Asynchronní motor: zařízení, princip činnosti, účel

Asynchronní motor je jednoduchý a spolehlivý, a proto se velmi často používá ve výrobě a v domácích spotřebičích, od pohonu ventilů až po otáčení bubnu v pračce. V tomto článku budeme hovořit jednoduchými slovy o tom, jaké jsou asynchronní elektromotory, co to jsou a jak tento typ elektrických strojů funguje.

Pohledy

Asynchronní motory (IM) se dělí do dvou hlavních skupin:

• s rotorem nakrátko (SC);
• s fázovým rotorem.

Pomineme-li nuance, pak rozdíl spočívá v tom, že motor s klecí nakrátko nemá kartáče a výrazné vinutí, je méně náročný na údržbu. Zatímco u indukčních motorů s fázovým rotorem jsou tři vinutí spojená se sběracími kroužky, z nichž je proud odváděn kartáči. Na rozdíl od předchozího je lépe přístupný regulaci točivého momentu na hřídeli a je snazší implementovat měkký rozběh pro snížení zapínacích proudů.

Zbývající motory jsou klasifikovány:

• podle počtu napájecích fází - jednofázové a dvoufázové (používané v každodenním životě při napájení ze sítě 220V) a třífázové (nejrozšířenější ve výrobě a v dílnách).
• způsobem upevnění - přírubou nebo na nožičkách.
• podle režimu provozu - pro dlouhodobý, krátkodobý nebo přerušovaný režim.

A řada dalších faktorů, které ovlivňují výběr konkrétního produktu pro použití v konkrétním prostředí.

O jednofázových elektromotorech lze říci hodně: některé z nich jsou spouštěny kondenzátorem a některé vyžadují startovací i pracovní kapacitu. Existují také možnosti se zkratovací smyčkou, které fungují bez kondenzátoru a používají se například v digestořích. Pokud máte zájem, napište do komentářů a my o tom napíšeme článek.

přístroj

Podle definice je "asynchronní" střídavý motor, ve kterém se rotor otáčí pomaleji než magnetické pole statoru, tedy asynchronně. Ale tato definice není příliš informativní. Abyste tomu porozuměli, musíte pochopit, jak tento motor funguje.

Indukční motor, jako každý jiný, se skládá ze dvou hlavních částí - rotor a stator. Pojďme dešifrovat "Pro figuríny" v elektrice:

• Stator je stacionární součástí každého generátoru nebo elektromotoru.
• Rotor je rotační část motoru, která pohání mechanismy.

Stator se skládá z pouzdra, jehož konce jsou uzavřeny koncovými štíty, ve kterých jsou instalována ložiska. V závislosti na účelu a výkonu motoru se používají kluzná nebo valivá ložiska. V těle je umístěno jádro, na něm je instalováno vinutí. Říká se tomu vinutí statoru.

Protože proud je střídavý, aby se snížily ztráty způsobené bludnými proudy (Foucaultovy proudy) jádro statoru je vyrobeno z tenkých ocelových plátů, vzájemně odizolovaných měřítkem a upevněno lakem. Na statorová vinutí je přivedeno napájecí napětí, proud v nich procházející se nazývá statorový proud.

Počet vinutí závisí na počtu napájecích fází a konstrukci motoru. Třífázový motor má tedy alespoň tři vinutí zapojená do hvězdy nebo trojúhelníku. Jejich počet může být větší a ovlivňuje rychlost otáčení hřídele, ale o tom budeme mluvit později.

Ale s rotorem je to zajímavější, jak již bylo zmíněno, může být buď zkratovaný, nebo fázový.

Rotor s kotvou nakrátko je sada kovových tyčí (obvykle hliníkových nebo měděných), na obrázku výše jsou označeny číslem 2, připájené nebo zalité do jádra (1) uzavřeného kroužky (3). Tento design připomíná kolo, ve kterém se prohánějí domestikovaní hlodavci, a proto se mu často říká „klec pro veverky“ nebo „kolo pro veverky“ a tento název není žargon, ale docela spisovný. Aby se snížily vyšší harmonické EMF a pulsace magnetického pole, nejsou tyče položeny podél hřídele, ale pod určitým úhlem vzhledem k ose otáčení.

Fázový rotor se liší od předchozího tím, že má již tři vinutí, jako na statoru. Začátek vinutí jsou spojeny s kroužky, obvykle měděnými, jsou nalisovány na hřídel motoru. Později stručně vysvětlíme, proč jsou potřeba.

V obou případech je jeden z konců hřídele spojen s hnaným mechanismem, je proveden kónicky nebo válcového tvaru s drážkami nebo bez nich, pro montáž příruby, řemenice a jiného mechanického pohonu podrobnosti.

Na "zadní" části hřídele je upevněno oběžné kolo, které je nutné pro foukání a chlazení, na plášť je nasazen plášť přes oběžné kolo. Po okrajích indukčního motoru je tedy směrován studený vzduch, pokud se toto oběžné kolo z nějakého důvodu neotáčí, přehřívá se.

Konstrukce prvního indukčního motoru byla vyvinuta M.O. Dolivo-Dobrovolsky a patentoval jej v roce 1889. Do dnešních dnů přežil bez výraznějších změn.

Princip činnosti

Asynchronní elektrické stroje se pro svůj princip činnosti často nazývají indukční stroje. Jakýkoli elektromotor je uveden do rotace v důsledku interakce magnetických polí rotoru a statoru a také v důsledku ampérové ​​síly. Magnetické pole zase může existovat buď kolem permanentního magnetu, nebo kolem vodiče, kterým protéká proud. Ale jak přesně asynchronní stroj funguje?

V indukčním motoru na rozdíl od jiných není žádné budicí vinutí jako takové, jak pak získá magnetické pole? Odpověď je jednoduchá: indukční motor je transformátor.

Zvažme princip jeho fungování na příkladu třífázového stroje, protože právě oni se nacházejí častěji než ostatní.

Na obrázku níže můžete vidět umístění vinutí na jádru statoru třífázového asynchronního motoru.

V důsledku toku třífázového proudu ve vinutí statoru vzniká rotující magnetické pole. Vlivem fázového posunu protéká proud jedním nebo druhým vinutím, v souladu s tím vzniká magnetické pole, jehož póly jsou směrovány podle pravidla pravé ruky. A v souladu se změnou proudu v konkrétním vinutí jsou póly nasměrovány v odpovídajícím směru. Což ilustruje následující animace:

V nejjednodušším (dvoupólovém) případě jsou vinutí uložena tak, že každé z nich je posunuto o 120 stupňů vzhledem k předchozímu, stejně jako fázový úhel napětí ve střídavé síti.

Rychlost otáčení magnetického pole statoru se obvykle nazývá synchronní. Více o tom, jak se otáčí a proč, se dozvíte v následujícím videu. Všimněte si, že u dvoufázových (kondenzátorových) a jednofázových elektromotorů není točivý, ale eliptický nebo pulzující a vinutí nejsou 3, ale 2.

Pokud vezmeme v úvahu asynchronní elektromotor s rotorem nakrátko, pak magnetické pole statoru indukuje EMF v jeho tyčích, protože jsou uzavřeny, pak začne proudit proud. To také vytváří magnetické pole.

V důsledku interakce dvou polí a Ampérová sílapři působení na rotor se začne otáčet podle rotujícího magnetického pole statoru, ale zároveň vždy mírně zaostává za rychlostí otáčení statoru MF, toto zpoždění se nazývá skluz.

Pokud se rychlost otáčení magnetického pole nazývá synchronní, pak je rychlost otáčení rotoru již asynchronní, od čehož dostal svůj název.

U AD s fázovým rotorem jsou věci podobné, až na to, že se připojují k jeho prstencům reostat, který se po přechodu motoru do provozního režimu vyjme z okruhu a vinutí se uzavřou zakrátko. To je znázorněno na níže uvedeném schématu, ale místo reostatu jsou použity konstantní odpory, které jsou připojeny nebo bočníkovány stykači KM3, KM2, KM1.

Tento přístup umožňuje hladký start a snížení startovacích proudů zvýšením aktivního elektrického odporu rotoru.

Pojďme si to shrnout:

1. Proud ve vinutí statoru vytváří magnetické pole.
2. Magnetické pole generuje proud v rotoru.
3. Proud v rotoru vytváří kolem něj pole.
4. Protože se pole statoru otáčí, rotor se díky svému poli začne otáčet za ním.

Rychlost klouzání a rotace

Rychlost magnetického pole statoru (n1) je větší než rychlost rotoru (n2). Rozdíl mezi nimi se nazývá skluz a je označen latinským písmenem S a vypočítá se podle vzorce:

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

Prokluzování není nevýhodou tohoto elektromotoru, protože pokud se jeho hřídel otáčí stejnou frekvencí, jako magnetické pole statoru (synchronně), pak by se v jeho tyčích neindukoval žádný proud a jednoduše by se nestal točit se.

Nyní o důležitějším konceptu - rychlosti rotoru indukčního motoru. Záleží na 3 množstvích:

• frekvence napájecího napětí (f);
• počet párů magnetických pólů (p);
• skluz (S).

Počet párů magnetických pólů určuje rychlost synchronní rotace pole a závisí na počtu statorových vinutí. Skluz závisí na zatížení a konstrukci konkrétního elektromotoru a pohybuje se v rozmezí 3-10%, to znamená, že asynchronní otáčky jsou o dost menší než synchronní. Frekvence střídavého proudu je u nás pevná a rovná se 50 Hz.

Proto je frekvence otáčení hřídele asynchronního motoru obtížně regulovatelná, ovlivnit můžete pouze frekvenci napájecí sítě, tedy nastavením frekvenčním měničem. Je možné snížit napětí statoru, ale pak se výkon na hřídeli sníží, nicméně taková technika používá se při spouštění IM s přepínáním vinutí z hvězdy na trojúhelník, aby se omezilo spouštění proudy.

Frekvence otáčení statorového pole (synchronní rychlost) je určena vzorcem:

n = 60 * f / p

Takže v motoru s jedním párem magnetických pólů (dva póly) je synchronní rychlost:

60 * 50/1 = 3000 ot./min

Nejběžnější možnosti pro elektromotory s:

• jeden pár pólů (3000 ot./min);
• dva (1500 ot./min);
• tři (1000 otáček za minutu);
• čtyři (750 ot./min.).

Reálné otáčky rotoru budou o něco nižší, na skutečném asynchronním motoru jsou uvedeny na typovém štítku např. zde - 2730 ot./min. Přesto budou lidé takovému asynchronnímu motoru říkat podle synchronní rychlosti nebo prostě „třítisícovka“.

Pak se jeho skluz rovná:

3000-2730*100%/3000=9%

Rozsah použití

Asynchronní elektromotor našel uplatnění ve všech oblastech lidské činnosti. Ty, které jsou napájeny z jedné fáze (od 220V), najdeme v nízkopříkonových servopohonech nebo v domácích spotřebičích a nářadí, například:

• v pračce typu "baby" a dalších starých sovětských modelech;
• v míchačce na beton;
• ve ventilátoru;
• v kapuci;
• a dokonce i ve špičkových sekačkách na trávu.

Ve výrobě v třífázových sítích:

• automatické západky;
• zdvihací mechanismy (jeřáby a navijáky);
• větrání;
• kompresory;
• čerpadla;
• dřevo a kovoobráběcí stroje a další.

AD se také používá v elektrické dopravě a nedávno byl na internetu aktivně inzerován indukční motor. s vinutím typu Slavyanka a tzv. Duyunovovým kolovým motorem, který se dozvíte z videa vývojář.

Oblast použití indukčních motorů je tak rozsáhlá, že samotný seznam bude delší. než tento článek, takže každý elektrikář by měl vědět, jak to funguje, k čemu to je a kde platí. Pojďme si shrnout a uvést klady a zápory těchto zařízení.

Profesionálové:

1. Jednoduchá konstrukce.
2. Nízké náklady.
3. Téměř bezúdržbový.

Hlavní nevýhodou je složitost regulace otáček ve srovnání se stejnými stejnosměrnými motory nebo univerzálními kolektorovými stroji. V souladu s tím je obtížné zorganizovat hladký start velkých strojů a častěji se to děje pomocí drahého frekvenčního měniče.

Zde končíme přehled asynchronních elektromotorů a jejich oblastí použití. Doufáme, že po přečtení článku vám bylo jasné, co to je a jak tento elektrický stroj funguje!

Související materiály:

• Jak vybrat frekvenční měnič pro výkon a proud
• Rozdíl mezi střídavým a stejnosměrným proudem
• Fázové a síťové napětí