Asynchrone motor: apparaat, werkingsprincipe, doel

Een asynchrone motor is eenvoudig en betrouwbaar en wordt daarom veel gebruikt in de productie en in huishoudelijke apparaten, van de aandrijving van de kleppen tot het draaien van de trommel in de wasmachine. In dit artikel zullen we in eenvoudige bewoordingen praten over wat voor soort asynchrone elektromotoren zijn, wat ze zijn en hoe dit type elektrische machines werkt.

Keer bekeken

Asynchrone motoren (IM) zijn onderverdeeld in twee hoofdgroepen:

• met een eekhoornkooirotor (SC);
• met een faserotor.

Als we de nuances weglaten, dan zit het verschil in het feit dat een kooiankermotor geen borstels heeft en uitgesproken wikkelingen, hij is minder veeleisend in onderhoud. Terwijl in inductiemotoren met een faserotor drie wikkelingen zijn verbonden met sleepringen, waarvan de stroom wordt verwijderd door borstels. In tegenstelling tot de vorige is deze beter geschikt voor de regeling van het koppel op de as en is het gemakkelijker om een ​​zachte start te implementeren om inschakelstromen te verminderen.

De rest van de motoren zijn ingedeeld:

• door het aantal voedingsfasen - eenfasig en tweefasig (gebruikt in het dagelijks leven wanneer gevoed door een 220V-netwerk) en driefasig (meest wijdverbreid in productie en in werkplaatsen).
• door de bevestigingsmethode - geflensd of op de poten.
• per bedrijfsmodus - voor lange termijn, korte termijn of intermitterende modus.

En een aantal andere factoren die van invloed zijn op de keuze van een bepaald product voor gebruik in een bepaalde omgeving.

Er kan veel worden gezegd over enkelfasige elektromotoren: sommige worden gestart via een condensator en sommige hebben zowel een start- als een werkcapaciteit nodig. Er zijn ook opties met een kortgesloten lus, die zonder condensator werken en bijvoorbeeld in afzuigkappen worden gebruikt. Als je geïnteresseerd bent, schrijf dan in de reacties en we zullen er een artikel over schrijven.

Apparaat

Per definitie is "asynchroon" een AC-motor, waarin de rotor langzamer roteert dan het magnetische veld van de stator, dat wil zeggen asynchroon. Maar deze definitie is niet erg informatief. Om het te begrijpen, moet je begrijpen hoe deze motor werkt.

Een inductiemotor bestaat, net als elke andere, uit twee hoofdonderdelen: rotor en stator. Laten we "Voor dummies" ontcijferen in elektriciteit:

• Een stator is het stationaire deel van elke generator of elektromotor.
• De rotor is het roterende deel van de motor, die de mechanismen aandrijft.

De stator bestaat uit een behuizing, waarvan de uiteinden zijn afgesloten door eindschermen, waarin lagers zijn aangebracht. Afhankelijk van het doel en het vermogen van de motor worden glijlagers of wentellagers gebruikt. Een kern bevindt zich in het lichaam, er is een wikkeling op geïnstalleerd. Het wordt de statorwikkeling genoemd.

Aangezien de stroom alternerend is, om verliezen als gevolg van zwerfstromen te verminderen (Foucault-stromen) de statorkern is gerekruteerd uit dunne stalen platen, van elkaar geïsoleerd door schaal en bevestigd met vernis. Op de statorwikkelingen wordt een voedingsspanning aangelegd, de stroom die erin vloeit wordt de statorstroom genoemd.

Het aantal wikkelingen is afhankelijk van het aantal voedingsfasen en het ontwerp van de motor. Een driefasenmotor heeft dus minimaal drie wikkelingen die in een ster- of driehoekpatroon zijn aangesloten. Hun aantal kan groter zijn en het beïnvloedt de rotatiesnelheid van de as, maar we zullen hier later over praten.

Maar met de rotor zijn de dingen interessanter, zoals al vermeld, deze kan kortgesloten of fase zijn.

Een eekhoornkooirotor is een set metalen staven (meestal aluminium of koper), in de bovenstaande afbeelding worden ze aangegeven met het cijfer 2, gesoldeerd of gegoten in de kern (1) afgesloten door ringen (3). Dit ontwerp lijkt op een wiel waarin gedomesticeerde knaagdieren rennen, daarom wordt het vaak een "eekhoornkooi" of "eekhoornwiel" genoemd en deze naam is geen jargon, maar behoorlijk literair. Om de hogere harmonischen van de EMF en pulsaties van het magnetische veld te verminderen, worden de staven niet langs de as gelegd, maar onder een bepaalde hoek ten opzichte van de rotatie-as.

De faserotor verschilt van de vorige doordat deze al drie wikkelingen heeft, zoals op de stator. Het begin van de wikkelingen is verbonden met ringen, meestal koper, ze worden op de motoras gedrukt. Later zullen we kort uitleggen waarom ze nodig zijn.

In beide gevallen is een van de uiteinden van de as verbonden met het aangedreven mechanisme, het is conisch gemaakt of cilindrische vorm met of zonder groeven, voor montageflens, katrol en andere mechanische aandrijving details.

Op het "achterste" deel van de as is een waaier bevestigd, wat nodig is voor blazen en koelen, een behuizing wordt op de behuizing over de waaier geplaatst. Zo wordt koude lucht langs de randen van de inductiemotor geleid, als deze waaier om de een of andere reden niet draait, zal deze oververhit raken.

Het ontwerp van de eerste inductiemotor is ontwikkeld door M.O. Dolivo-Dobrovolsky en hij patenteerde het in 1889. Het is tot op de dag van vandaag bewaard gebleven zonder noemenswaardige veranderingen.

Werkingsprincipe

Asynchrone elektrische machines worden vanwege hun werkingsprincipe vaak inductiemachines genoemd. Elke elektromotor wordt in rotatie gebracht als gevolg van de interactie van de magnetische velden van de rotor en stator, evenals vanwege de Ampere-kracht. Het magnetische veld kan op zijn beurt bestaan ​​rond een permanente magneet of rond een geleider waardoor stroom vloeit. Maar hoe werkt een asynchrone machine precies?

In een inductiemotor is er, in tegenstelling tot andere, geen excitatiewikkeling als zodanig, hoe krijgt het dan een magnetisch veld? Het antwoord is simpel: een inductiemotor is een transformator.

Laten we het principe van de werking ervan bekijken aan de hand van het voorbeeld van een driefasige machine, omdat zij het zijn die vaker worden gevonden dan andere.

In de onderstaande afbeelding ziet u de locatie van de wikkelingen op de statorkern van een driefasige asynchrone motor.

Als gevolg van de stroom van driefasige stroom in de statorwikkelingen verschijnt een roterend magnetisch veld. Door de faseverschuiving stroomt de stroom door de ene of de andere wikkeling, in overeenstemming hiermee ontstaat een magnetisch veld waarvan de polen zijn gericht volgens de regel van de rechterhand. En in overeenstemming met de verandering in stroom in een bepaalde wikkeling, worden de polen in de overeenkomstige richting gericht. Wat de volgende animatie illustreert:

In het eenvoudigste (tweepolige) geval worden de wikkelingen zo gelegd dat elk van hen 120 graden is verschoven ten opzichte van de vorige, evenals de fasehoek van de spanning in het AC-netwerk.

De rotatiesnelheid van het magnetische veld van de stator wordt meestal synchroon genoemd. Leer meer over hoe het roteert en waarom je erachter komt in de volgende video. Merk op dat in tweefasige (condensator) en enkelfasige elektromotoren niet roterend, maar elliptisch of pulserend is, en dat de wikkelingen niet 3, maar 2 zijn.

Als we een asynchrone elektromotor met een kooirotor beschouwen, dan induceert het magnetische veld van de stator een EMF in zijn staven, omdat ze gesloten zijn, dan begint er een stroom te vloeien. Hierdoor ontstaat ook een magnetisch veld.

Als resultaat van de interactie van twee velden en Ampère krachtinwerkend op de rotor, begint deze te draaien volgens het roterende magnetische veld van de stator, maar tegelijkertijd blijft hij altijd iets achter bij de rotatiesnelheid van de stator MF, deze vertraging wordt slip genoemd.

Als de rotatiesnelheid van het magnetische veld synchroon wordt genoemd, dan is de rotatiesnelheid van de rotor al asynchroon, waaraan deze zijn naam dankt.

Voor een AD met een faserotor zijn de dingen vergelijkbaar, behalve dat ze verbinding maken met de ringen reostaat, die, nadat de motor in de bedrijfsmodus is gekomen, uit het circuit wordt verwijderd en de wikkelingen worden gesloten binnenkort. Dit wordt weergegeven in het onderstaande diagram, maar in plaats van een regelweerstand worden constante weerstanden gebruikt, aangesloten of geshunt door de KM3-, KM2-, KM1-contactors.

Deze aanpak zorgt voor een soepele start en vermindert startstromen door de actieve elektrische weerstand van de rotor te vergroten.

Laten we samenvatten:

1. De stroom in de statorwikkelingen wekt een magnetisch veld op.
2. Het magnetische veld wekt een stroom op in de rotor.
3. De stroom in de rotor creëert een veld eromheen.
4. Omdat het statorveld roteert, vanwege zijn veld, begint de rotor erachter te draaien.

Glij- en rotatiesnelheid:

De magnetische veldsnelheid van de stator (n1) is groter dan de rotorsnelheid (n2). Het verschil tussen beide wordt slip genoemd en wordt aangegeven met de Latijnse letter S en wordt berekend met de formule:

S = (n1-n2) * 100% / n1

Slippen is geen nadeel van deze elektromotor, want als de as met dezelfde frequentie draait, als het magnetische veld van de stator (synchroon), dan zou er geen stroom in zijn staven worden geïnduceerd, en het zou gewoon niet worden draaien.

Nu over een belangrijker concept - de rotorsnelheid van een inductiemotor. Het hangt af van 3 hoeveelheden:

• voedingsspanningsfrequentie (f);
• aantal paren magnetische polen (p);
• slip (S).

Het aantal paren magnetische polen bepaalt de synchrone rotatiesnelheid van het veld en is afhankelijk van het aantal statorwikkelingen. De slip is afhankelijk van de belasting en het ontwerp van een bepaalde elektromotor en ligt in het bereik van 3-10%, dat wil zeggen, de asynchrone snelheid is een stuk minder dan de synchrone. Welnu, de frequentie van de wisselstroom ligt bij ons vast en is gelijk aan 50 Hz.

Daarom is de rotatiefrequentie van de as van een asynchrone motor moeilijk te regelen, u kunt alleen de frequentie van het voedingsnetwerk beïnvloeden, dat wil zeggen door in te stellen een frequentieomvormer. Het is mogelijk om de statorspanning te verlagen, maar dan neemt het vermogen op de as af, toch een dergelijke techniek gebruikt bij het opstarten van de IM met het omschakelen van de wikkelingen van ster naar delta om het starten te verminderen stromingen.

De rotatiefrequentie van het statorveld (synchrone snelheid) wordt bepaald door de formule:

n = 60 * f / p

Dus in een motor met één paar magnetische polen (twee polen), is de synchrone snelheid:

60 * 50/1 = 3000 tpm

De meest voorkomende opties voor elektromotoren met:

• een paar polen (3000 tpm);
• twee (1500 tpm);
• drie (1000 tpm);
• vier (750 tpm).

De echte rotorsnelheid zal iets lager zijn, op een echte asynchrone motor wordt dit bijvoorbeeld aangegeven op het typeplaatje hier - 2730 tpm. Desondanks zullen de mensen zo'n asynchrone motor volgens de synchrone snelheid of gewoon "drieduizendste" noemen.

Dan is de slip gelijk aan:

3000-2730*100%/3000=9%

Toepassingsgebied

De asynchrone elektromotor heeft toepassing gevonden op alle gebieden van menselijke activiteit. Degenen die gevoed worden vanuit één fase (vanaf 220V) zijn te vinden in low-power actuatoren of in huishoudelijke apparaten en gereedschappen, bijvoorbeeld:

• in een wasmachine van het type "baby" en andere oude Sovjetmodellen;
• in een betonmixer;
• in de ventilator;
• in de buurt;
• en zelfs in hoogwaardige grasmaaiers.

In productie in driefasige netwerken:

• automatische vergrendelingen;
• hijsmechanismen (kranen en lieren);
• ventilatie;
• compressoren;
• pompen;
• hout- en metaalbewerkingsmachines en meer.

Ook wordt AD gebruikt in elektrisch vervoer, en recentelijk wordt er actief geadverteerd op internet voor een inductiemotor. met een wikkeling van het Slavyanka-type en de zogenaamde Duyunov-wielmotor, die je uit de video kunt leren ontwikkelaar.

Het toepassingsgebied van inductiemotoren is zo uitgebreid dat de lijst alleen al langer zal zijn. dan dit artikel, zodat elke elektricien zou moeten weten hoe het werkt, waar het voor is en waar is van toepassing. Laten we de voor- en nadelen van deze apparaten samenvatten en opsommen.

Voordelen:

1. Eenvoudige constructie.
2. Goedkoop.
3. Vrijwel onderhoudsvrij.

Het grootste nadeel is de complexiteit van de snelheidsregeling, in vergelijking met dezelfde DC-motoren of universele collectormachines. Daarom is het moeilijk om een ​​vlotte start van grote machines te organiseren, en vaker gebeurt dit met behulp van een dure frequentieomvormer.

Hier eindigen we de beoordeling van asynchrone elektromotoren en hun toepassingsgebieden. We hopen dat het je na het lezen van het artikel duidelijk is geworden wat het is en hoe deze elektrische machine werkt!

Gerelateerde materialen:

• Een frequentieomvormer kiezen voor vermogen en stroom?
• Het verschil tussen wisselstroom en gelijkstroom
• Fase- en lijnspanning