Polinis variklis yra vienas paprasčiausių miniatiūrinių vienfazinių indukcijos variklių tipų. Dėl paprastos konstrukcijos, patogios gamybos, mažos kainos, patikimo veikimo, didelės perkrovos talpos, patogios priežiūros ir kitų privalumų jis plačiai naudojamas įvairiuose mažos galios pavaros įrenginiuose. Jo trūkumas yra prastos eksploatacinės ir paleidimo charakteristikos, taip pat sumažėjęs efektyvumas ir galios koeficientas.
Polinis variklis yra variklis, kuriame pagalbinis apvijos sudaro varinis žiedas arba strypas, supanantis dalį kiekvieno poliaus, kad susidarytų silpnai besisukantis magnetinis laukas. Kai vienfazė kintamoji srovė tiekiama į statoriaus apviją, polių atspalvis sukelia fazės poslinkį variklio magnetiniame lauke, todėl jis sukasi. Ši pagalbinė vieno posūkio apvija vadinama atspalvio ritė. Šioje ritėje magnetinio lauko indukuojamos srovės sukuria antrąją elektrinę fazę, atidėdamos atspalvio poliaus magnetinio srauto pokyčio fazę pakankamai, kad susidarytų dvifazis besisukantis magnetinis laukas, kurio judėjimą seka variklio rotorius, todėl jis sukasi.
Kadangi atspalvio ir neatspalvio sekcijų fazės kampas yra mažas, poliariniai varikliai sukuria tik nedidelį paleidimo sukimo momentą, palyginti su sukimo momentu ties pilnu greičiu. Šiuo metu rodomos asimetriško tipo poliariniai varikliai gali būti atstatomi tik išardžius ir apvertus statorių, nors kai kurie panašiai atrodantys varikliai turi mažas, jungikliu jungiamas pagalbines plono laido apvijas, o ne storus varinius strypus, ir gali būti atstatomi elektra.
Paprastas, asimetriškas šių variklių tipas (pavaizduotas) turi tik vieną apviją, be kondensatoriaus ar paleidimo apvijų/paleidimo jungiklio, todėl jie yra ekonomiški ir patikimi. Galingesni ir modernesni tipai gali turėti kelias fizines apvijas, nors elektra tik vieną, ir gali būti naudojamas kondensatorius.
Variklis be poliarinio žiedo ir tik su pagrindine apvija neturi paleidimo sukimo momento ir praktiškai negali būti naudojamas. Norint gauti paleidimo sukimo momentą, naudojamos papildomos pagalbinės apvijos priemonės. Ši apvija nėra maitinama iš išorinio maitinimo šaltinio, bet palaiko kampą θ <90 tarp jos ir pagrindinės apvijos ašies, žr. 1 pav. Įjungus pagrindinę apviją, dalis pagrindinio magnetinio srauto Φm praeina per šią atspalvio ritę, o indukuotas potencialas sukuria srovę. Atspalvio ritė, kaip transformatoriaus antrinė apvija, sukuria demagnetizuojantį srautą Φk, o susintetinus su Φm ', ji bus Φs atspalvio poliaus sekcijoje ir galiausiai nustato potencialą Ek ant atspalvio poliaus žiedo. Taip, kad skirtingų laiko fazių Φm ir Φs pulsuoja skirtingose sekcijose tarp pagrindinio poliaus ir atspalvio poliaus, kad susidarytų elipsės formos magnetinis laukas ir susidarytų paleidimo sukimo momentas. Esant uždarai rotoriaus būklei, rotorius pradeda suktis.
Variklio su poliariniais poliais statorius gali būti dviejų tipų: paslėpto poliaus tipas ir išsikišusio poliaus tipas. Paslėpto poliaus tipo statorius yra lygiai suformuotas, o rotorius yra narvelinio tipo. Savarankiškai uždaroma pagalbinė apvija vadinama atspalvio poliaus apvija. Abi apvijos gali būti pagamintos kaip lygios arba sinusoidinės apvijos. Tačiau abi apvijos negali būti dedamos ortogonališkai, tai reiškia, kad tarp apvijų ašių kampas yra mažesnis nei 90 laipsnių. Jo statorius turi du pagrindinės ir pagalbinės fazių apvijų rinkinius, tačiau dauguma jo pagrindinių apvijų yra koncentruotos apvijos forma, o pagalbinė apvija yra atspalvio ritė, dedama ant vietinio magnetinio poliaus, tai yra, atspalvio poliaus ritė (taip pat vadinama trumpojo jungimo žiedu). Šis variklio tipas gali būti suskirstytas į du tipus: apskrito konstrukcijos, kaip parodyta 1 pav. (b), ir jo statorius aiškiai mato išsikišusio poliaus tipą. Pagrindinė apvija yra ant magnetinio poliaus, o atspalvio poliaus žiedas yra įterptas į kampą, ir yra vienas daugiau. Kitas yra kvadratinės konstrukcijos. Geležies šerdis yra panaši į transformatorių, kaip parodyta 1 pav. (a), pagrindinė apvija yra ant šerdies stulpo, o magnetinis polius ir rotorius yra kitoje geležies šerdies pusėje. Ant poliaus padėkite du papildomus atspalvio žiedus magnetinio poliaus kampe.
Poliariniame variklyje, kol jis sugeba sukurti besisukantį oro tarpo magnetinį lauką, variklis turi savaiminio paleidimo galimybę ir gali veikti normaliai. Poliariniame variklyje statoriaus pagrindinės ir pagalbinės fazių apvijos ir ašis yra erdviškai dedamos ne ortogonališkai, o siekiant pagerinti poliarinio variklio veikimą, imtasi įvairių priemonių, tokių kaip laiptuotas oro tarpas, magnetinis tiltelis ir kt., sukeliant magnetinę asimetriją, o kadangi srovė antrinėje apvijoje yra indukuojama pagrindinės apvijos, tai sukelia elektrinę asimetriją, atitinkamai generuojant magnetinius potencialus su skirtingomis laiko ir erdvės fazėmis, kurie yra sujungiami į judantį magnetinį potencialą, panašų į besisukantį potencialą.
Poliarinių variklių pagrindinės ir antrinės fazių srovės nedaug keičiasi, todėl variklio nuostoliai ir temperatūros kilimas daugiausia apskaičiuojami remiantis srove, kai variklis nejuda. Todėl poliarinis variklis veiks, kai rotorius bus užrakintas be problemų.
Poliarinių variklių paleidimo ir maksimalaus sukimo momento santykiai yra nustatyti kaip T * st = 0,3, T * max = 1,3, kurie visi yra per maži.
Poliarinis variklis specialiai sukurtas taip, kad galėtų suktis dviem kryptimis. Tokių poliarinių variklių poliai yra įpjauti abiejuose polių galuose, kad būtų dedama atspalvio poliaus apvija.
Poliarinis variklis gali naudoti žemyn nukreiptą arba atšakų greičio reguliavimą, kaip ir vienfazio asinchroninio variklio. Variklis su atšakų greičio reguliavimu yra pridėti daugiau greičio ritių prie variklio apvijų.
Magnetinio tilto funkcija yra pagerinti oro tarpo magnetinio srauto pasiskirstymą ir pagerinti variklio mechanines charakteristikas. Magnetinio tilto įvedimas yra tikslingai padidinti magnetinę nuotėkį tarp polių. Jei magnetinis tiltelis bus pašalintas, variklio magnetinė nuotėkis sumažės, sužadinimo reaktancija padidės, o maksimalus variklio sukimo momentas Tmax padidės. Tačiau, kadangi oro tarpo magnetinis srautas šiuo metu pasikeičia iš trapecijos į stačiakampę bangą, harmonikos padidėja, o taip harmonikų sukimo momento komponento (daugiausia 3 kartus) padidėjimas sumažina T variklio žemoje ir vidutinio greičio srityje ir sukelia reikšmingą įdubimą. Jei magnetinis tiltelis yra per platus, magnetinė nuotėkis yra per didelis, o sužadinimo reaktancija per daug sumažėja, nors harmonikos banga yra maža, Tn kreivė tampa lygi, tačiau pagal magnetinio srauto tęstinumo teoremą oro tarpo magnetinis srautas turi sumažėti. Kai magnetinio tilto plotis didėja nuo 0, Tst greičiau didėja, o tada palaipsniui mažėja viršijus didžiausią vertę (optimalus plotis šiuo metu). Tinkamas magnetinio tilto plotis gali padidinti Tst iki 1,2 ~ kai nėra magnetinio tilto. Matyti, kad magnetinio tilto plotis yra svarbus. Siekiant pagerinti magnetinio tilto magnetinio potencialo bangos formą, nesukeliant per didelio sukimo momento kritimo, magnetinis tiltelis visada projektuojamas esant magnetinio tankio superprisotinimo būklei. Virš 2,2T, kad būtų apribota per didelė magnetinė nuotėkis. Dėl šios priežasties pradiniame dizaine galima priimti šias vertes: 2a pav., siekiant išlaikyti tam tikrą standumą, magnetinis šuntas neturėtų būti per plonas, todėl jo ašinis kryptis gali būti sumažinta. Ilgis gali būti nuo 1/2 iki 1/3 geležies šerdies sukrovimo ilgio. 2b, c pav., du išsikišę poliai yra sujungti poliaus galiuku, sudarantį vieną dalį. Siekiant užtikrinti mechaninį stiprumą, akivaizdu, kad poliaus galiuko plotis negali būti per mažas, todėl jis naudojamas kaip magnetinis tiltelis nėra įmanomas. Dėl šios priežasties du simetriški pusiau apvalūs įpjovimai turėtų būti išmušti išorėje netoli sankirtos ašies, o likęs plotis naudojamas kaip magnetinio tilto plotis. Paprastai pusė originalaus pločio imama dėl amplitudės. Galima paprastai laikyti, kad kiekvieno poliaus magnetinis srautas yra tolygiai pasiskirstęs visame poliuose, tai reiškia, kad magnetinis tankis poliuje yra visur vienodas, o magnetinis tankis išsikišusiame poliuje visada yra apie 1,1 ~ 1,5T.
Oro tarpe vietoje padidėja priekinio poliaus gale, tai yra laiptuotas oro tarpas. Kuo didesnis oro tarpas, tuo didesnis magnetinis atsparumas. Kadangi magnetinio lauko linijos visada stengiasi sutrumpinti savo kelią, magnetinio srauto tankis laiptuotame oro tarpe visada yra mažesnis nei pagrindiniame oro tarpe. Iš elektromagnetinio santykio, laiptuoto oro tarpo magnetinis atsparumas yra lygiagretus pagrindinio oro tarpo magnetiniam atsparumui, kuo didesnis magnetinis atsparumas (pasipriešinimas), tuo mažesnis magnetinis srautas (srovė). Todėl laiptuoto ašinio tarpelio naudojimas verčia oro tarpą po vienu poliu Magnetinis srautas pasikeičia iš stačiakampės bangos į laiptuotą bangą, kaip parodyta 3e pav., taip sumažinant harmonikos komponentą.
Efektas yra geresnis nei laiptuotas oro tarpas yra laipsniškas oro tarpas, nes oro tarpo ilgis laipsniškai mažėja nuo priekinio poliaus galiuko, todėl oro tarpas pereina į nuolydžio formą, kaip parodyta 3f pav. Ta pati funkcija kaip ir laiptuotas oro tarpas yra išmušti uždarą ilgą skylę (apvalus variklis) priekinio poliaus gale arba ilgą įpjovą (kvadratinis variklis) išorėje, ir padaryti oro tarpą ten, padidinant vietinio intervalo magnetinį atsparumą. Magnetinis srautas yra mažesnis nei pagrindinis oro tarpas. Laiptuoto oro tarpo poveikis gali ne tik pagerinti veikimo charakteristikas, bet ir padidinti paleidimo sukimo momentą. Tai taip pat atsiranda dėl magnetinio lauko linijų ypatybių. Laiptuoto oro tarpo ir pagrindinio oro tarpo sankirtoje dalis magnetinio srauto prasideda nuo statoriaus pagrindiniame oro tarpe. Rotorius, pasiekiantis laiptuotą oro tarpą, reiškia, kad magnetinio lauko linijos linksta link laiptuoto oro tarpo, pailgina kelią ir padidina magnetinį atsparumą, o rotorius stengiasi orientuotis su minimaliu magnetinio grandinės atsparumu, kuris sukuria sukimo momentą pagrindinio oro tarpo kryptimi.
Laiptuoto oro tarpo ilgio δc ir pločio (išreikšto lankiniu kampu) θc įtaka Tn kreivei yra tokia: δc nekeičia θc didėja, arba θc nedidėja δc didėja, abiejų poveikis yra maždaug tas pats. Kai δc (θc) didėja, Tst ir Tmax didėja, o dėl harmonikos sukimo momento sumažėjimo vidutinio greičio srityje sumažėja įdubimas. Tačiau per didelis δc (θc) sumažins Tmax, o charakteristikos taps minkštesnės, darbinio taško slydimas padidės, todėl nuostoliai padidės ir efektyvumas sumažės, tačiau Tst visada bus didesnis nei be laiptuoto oro tarpo. Matyti, kad δc ir θc reikšmės yra labai svarbios. Atspalvio poliaus žiedo vaidmuo yra priversti statorių generuoti besisukantį magnetinį lauką pulsuojantį srautą Φ. Be atspalvio poliaus žiedo, tik pagrindinė apvija sudaro vienos apvijos variklį, kuris sukuria pulsuojantį srautą Φ oro tarpe, kaip parodyta 3a pav., todėl variklis ne tik neturi paleidimo galimybės, bet ir veikiant turi nedidelį teigiamą sukimo momentą.
Su atspalvio poliaus žiedu dalis Φm praeina per pagrindinį oro tarpą, o kita dalis Φ1 praeina per atspalvio poliaus sritį, taip indukuojant srovę žiede. Kadangi kaukės poliaus žiedas yra induktyvus komponentas, žiedo srovės generuojamas magnetinis srautas yra pastovus, kad neleistų Φ1 pokyčiui, todėl kaukės poliaus srities sudėtinis magnetinis srautas Φs vėluoja pagrindinio magnetinio srauto Φm atžvilgiu. Tokiu būdu oro tarpe yra du pulsuojantys magnetiniai srautai Φm ir Φs, kaip parodyta 3b pav. Kadangi Φm ir Φs turi fazių skirtumą laike, dvi ašys yra erdviškai atskirtos kitu kampu, taip susintetinant besisukantį magnetinį lauką, generuojant paleidimo sukimo momentą, paleidžiant ir paleidžiant variklį. Tačiau, kadangi kampas θ tarp dviejų ašių yra mažesnis nei 90 ° (kai θ = 90 °, Φs nebus indukuojamas), fazių skirtumo kampas taip pat yra mažesnis nei 90 ° (dėl žiedo pasipriešinimo), o tada Φs yra mažesnis nei Φm, todėl abiejų magnetinis laukas visada yra elipsė.
Atspalvio poliaus santykis Ks apibrėžiamas kaip atspalvio srities magnetinio poliaus pločio procentas nuo viso magnetinio poliaus pločio. Jo dydis turi didelę įtaką variklio veikimui. Jei dviejų pulsuojančių magnetinių laukų stipris yra vienodas, kuo mažesnis Ks, tuo arčiau kampas θ tarp dviejų ašių yra 90 °, tuo mažesnis besisukančio magnetinio lauko elipsiškumas. Tačiau, kadangi Φs yra indukuojamas pagrindinės apvijos, kuo mažesnis Ks, tuo silpnesnis Φs ir tuo didesnis besisukančio magnetinio lauko elipsiškumas. Iš to žinome, kad turi būti optimali Ks vertė, kuri subalansuoja kampą tarp dviejų magnetinių laukų ir amplitudę, kad sumažintų rezultato magnetinio lauko elipsiškumą. Analizė ir eksperimentai rodo, kad vieno atspalvio žiedo variklio optimalus atspalvis yra apie 33% (tai yra 1/3). Šiuo metu Tmax ir Tst yra dideli, o Tn kreivė yra gana plokščia. Iš eksperimento žinoma, kad kai Ks yra didelis, vidutinio greičio regionas Tn kreivės yra labai įgaubtas, tačiau Tst yra mažas. Kai ribinis Ks = 100%, pagrindinės ir pagalbinės apvijų ašys sutampa, o tai prilygsta transformatoriaus atspalvio riteliui, antrinėje apvijoje indukuojama srovė yra didžiausia, ir šiuo metu gali būti generuojamas tik pulsuojantis magnetinis laukas, Tst = 0.
Kvadratiniame geležies šerdies, dėl konstrukcijos leidimo, paprastai naudojami du atspalvio žiedai, sudarantys trijų apvijų variklį. Trijų fazių simetriškame variklyje kiekviena fazė užima 60 ° poliaus (180 ° elektrinio kampo), tai yra 60 ° fazės juosta. Nors neįmanoma pasiekti tokio simetriško pasiskirstymo dviejų žiedų variklyje, principas yra tas pats, todėl žiedo dydis, ilgas ir trumpas, variklio charakteristikos yra akivaizdžiai daug geresnės nei vieno žiedo: Tmax ir Tst padidėja, o vidutinio greičio srities įdubimas nėra rimtas. Eksperimentas rodo, kad dviejų žiedų variklyje, kai pagrindinis polius yra apie 110 °, didelis žiedas yra apie 70 °. Kai žiedas sudaro apie 40 ° iš 70 ° didelio žiedo, variklio charakteristikos yra geresnės.
Kaip minėta anksčiau, siekiant gauti didelį išėjimo sukimo momentą, sudėtinis magnetinis laukas turėtų būti kuo arčiau apskritimo. Tam Φm ir Φs turi atitikti tris sąlygas: intensyvumas yra vienodas, ašys skiriasi erdve 90 °, o fazių skirtumas yra 90 °. Bet tai prieštaringa: kadangi Φs yra indukuojamas pagrindinio apvijos srauto Φ, kuo arčiau kampas tarp pagrindinės ir pagalbinės apvijų ašių yra 90 °, tuo mažesnė abiejų indukcija, tai yra, tuo silpnesnis Φs. Ribinėje 90 ° padėtyje pagrindinės apvijos generuojamas magnetinis srautas negali praeiti per antrinę apviją, šiuo metu antrinėje apvijoje negali būti indukuojama srovė, todėl Φs = 0, ir sukimo momentas negali būti generuojamas.
Siekiant gauti didelį antrinės fazės magnetizmą esant mažam atspalvio poliaus santykiui. Būtina naudoti magnetinį tiltelį per Φs. Dėl magnetinio tilto egzistavimo dalis magnetinio srauto neina iš vieno poliaus į kitą per oro tarpą-rotorių-oro tarpą, o eina per magnetinį tiltelį, tai reiškia, kad ši nedidelė magnetinio srauto dalis nesusijusi su rotoriaus posūkiais ir yra nuotėkio srautas. Tokiu būdu, kadangi dalis magnetinio srauto atspalvio poliaus žiede neina per oro tarpą, magnetinis atsparumas atspalvio poliaus žiedo magnetinei grandinei sumažėja, todėl žiede esantis magnetinis srautas Φs padidėja.
Nustačius atspalvio žiedo padėtį, jo paties parametrai turi didelę įtaką variklio veikimui. Atsparumas rs ...
Homopolinių variklių paaiškinimas
Sinchroninis permagnetizuotas naudoja magnetizuotą rotorių, pvz., nuolatinį magnetą. Šis rotorius sukasi sinchroniškai su besisukančiu magnetiniu lauku: jei rotorius pradeda atsilikti nuo besisukančio lauko, varomasis sukimo momentas didėja ir rotorius šiek tiek pagreitėja, kol rotoriaus padėtis besisukančiame lauke tampa ta, kurioje sukimo momentas = pasipriešinimas; panašiai, jei lauko sukimosi greitis sulėtėja, rotorius pasivys lauką, sukimo momentas sumažės arba net taps neigiamas, sulėtindamas rotoriaus greitį, kol jis vėl pasieks padėtį laukui, kurioje sukimo momentas = pasipriešinimas. Dėl to šie varikliai dažnai naudojami elektriniams laikrodžiams ir kartais fonografo patefonams varyti. Šiose programose variklio greitis yra toks pat tikslus kaip ir varikliui tiekiamos tinklo dažnio. Šie varikliai taip pat naudojami elektriniuose skustuvuose. Dažnai rotorius ir su juo susijęs reduktoriaus mechanizmas yra įmontuoti aliuminio, vario arba plastiko korpuse; uždarytas rotorius yra varomas magnetiškai per korpusą.
Poliarinių variklių galia paprastai yra labai maža. Tolesnis tobulinimas visiškai atsisako atspalvio žiedų. Galios panaudojimas suteikia magnetizuotam rotoriui pakankamai "spyrio", kad jis judėtų pakankamai greitai, kad pasiektų sinchronizmą. Mechaninė priemonė neleidžia rotoriui pradėti judėti netinkama kryptimi. Šis dizainas patenkinamai veikia tik tuo atveju, jei rotoriaus apkrova yra beveik nulinė ir turi labai mažą inertiškumą.
Skiriamasis poliarinio variklio bruožas yra atspalvio ritė, kuri sukuria besisukantį magnetinį lauką. Ši ritė yra varinis žiedas arba strypas, apjuosiantis dalį poliaus. Kai vienfazis kintamosios srovės tiekiama į statoriaus apviją, atspalvio ritėje indukuojasi srovė. Ši indukuota srovė sukuria savo magnetinį lauką, kuris yra fazėje su pagrindinio poliaus magnetiniu lauku, bet vėluoja. Šis fazių skirtumas sukuria silpnai besisukantį magnetinį lauką, kuris sukelia rotoriaus sukimąsi.
Poliariniai varikliai yra pripažinti dėl savo paprastumo, mažos kainos ir patikimumo. Jie neturi sudėtingų paleidimo mechanizmų ar kondensatorių, todėl yra labai patvarūs. Dėl šių savybių jie idealiai tinka naudoti prietaisuose, kur nereikia didelio paleidimo sukimo momento ar didelės galios.
Nors poliariniai varikliai yra ekonomiški ir patikimi, jų pradinė charakteristika yra ribota. Mažas paleidimo sukimo momentas reiškia, kad jie netinka didelėms apkrovoms ar prietaisams, kuriems reikalingas greitas paleidimas. Be to, jų efektyvumas ir galios koeficientas nėra tokie aukšti, kaip kitų tipų variklių.
Dėl savo riboto paleidimo sukimo momento, poliariniai varikliai geriausiai tinka ventiliatorių ar kitų lengvai paleidžiamų apkrovų varikliu. Jie gali turėti kelias atšakas šalia vieno apvijos elektrinio galo, kurios suteikia kintamą greitį ir galią, pasirenkant vieną atšaką vienu metu, kaip ir lubiniuose ventiliatoriuose. Tokie varikliai gaminami iki maždaug 1/4 arklio galios (190 W) galios. Virš maždaug 1/3 arklio galios (250 W) jie nėra dažni, o galingesniems varikliams kiti dizainai siūlo geresnes charakteristikas.
Poliariniai varikliai yra plačiai naudojami buitiniuose prietaisuose, tokiuose kaip ventiliatoriai, oro kondicionieriai, džiovintuvai, garų surinktuvai ir kt. Jų kompaktiškas dydis ir mažos sąnaudos daro juos idealiu pasirinkimu tokioms reikmėms.
Taip pat poliariniai varikliai naudojami mažos galios pramoninėje įrangoje, pavyzdžiui, mažose siurbliuose, konvejeriuose ir kituose automatizuotuose sistemose, kur nereikia didelio paleidimo sukimo momento.
tags: #pole #motorskysti #vinys