Mehrphasenmotor Design

Anonim

Mehrphasenmotor Design

Kapitel 10 - Mehrphasenwechselstromkreise


Der vielleicht wichtigste Vorteil von mehrphasiger Wechselstromversorgung gegenüber einphasiger ist der Entwurf und der Betrieb von Wechselstrommotoren. Wie wir im ersten Kapitel dieses Buches untersucht haben, sind einige Arten von Wechselstrommotoren in ihrer Konstruktion praktisch identisch mit ihren Alternatoren (Generatoren), bestehend aus stationären Drahtwicklungen und einer rotierenden Magnetanordnung. (Andere AC-Motor-Designs sind nicht ganz so einfach, aber wir werden diese Details einer anderen Lektion überlassen).

AC-Motorbetrieb im Uhrzeigersinn.

Wenn der rotierende Magnet in der Lage ist, mit der Frequenz des Wechselstroms Schritt zu halten, der die Wicklungen (Spulen) des Elektromagneten erregt, wird er weiterhin im Uhrzeigersinn herumgezogen. (Abbildung oben) Im Uhrzeigersinn ist jedoch nicht die einzige gültige Drehrichtung für die Welle dieses Motors. Es könnte ebenso leicht in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn durch die gleiche Wechselspannungswellenform a in der Figur betrieben werden.

AC-Motor im Gegenuhrzeigersinn.

Beachten Sie, dass mit der exakt gleichen Folge von Polaritätszyklen (Spannung, Strom und magnetische Pole, die von den Spulen erzeugt werden) der magnetische Rotor sich in beide Richtungen drehen kann. Dies ist ein gemeinsames Merkmal aller einphasigen Wechselstrom- "Induktions-" und "Synchronmotoren": sie haben keine normale oder "korrekte" Drehrichtung. Die natürliche Frage sollte an diesem Punkt auftauchen: Wie kann der Motor in die beabsichtigte Richtung gestartet werden, wenn er genauso gut laufen kann "# 02188.png"> unten)

Unidirektional anlaufender AC-Drehstrommotor.

Diese zusätzlichen Spulen sind typischerweise in Reihe mit einem Kondensator geschaltet, um eine Phasenverschiebung im Strom zwischen den beiden Wicklungssätzen einzuführen. (Abbildung unten)

Kondensatorphasenverschiebung fügt zweite Phase hinzu.

Diese Phasenverschiebung erzeugt Magnetfelder von den Spulen 2a und 2b, die gleichfalls nicht mit den Feldern der Spulen 1a und 1b übereinstimmen. Das Ergebnis ist ein Satz von Magnetfeldern mit einer bestimmten Phasendrehung. Es ist diese Phasendrehung, die den rotierenden Magneten in eine bestimmte Richtung zieht.

Mehrphasen-Wechselstrommotoren benötigen keine solche Tricks, um in eine bestimmte Richtung zu drehen. Da ihre Versorgungsspannungswellenformen bereits eine bestimmte Rotationssequenz aufweisen, tun dies auch die jeweiligen Magnetfelder, die von den stationären Wicklungen des Motors erzeugt werden. Tatsächlich entsteht durch die Kombination aller drei Phasenwicklungssätze, die oft als rotierendes Magnetfeld bezeichnet werden . Es war dieses Konzept eines rotierenden Magnetfeldes, das Nikola Tesla dazu inspirierte, die ersten mehrphasigen elektrischen Systeme der Welt zu entwerfen (einfach um einfachere, effizientere Motoren zu machen). Der Leitungsstrom und die Sicherheitsvorteile der mehrphasigen Leistung gegenüber der einphasigen Leistung wurden später entdeckt.

Was ein verwirrendes Konzept sein kann, wird durch Analogie viel deutlicher gemacht. Haben Sie schon einmal eine Reihe blinkender Glühbirnen gesehen, wie sie in Weihnachtsdekorationen "# 02190.png"> unten verwendet werden?


Phasenfolge 1-2-1-2: Lampen scheinen sich zu bewegen.

Wenn alle "1" -Lampen leuchten, sind die "2" -Lampen dunkel und umgekehrt. Mit dieser blinkenden Sequenz gibt es keine definitive "Bewegung" für das Licht der Glühbirnen. Ihre Augen könnten einer "Bewegung" von links nach rechts genauso folgen wie von rechts nach links. Technisch gesehen sind die Blinksequenzen "1" und "2" um 180 ° phasenverschoben (genau gegenüberliegend). Dies ist analog zu dem einphasigen Wechselstrommotor, der in beiden Richtungen gleich leicht laufen kann, der aber nicht von alleine starten kann, weil seine Magnetfeldwechselung eine bestimmte "Drehung" nicht aufweist.

Betrachten wir nun eine Reihe von Lichtern, bei denen drei Sätze von Birnen zu sequenzieren sind, anstatt nur zwei, und diese drei Sätze sind in Figurelunter gleich zueinander phasenverschoben.

Phasenfolge: 1-2-3: Zwiebeln scheinen sich von links nach rechts zu bewegen.

Wenn die Lichtsequenz 1-2-3 ist (die in (Abbildung oben) gezeigte Reihenfolge), scheinen sich die Lampen von links nach rechts zu bewegen. Stellen Sie sich nun diese blinkende Reihe von Glühbirnen vor, die wie in FigureBelow zu einem Kreis angeordnet sind.

Kreisförmige Anordnung; Zwiebeln scheinen sich im Uhrzeigersinn zu drehen.

Jetzt scheinen sich die Lichter in Figureabove im Uhrzeigersinn zu "bewegen", weil sie sich um einen Kreis statt um eine gerade Linie angeordnet haben. Es sollte nicht überraschen, dass das Erscheinen der Bewegung umgekehrt wird, wenn die Phasenfolge der Lampen umgekehrt wird.

Das Blinkmuster erscheint je nach Phasenfolge entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn. Dies ist analog zu einem Dreiphasen-Wechselstrommotor mit drei Sätzen von Wicklungen, die durch Spannungsquellen von drei verschiedenen Phasenverschiebungen in Fig. 8 unter Spannung gesetzt werden.

Drehstrommotor: Eine Phasenfolge von 1-2-3 dreht den Magneten im Uhrzeigersinn, 3-2-1 spinnt den Magneten gegen den Uhrzeigersinn.

Mit Phasenverschiebungen von weniger als 180 ° erhalten wir eine echte Rotation des Magnetfeldes. Bei einphasigen Motoren muss das für den Selbststart notwendige rotierende Magnetfeld durch kapazitive Phasenverschiebung erzeugt werden. Bei mehrphasigen Motoren sind die notwendigen Phasenverschiebungen bereits vorhanden. Außerdem kann die Richtung der Wellendrehung für mehrphasige Motoren sehr leicht umgekehrt werden: Tauschen Sie einfach zwei "heiße" Drähte, die zum Motor gehen, und sie laufen in die entgegengesetzte Richtung!

  • REZENSION:
  • Wechselstrom- "Induktions" - und "Synchron" -Motoren arbeiten, indem sie einen rotierenden Magneten haben, der den magnetischen Wechselfeldern folgt, die von den stationären Drahtwicklungen erzeugt werden.
  • Einphasen-Wechselstrommotoren dieser Art brauchen Hilfe, um in eine bestimmte Richtung zu drehen.
  • Durch Einführen einer Phasenverschiebung von weniger als 180º in die Magnetfelder in einem solchen Motor kann eine bestimmte Drehrichtung der Welle festgelegt werden.
  • Einphasen-Induktionsmotoren verwenden häufig eine Hilfswicklung, die in Reihe mit einem Kondensator geschaltet ist, um die erforderliche Phasenverschiebung zu erzeugen.
  • Mehrphasenmotoren benötigen solche Maßnahmen nicht; ihre Drehrichtung ist durch die Phasenfolge der Spannung festgelegt, mit der sie betrieben werden.
  • Durch den Austausch von zwei "heißen" Drähten an einem mehrphasigen Wechselstrommotor wird die Phasenfolge umgekehrt, wodurch die Wellendrehung umgekehrt wird.