווה אותו בגלל הסליל התחתון והסליל העליון יהיה באותו גודל ומנוגד בכיוון. אז בהתחלה, הכוח הנקי שחווה הרוטור הוא אפס. כדי להימנע מכך נשתמש בפיתול עזר עבור מנוע האינדוקציה כדי להפוך אותו למנוע המתניע עצמו. סליל עזר זה יספק את השדה הדרוש בכדי לגרום לרוטור לנוע בהתחלה. הדוגמה למקרה זה היא המאוורר החשמלי שאנו רואים בחיי היומיום שלנו,שהוא התחלה של קבלים ומפעיל מנוע אינדוקציה עם נפתל עזר המחובר בסדרה עם הקבל.

מנוע אינדוקציה תלת פאזי

מנוע האינדוקציה שעובד על חשמל חשמלי תלת פאזי נקרא מנוע אינדוקציה תלת פאזי. בדרך כלל משתמשים במנועי אינדוקציה בשלושה שלבים בתעשיות ואינם מתאימים ליישומים ביתיים.

קו החשמל הזמין לתעשיות הוא 400 וולט / 50 הרץ זרם זרם זרם זרם תלת פאזי ארבעה קווים ומנועי האינדוקציות העובדים על אספקה ​​זו בתעשיות נקראים מנועי אינדוקציה תלת פאזיים.

להבנה טובה יותר של עקרון העבודה של מנוע אינדוקציה תלת פאזי, נבחן את הבנייה של מנוע אינדוקציה תלת פאזי.

כאן,

• שלב A מתפתל מתחיל מהקטע העליון ואחריו החלק התחתון כפי שמוצג באיור.
• באשר לשני הקצוות של השלב, אחד מתפתל מחובר לקו חשמל שלב A של אספקת חשמל תלת פאזית ואילו הקצה השני מחובר לניטראלי של אותם שלושת הספקים עם ארבע קווים. זה אפשרי מכיוון שבספק כוח תלת-פאזי בעל ארבע קווים יש לנו שלושה קווים ראשונים הנושאים שלושה מתח קו ואילו הקו הרביעי הוא ניטרלי.
• הפיתולים הדו-פאזיים האחרים עוקבים אחר אותו דפוס כמו שלב A. בשני הקצוות של שלב B מתפתל אחד מחובר לקו החשמל שלב B של ספק הכוח התלת-פאזי ואילו הקצה השני מחובר לניטראל של שלושת השלבים. ספק כוח בעל ארבע שורות.
• מבנה הרוטור דומה לכלוב סנאי והוא אותו סוג של רוטור המשמש במנוע אינדוקציה חד פאזי.

כעת אם אנו מספקים את הכוח החשמלי לפיתולי השלושה של הסטאטור, הזרם מתחיל לזרום בכל שלושת הפיתולים. בגלל זרימת זרם זו, ייווצר שדה מגנטי על ידי הסלילים ושדה זה יזרום דרך נתיב התנגדות מגנטי פחות המסופק על ידי הליבה למינציה. כאן מבנה המנוע מתוכנן כך שהשדה המגנטי המובל על ידי הליבה מתרכז בפער האוויר במרכז בו ממוקם הרוטור. לכן השדה המגנטי המרוכז על ידי הליבה בפער המרכזי משפיע על המוליכים ברוטור ובכך גורם להם זרם.

בנוכחות זרם מוליך, הרוטור מייצר גם שדה מגנטי אשר מתקשר עם שדה הסטטור בכל זמן נתון. ובשל אינטראקציה זו הרוטור חווה כוח המוביל לסיבוב המנוע.

כאן השדה המגנטי שנוצר על ידי הסטטור הוא מסוג מסתובב בגלל כוח תלת פאזי, בשונה מהסוג המתחלף עליו דנו במנוע חד פאזי. ובגלל השדה המגנטי המסתובב הזה, הרוטור מתחיל להסתובב מעצמו גם בהיעדר דחיפה ראשונית. זה הופך את המנוע התלת-פאזי לסוג המתחיל בעצמנו ואיננו זקוקים לכל סלילה עזר לסוג זה של מנוע.