Asynchronmotor: Gerät, Funktionsprinzip, Zweck

Ein Asynchronmotor ist einfach und zuverlässig und wird daher sehr häufig in der Produktion und in Haushaltsgeräten eingesetzt, vom Antrieb der Ventile bis zur Trommelrotation in der Waschmaschine. In diesem Artikel werden wir in einfachen Worten darüber sprechen, was für asynchrone Elektromotoren sind, was sie sind und wie diese Art von elektrischen Maschinen funktioniert.

Ansichten

Asynchronmotoren (IM) werden in zwei Hauptgruppen unterteilt:

• mit einem Käfigläufer (SC);
• mit Phasenrotor.

Wenn wir die Nuancen weglassen, liegt der Unterschied darin, dass ein Käfigläufermotor keine Bürsten und ausgeprägte Wicklungen hat, er ist weniger wartungsintensiv. Während bei Asynchronmotoren mit Phasenläufer drei Wicklungen mit Schleifringen verbunden sind, deren Strom durch Bürsten abgeführt wird. Im Gegensatz zum vorherigen ist es besser für die Regulierung des Drehmoments an der Welle geeignet und es ist einfacher, einen Sanftanlauf zu implementieren, um Einschaltströme zu reduzieren.

Der Rest der Motoren sind klassifiziert:

• durch die Anzahl der Versorgungsphasen - einphasig und zweiphasig (wird im täglichen Leben verwendet, wenn es aus einem 220-V-Netz gespeist wird) und dreiphasig (am weitesten verbreitet in der Produktion und in Werkstätten).
• durch die Befestigungsmethode - angeflanscht oder an den Beinen.
• nach Betriebsart - für Langzeit-, Kurzzeit- oder Aussetzbetrieb.

Und eine Reihe anderer Faktoren, die die Wahl eines bestimmten Produkts für den Einsatz in einer bestimmten Umgebung beeinflussen.

Über einphasige Elektromotoren lässt sich viel sagen: Einige von ihnen werden über einen Kondensator gestartet, andere benötigen sowohl eine Start- als auch eine Arbeitskapazität. Es gibt auch Optionen mit kurzgeschlossener Schleife, die ohne Kondensator arbeiten und beispielsweise in Hauben verwendet werden. Bei Interesse schreibt in die Kommentare und wir werden einen Artikel darüber schreiben.

Gerät

"Asynchron" ist per Definition ein Wechselstrommotor, bei dem sich der Rotor langsamer dreht als das Statormagnetfeld, also asynchron. Aber diese Definition ist nicht sehr informativ. Um es zu verstehen, müssen Sie verstehen, wie diese Engine funktioniert.

Ein Induktionsmotor besteht wie jeder andere aus zwei Hauptteilen - Rotor und Stator. Lassen Sie uns "Für Dummies" in der Elektrik entziffern:

• Ein Stator ist der stationäre Teil eines jeden Generators oder Elektromotors.
• Der Rotor ist der rotierende Teil des Motors, der die Mechanismen antreibt.

Der Stator besteht aus einem Gehäuse, dessen Enden durch Lagerschilde verschlossen sind, in denen Lager eingebaut sind. Je nach Einsatzzweck und Leistung des Motors kommen Gleit- oder Wälzlager zum Einsatz. Im Körper befindet sich ein Kern, darauf ist eine Wicklung installiert. Sie wird als Statorwicklung bezeichnet.

Da der Strom Wechselstrom ist, um Verluste durch Streuströme zu reduzieren (Foucault-Ströme) der Statorkern ist aus dünnen Stahlblechen rekrutiert, durch Zunder gegeneinander isoliert und mit Lack befestigt. An die Statorwicklungen wird eine Versorgungsspannung angelegt, der in ihnen fließende Strom wird als Statorstrom bezeichnet.

Die Anzahl der Wicklungen hängt von der Anzahl der Netzphasen und der Ausführung des Motors ab. Ein Drehstrommotor hat also mindestens drei Wicklungen, die in Stern- oder Dreieckschaltung geschaltet sind. Ihre Anzahl kann größer sein und beeinflusst die Rotationsgeschwindigkeit der Welle, aber darüber werden wir später sprechen.

Aber beim Rotor ist es interessanter, wie bereits erwähnt, er kann entweder kurzgeschlossen oder phasenverschoben sein.

Ein Kurzschlussläufer ist ein Satz von Metallstäben (meist Aluminium oder Kupfer), in der obigen Abbildung sind sie mit der Nummer 2 gekennzeichnet, in den Kern (1) gelötet oder eingegossen, der durch Ringe (3) geschlossen ist. Dieses Design ähnelt einem Rad, in dem domestizierte Nagetiere laufen, weshalb es oft als "Eichhörnchenkäfig" oder "Eichhörnchenrad" bezeichnet wird und dieser Name kein Jargon, sondern ziemlich literarisch ist. Um die höheren Harmonischen der EMF und Pulsationen des Magnetfeldes zu reduzieren, werden die Stäbe nicht entlang der Welle, sondern in einem bestimmten Winkel zur Drehachse verlegt.

Der Phasenrotor unterscheidet sich vom vorherigen dadurch, dass er wie beim Stator bereits drei Wicklungen hat. Der Anfang der Wicklungen ist mit Ringen verbunden, meist aus Kupfer, sie werden auf die Motorwelle gepresst. Später werden wir kurz erklären, warum sie benötigt werden.

In beiden Fällen ist eines der Enden der Welle mit dem angetriebenen Mechanismus verbunden, es ist konisch oder zylindrische Form mit oder ohne Nuten, zur Aufnahme von Flansch, Riemenscheibe und anderen mechanischen Antrieben Einzelheiten.

Auf dem "hinteren" Teil der Welle ist ein Laufrad befestigt, das zum Blasen und Kühlen erforderlich ist, über das Laufrad wird ein Gehäuse aufgesetzt. Daher wird kalte Luft entlang der Kanten des Induktionsmotors geleitet. Wenn sich dieses Laufrad aus irgendeinem Grund nicht dreht, wird es überhitzt.

Das Design des ersten Induktionsmotors wurde von M.O. Dolivo-Dobrovolsky und ließ es 1889 patentieren. Es ist bis heute ohne nennenswerte Veränderungen erhalten geblieben.

Arbeitsprinzip

Asynchrone elektrische Maschinen werden aufgrund ihres Funktionsprinzips oft als Asynchronmaschinen bezeichnet. Jeder Elektromotor wird durch das Zusammenwirken der Magnetfelder von Rotor und Stator sowie durch die Amperekraft in Rotation versetzt. Das Magnetfeld wiederum kann entweder um einen Permanentmagneten oder um einen stromdurchflossenen Leiter herum existieren. Aber wie genau funktioniert eine Asynchronmaschine?

In einem Induktionsmotor gibt es im Gegensatz zu anderen keine Erregerwicklung als solche, wie bekommt er dann ein Magnetfeld? Die Antwort ist einfach: Ein Induktionsmotor ist ein Transformator.

Betrachten wir das Funktionsprinzip am Beispiel einer Drehstrommaschine, da diese häufiger als andere zu finden sind.

In der folgenden Abbildung sehen Sie die Lage der Wicklungen auf dem Ständerblech eines Drehstrom-Asynchronmotors.

Durch den Drehstromfluss in den Statorwicklungen entsteht ein rotierendes Magnetfeld. Durch die Phasenverschiebung fließt der Strom durch die eine oder andere Wicklung, dementsprechend entsteht ein Magnetfeld, dessen Pole nach der Rechtsregel ausgerichtet sind. Und entsprechend der Stromänderung in einer bestimmten Wicklung werden die Pole in die entsprechende Richtung gelenkt. Was die folgende Animation veranschaulicht:

Im einfachsten (zweipoligen) Fall werden die Wicklungen so verlegt, dass sie jeweils um 120 Grad zur vorherigen versetzt sind, ebenso wie die Phasenlage der Spannung im Wechselstromnetz.

Die Rotationsgeschwindigkeit des Statormagnetfelds wird normalerweise als synchron bezeichnet. Erfahre mehr darüber, wie er sich dreht und warum erfährst du im folgenden Video. Beachten Sie, dass bei zweiphasigen (Kondensator) und einphasigen Elektromotoren er nicht rotiert, sondern elliptisch oder pulsierend ist und die Wicklungen nicht 3, sondern 2 sind.

Betrachten wir einen asynchronen Elektromotor mit Kurzschlussläufer, dann induziert das Magnetfeld des Stators eine EMF in seinen Stäben, da diese geschlossen sind, dann beginnt ein Strom zu fließen. Dadurch entsteht auch ein Magnetfeld.

Als Ergebnis der Wechselwirkung zweier Felder und Amperekraftauf den Rotor wirkend, beginnt er sich nach dem rotierenden Magnetfeld des Stators zu drehen, eilt aber gleichzeitig der Drehzahl des Stators MF immer etwas nach, diese Verzögerung wird Schlupf genannt.

Wird die Drehgeschwindigkeit des Magnetfelds als synchron bezeichnet, dann ist die Drehgeschwindigkeit des Rotors bereits asynchron, woher er seinen Namen hat.

Bei einem AD mit einem Phasenrotor sind die Dinge ähnlich, außer dass sie mit seinen Ringen verbunden sind Rheostat, der nach Eintritt des Motors in den Betriebsmodus vom Stromkreis getrennt und die Wicklungen geschlossen werden in Kürze. Dies ist im folgenden Diagramm dargestellt, aber anstelle eines Rheostats werden Konstantwiderstände verwendet, die von den Schützen KM3, KM2, KM1 verbunden oder überbrückt werden.

Dieser Ansatz ermöglicht einen sanften Start und reduziert Anlaufströme, indem der aktive elektrische Widerstand des Rotors erhöht wird.

Fassen wir zusammen:

1. Der Strom in den Statorwicklungen erzeugt ein Magnetfeld.
2. Das Magnetfeld erzeugt im Rotor einen Strom.
3. Der Strom im Rotor erzeugt um ihn herum ein Feld.
4. Da sich das Statorfeld dreht, beginnt sich der Rotor aufgrund seines Feldes dahinter zu drehen.

Gleit- und Rotationsgeschwindigkeit

Die Statormagnetfelddrehzahl (n1) ist größer als die Rotordrehzahl (n2). Der Unterschied zwischen ihnen wird als Slip bezeichnet und mit dem lateinischen Buchstaben S bezeichnet und nach der Formel berechnet:

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

Schlupf ist bei diesem Elektromotor kein Nachteil, denn wenn sich seine Welle mit der gleichen Frequenz dreht, wie das Magnetfeld des Stators (synchron), dann würde in seinen Stäben kein Strom induziert, und es würde einfach nicht werden drehen.

Nun zu einem wichtigeren Konzept - der Rotordrehzahl eines Induktionsmotors. Es hängt von 3 Mengen ab:

• Versorgungsspannungsfrequenz (f);
• Anzahl der Magnetpolpaare (p);
• rutschen (S).

Die Anzahl der Magnetpolpaare bestimmt die Synchrondrehzahl des Feldes und hängt von der Anzahl der Statorwicklungen ab. Der Schlupf ist abhängig von der Last und der Auslegung eines bestimmten Elektromotors und liegt im Bereich von 3-10%, dh die asynchrone Drehzahl ist um einiges geringer als die synchrone. Nun, die Frequenz des Wechselstroms ist bei uns fest und beträgt 50 Hz.

Daher ist die Drehfrequenz der Welle eines Asynchronmotors schwer zu regulieren, Sie können die Frequenz des Versorgungsnetzes nur beeinflussen, dh durch Einstellung ein Frequenzumrichter. Es ist möglich, die Statorspannung zu senken, aber dann nimmt die Leistung an der Welle ab, dennoch eine solche Technik Wird beim Anlaufen des IM mit Umschaltung der Wicklungen von Stern auf Dreieck verwendet, um das Anlaufen zu reduzieren Ströme.

Die Drehfrequenz des Statorfeldes (Synchrondrehzahl) wird durch die Formel bestimmt:

n = 60 * f / p

Bei einem Motor mit einem Magnetpolpaar (zwei Pole) beträgt die Synchrondrehzahl also:

60 * 50/1 = 3000 U/min

Die gängigsten Optionen für Elektromotoren mit:

• ein Polpaar (3000 U/min);
• zwei (1500 U/min);
• drei (1000 U/min);
• vier (750 U/min).

Die tatsächliche Rotordrehzahl wird etwas niedriger sein, bei einem echten Asynchronmotor ist sie beispielsweise auf dem Typenschild angegeben, hier - 2730 U / min. Trotzdem werden die Leute einen solchen Asynchronmotor nach der Synchrondrehzahl oder einfach "Dreitausendstel" nennen.

Dann ist sein Schlupf gleich:

3000-2730*100%/3000=9%

Geltungsbereich

Der asynchrone Elektromotor hat in allen Bereichen der menschlichen Tätigkeit Anwendung gefunden. Solche, die einphasig (ab 220V) gespeist werden, finden sich in Aktoren mit geringer Leistung oder in Haushaltsgeräten und Werkzeugen, zum Beispiel:

• in einer Waschmaschine vom Typ "Baby" und anderen alten sowjetischen Modellen;
• in einem Betonmischer;
• im Ventilator;
• in der Haube;
• und sogar in High-End-Rasenmähern.

In der Produktion in Drehstromnetzen:

• automatische Riegel;
• Hebemechanismen (Kräne und Winden);
• Belüftung;
• Kompressoren;
• Pumps;
• Holz- und Metallbearbeitungsmaschinen und mehr.

AD wird auch im Elektroverkehr verwendet, und kürzlich wurde im Internet aktiv für einen Induktionsmotor geworben. mit einer Wicklung vom Typ Slavyanka und dem sogenannten Duyunov-Radmotor, den Sie dem Video entnehmen können Entwickler.

Der Anwendungsbereich von Asynchronmotoren ist so umfangreich, dass allein die Liste noch länger wird. als dieser Artikel, also sollte jeder Elektriker wissen, wie es funktioniert, wofür es ist und wo gilt. Lassen Sie uns die Vor- und Nachteile dieser Geräte zusammenfassen und auflisten.

Vorteile:

1. Einfache Konstruktion.
2. Kostengünstig.
3. Fast wartungsfrei.

Der Hauptnachteil ist die Komplexität der Drehzahlregelung im Vergleich zu gleichen Gleichstrommotoren oder universellen Kollektormaschinen. Dementsprechend ist es schwierig, einen reibungslosen Start von großen Maschinen zu organisieren, und dies geschieht häufiger mit Hilfe eines teuren Frequenzumrichters.

Hier beenden wir den Rückblick auf asynchrone Elektromotoren und deren Einsatzgebiete. Wir hoffen, dass Ihnen nach dem Lesen des Artikels klar wurde, was es ist und wie diese elektrische Maschine funktioniert!

Verwandte Materialien:

• So wählen Sie einen Frequenzumrichter für Leistung und Strom aus
• Der Unterschied zwischen Wechselstrom und Gleichstrom
• Phasen- und Netzspannung