Asynkronmotor: enhet, funktionsprincip, syfte

En asynkronmotor är enkel och pålitlig och används därför mycket ofta i produktion och i hushållsapparater, från drivningen av ventilerna till rotationen av trumman i tvättmaskinen. I den här artikeln kommer vi att prata med enkla ord om vilken typ av asynkrona elmotorer är, vad de är och hur denna typ av elektriska maskiner fungerar.

Visningar

Asynkronmotorer (IM) är indelade i två huvudgrupper:

• med en ekorrburrotor (SC);
• med en fasrotor.

Om vi ​​utelämnar nyanserna, så ligger skillnaden i det faktum att en ekorrburmotor inte har några borstar och uttalade lindningar, den är mindre krävande för underhåll. Medan i induktionsmotorer med en fasrotor finns tre lindningar anslutna till släpringar, vars ström avlägsnas med borstar. Till skillnad från den föregående är den bättre mottaglig för regleringen av vridmomentet på axeln och det är lättare att implementera en mjukstart för att minska inkopplingsströmmar.

Resten av motorerna är klassificerade:

• efter antalet försörjningsfaser - enfas och tvåfas (används i vardagen när den drivs från ett 220V-nät) och trefas (mest utbredd i produktion och i verkstäder).
• genom sättet att fästa - flänsad eller på benen.
• efter driftsätt - för långtids-, korttids- eller intermittent läge.

Och ett antal andra faktorer som påverkar valet av en viss produkt för användning i en viss miljö.

Mycket kan sägas om enfasiga elmotorer: några av dem startas genom en kondensator, och några kräver både start- och arbetskapacitans. Det finns även tillval med kortsluten slinga, som fungerar utan kondensator och används till exempel i huvor. Om du är intresserad, skriv i kommentarerna så skriver vi en artikel om det.

Enhet

Per definition är "asynkron" en AC-motor, där rotorn roterar långsammare än statorns magnetfält, det vill säga asynkront. Men denna definition är inte särskilt informativ. För att förstå det måste du förstå hur den här motorn fungerar.

En induktionsmotor, som alla andra, består av två huvuddelar - rotor och stator. Låt oss dechiffrera "För dummies" i el:

• En stator är den stationära delen av en generator eller elmotor.
• Rotorn är den roterande delen av motorn, som driver mekanismerna.

Statorn består av ett hus, vars ändar är stängda av ändsköldar, i vilka lager är installerade. Glid- eller rullningslager används beroende på motorns syfte och effekt. En kärna är placerad i kroppen, en lindning är installerad på den. Det kallas statorlindningen.

Eftersom strömmen är alternerande, för att minska förluster på grund av ströströmmar (Foucault-strömmar) statorkärnan är rekryterad från tunna stålplåtar, isolerade från varandra i skala och fästa med lack. En matningsspänning appliceras på statorlindningarna, strömmen som flyter i dem kallas statorströmmen.

Antalet lindningar beror på antalet matningsfaser och motorns konstruktion. Så en trefasmotor har minst tre lindningar kopplade i ett stjärn- eller deltamönster. Deras antal kan vara större, och det påverkar axelns rotationshastighet, men vi kommer att prata om detta senare.

Men med rotorn är saker och ting mer intressanta, som redan nämnts kan det vara antingen kortslutet eller fas.

En ekorrburrotor är en uppsättning metallstänger (vanligtvis aluminium eller koppar), i figuren ovan indikeras de med siffran 2, lödda eller ingjutna i kärnan (1) stängd av ringar (3). Denna design liknar ett hjul i vilket tama gnagare springer, varför det ofta kallas en "ekorrebur" eller "ekorrehjul" och detta namn är inte jargong, utan ganska litterärt. För att minska de högre övertonerna hos EMF och magnetfältets pulseringar läggs stavarna inte längs axeln, utan i en viss vinkel i förhållande till rotationsaxeln.

Fasrotorn skiljer sig från den föregående genom att den redan har tre lindningar, som på statorn. Början av lindningarna är anslutna till ringar, vanligtvis koppar, de pressas på motoraxeln. Senare kommer vi kort att förklara varför de behövs.

I båda fallen är en av ändarna på axeln ansluten till den drivna mekanismen, den är konisk eller cylindrisk form med eller utan spår, för montering av fläns, remskiva och annan mekanisk drivning detaljer.

På den "bakre" delen av axeln är ett pumphjul fixerat, vilket är nödvändigt för att blåsa och kyla, ett hölje sätts på höljet över pumphjulet. Sålunda riktas kall luft längs kanterna på induktionsmotorn, om detta pumphjul av någon anledning inte roterar kommer det att överhettas.

Designen av den första induktionsmotorn utvecklades av M.O. Dolivo-Dobrovolsky och han patenterade den 1889. Den har överlevt till våra dagar utan några betydande förändringar.

Funktionsprincip

Asynkrona elektriska maskiner kallas ofta induktionsmaskiner på grund av deras funktionsprincip. Varje elmotor sätts i rotation som ett resultat av interaktionen mellan rotorns och statorns magnetiska fält, såväl som på grund av Amperekraften. Magnetfältet kan i sin tur existera antingen runt en permanentmagnet eller runt en ledare genom vilken ström flyter. Men exakt hur fungerar en asynkron maskin?

I en induktionsmotor, till skillnad från andra, finns det ingen excitationslindning som sådan, hur får den då ett magnetfält? Svaret är enkelt: en induktionsmotor är en transformator.

Låt oss överväga principen för dess funktion med hjälp av exemplet på en trefasmaskin, eftersom det är de som finns oftare än andra.

I figuren nedan kan du se placeringen av lindningarna på statorkärnan i en trefas asynkronmotor.

Som ett resultat av flödet av trefasström i statorlindningarna uppträder ett roterande magnetfält. På grund av fasförskjutningen flyter strömmen genom den ena eller andra lindningen, i enlighet med detta uppstår ett magnetfält, vars poler är riktade enligt högerhandsregeln. Och i enlighet med förändringen i ström i en viss lindning riktas polerna i motsvarande riktning. Vilket följande animation illustrerar:

I det enklaste (tvåpoliga) fallet läggs lindningarna på ett sådant sätt att var och en av dem är förskjuten med 120 grader i förhållande till den föregående, liksom fasvinkeln för spänningen i AC-nätverket.

Rotationshastigheten för statorns magnetfält brukar kallas synkron. Lär dig mer om hur den roterar och varför du får reda på det i följande video. Observera att i tvåfas (kondensator) och enfas elektriska motorer är den inte roterande, utan elliptisk eller pulserande, och lindningarna är inte 3 utan 2.

Om vi ​​betraktar en asynkron elektrisk motor med en ekorrburrotor, inducerar statorns magnetfält en EMF i dess stavar, eftersom de är stängda, börjar en ström att flyta. Detta skapar också ett magnetfält.

Som ett resultat av samverkan mellan två fält och Ampere kraftsom verkar på rotorn börjar den rotera efter statorns roterande magnetfält, men samtidigt släpar den alltid något efter statorns MF rotationshastighet, denna fördröjning kallas glidning.

Om magnetfältets rotationshastighet kallas synkron, är rotorns rotationshastighet redan asynkron, från vilken den fick sitt namn.

För en AD med en fasrotor är saker och ting liknande, förutom att de ansluter till dess ringar reostat, som, efter att motorn går in i driftläge, tas bort från kretsen och lindningarna stängs inom kort. Detta visas i diagrammet nedan, men istället för en reostat används konstanta motstånd, kopplade eller shuntade av kontaktorerna KM3, KM2, KM1.

Detta tillvägagångssätt möjliggör en mjuk start och minskar startströmmar genom att öka det aktiva elektriska motståndet hos rotorn.

Låt oss sammanfatta:

1. Strömmen i statorlindningarna genererar ett magnetfält.
2. Magnetfältet genererar en ström i rotorn.
3. Strömmen i rotorn skapar ett fält runt den.
4. Eftersom statorfältet roterar, på grund av dess fält, börjar rotorn att rotera bakom det.

Glid- och rotationshastighet

Statorns magnetiska fälthastighet (n1) är högre än rotorhastigheten (n2). Skillnaden mellan dem kallas slip, och betecknas med den latinska bokstaven S och beräknas med formeln:

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

Slirning är inte en nackdel med denna elmotor, eftersom om dess axel roterade med samma frekvens, som magnetfältet hos statorn (synkront), då skulle ingen ström induceras i dess stavar, och det skulle helt enkelt inte bli rotera.

Nu om ett viktigare koncept - rotorhastigheten för en induktionsmotor. Det beror på 3 kvantiteter:

• matningsspänningsfrekvens (f);
• antal par magnetiska poler (p);
• glida (S).

Antalet par magnetiska poler bestämmer fältets synkrona rotationshastighet och beror på antalet statorlindningar. Slirningen beror på belastningen och utformningen av en viss elmotor och ligger i intervallet 3-10%, det vill säga den asynkrona hastigheten är ganska lite mindre än den synkrona. Jo, växelströmmens frekvens är fixerad vid oss ​​och är lika med 50 Hz.

Därför är rotationsfrekvensen för axeln på en induktionsmotor svår att reglera, du kan bara påverka frekvensen på försörjningsnätet, det vill säga genom att ställa in en frekvensomvandlare. Det är möjligt att sänka statorspänningen, men då minskar effekten på axeln, ändå, en sådan teknik används vid uppstart av IM med växling av lindningarna från stjärna till delta för att minska start strömmar.

Rotationsfrekvensen för statorfältet (synkron hastighet) bestäms av formeln:

n = 60 * f/p

Så i en motor med ett par magnetiska poler (två poler) är den synkrona hastigheten:

60 * 50/1 = 3000 rpm

De vanligaste alternativen för elmotorer med:

• ett par stolpar (3000 rpm);
• två (1500 rpm);
• tre (1000 rpm);
• fyra (750 rpm).

Den verkliga rotorhastigheten kommer att vara något lägre, på en riktig asynkronmotor anges det på namnskylten, till exempel här - 2730 rpm. Trots detta kommer folket att kalla en sådan asynkronmotor enligt den synkrona hastigheten eller helt enkelt "tre tusendel".

Då är dess slip lika med:

3000-2730*100%/3000=9%

Tillämpningsområde

Den asynkrona elmotorn har funnits inom alla områden av mänsklig aktivitet. De som drivs från en fas (från 220V) kan hittas i lågeffektställdon eller i hushållsapparater och verktyg, till exempel:

• i en tvättmaskin av typen "baby" och andra gamla sovjetiska modeller;
• i en betongblandare;
• i fläkten;
• i förorten;
• och även i avancerade gräsklippare.

I produktion i trefasnät:

• automatiska spärrar;
• lyftmekanismer (kranar och vinschar);
• ventilation;
• kompressorer;
• pumps;
• trä- och metallbearbetningsmaskiner med mera.

AD används också i elektriska transporter, och nyligen har en induktionsmotor aktivt annonserats på Internet. med en lindning av typen "Slavyanka" och den så kallade Duyunov-hjulmotorn, som du kan lära dig från videon utvecklare.

Användningsområdet för induktionsmotorer är så omfattande att bara listan blir längre. än den här artikeln, så varje elektriker borde veta hur det fungerar, vad det är till för och var gäller. Låt oss sammanfatta och lista fördelarna och nackdelarna med dessa enheter.

Fördelar:

1. Enkel konstruktion.
2. Låg kostnad.
3. Nästan underhållsfri.

Den största nackdelen är komplexiteten hos hastighetskontroll, i jämförelse med samma DC-motorer eller universella kollektormaskiner. Följaktligen är det svårt att organisera en smidig start av stora maskiner, och oftare görs detta med hjälp av en dyr frekvensomformare.

Det är här vi avslutar granskningen av asynkrona elmotorer och deras användningsområden. Vi hoppas att efter att ha läst artikeln blev det klart för dig vad det är och hur denna elektriska maskin fungerar!

Relaterat material:

• Hur man väljer en frekvensomformare för effekt och ström
• Skillnaden mellan växelström och likström
• Fas och linjespänning