Asynkron motor: enhet, driftsprinsipp, formål

En asynkronmotor er enkel og pålitelig og brukes derfor veldig ofte i produksjon og i husholdningsapparater, fra ventildriften til rotasjonen av trommelen i vaskemaskinen. I denne artikkelen vil vi snakke med enkle ord om hva slags asynkrone elektriske motorer er, hva de er og hvordan denne typen elektriske maskiner fungerer.

Visninger

Asynkronmotorer (IM) er delt inn i to hovedgrupper:

• med en ekorn-burrotor (SC);
• med faserotor.

Hvis vi utelater nyansene, ligger forskjellen i det faktum at en ekorn-burmotor har ingen børster og uttalte viklinger, den er mindre krevende i vedlikehold. Mens i induksjonsmotorer med en faserotor er det tre viklinger koblet til sleperinger, hvor strømmen fjernes med børster. I motsetning til den forrige, er den bedre mottagelig for reguleringen av dreiemomentet på akselen, og det er lettere å implementere en myk start for å redusere startstrømmene.

Resten av motorene er klassifisert:

• etter antall forsyningsfaser - enfaset og tofaset (brukes i hverdagen når det drives fra et 220V-nettverk), og trefaset (mest utbredt i produksjon og i verksteder).
• ved festemetoden - flens eller på bena.
• etter driftsmodus - for langsiktig, kortsiktig eller intermitterende modus.

Og en rekke andre faktorer som påvirker valget av et bestemt produkt for bruk i et bestemt miljø.

Mye kan sies om enfasede elektriske motorer: noen av dem startes gjennom en kondensator, og noen krever både start- og arbeidskapasitans. Det finnes også alternativer med kortsluttet sløyfe, som fungerer uten kondensator og brukes for eksempel i hetter. Hvis du er interessert, skriv i kommentarfeltet, så skriver vi en artikkel om det.

Enhet

Per definisjon er "asynkron" en AC-motor, der rotoren roterer langsommere enn statormagnetfeltet, det vil si asynkront. Men denne definisjonen er ikke veldig informativ. For å forstå det, må du forstå hvordan denne motoren fungerer.

En induksjonsmotor, som alle andre, består av to hoveddeler - rotor og stator. La oss dechiffrere "For dummies" i elektrisk:

• En stator er den stasjonære delen av enhver generator eller elektrisk motor.
• Rotoren er den roterende delen av motoren, som driver mekanismene.

Statoren består av et hus, hvis ender er lukket av endeskjold, hvor lagrene er installert. Det brukes glide- eller rullelager avhengig av formålet og kraften til motoren. En kjerne er plassert i kroppen, en vikling er installert på den. Det kalles statorviklingen.

Siden strømmen er vekslende, for å redusere tap på grunn av strøstrømmer (Foucault-strømmer) statorkjernen er rekruttert fra tynne stålplater, isolert fra hverandre etter skala og festet med lakk. En forsyningsspenning påføres statorviklingene, strømmen som flyter i dem kalles statorstrømmen.

Antall viklinger avhenger av antall tilførselsfaser og utformingen av motoren. Så en trefasemotor har minst tre viklinger koblet i et stjerne- eller deltamønster. Antallet deres kan være større, og det påvirker rotasjonshastigheten til akselen, men vi vil snakke om dette senere.

Men med rotoren er ting mer interessant, som allerede nevnt, det kan enten være kortsluttet eller fase.

En ekorn-burrotor er et sett med metallstenger (vanligvis aluminium eller kobber), i figuren over er de indikert med tallet 2, loddet eller støpt inn i kjernen (1) lukket av ringer (3). Denne designen ligner et hjul der tamme gnagere løper, og det er derfor det ofte kalles et "ekornbur" eller "ekornhjul", og dette navnet er ikke sjargong, men ganske litterært. For å redusere de høyere harmoniske av EMF og pulsasjoner av magnetfeltet, legges stengene ikke langs akselen, men i en viss vinkel i forhold til rotasjonsaksen.

Faserotoren skiller seg fra den forrige ved at den allerede har tre viklinger, som på statoren. Begynnelsen av viklingene er koblet til ringer, vanligvis kobber, de presses på motorakselen. Senere vil vi kort forklare hvorfor de trengs.

I begge tilfeller er en av endene av akselen koblet til den drevne mekanismen, den er laget konisk eller sylindrisk form med eller uten spor, for montering av flens, remskive og annen mekanisk drift detaljer.

På den "bakre" delen av akselen er det festet et løpehjul, som er nødvendig for blåsing og kjøling, et foringsrør settes på foringsrøret over løpehjulet. Dermed blir kald luft rettet langs kantene på induksjonsmotoren, hvis dette pumpehjulet av en eller annen grunn ikke roterer, vil det overopphetes.

Designet til den første induksjonsmotoren ble utviklet av M.O. Dolivo-Dobrovolsky og han patenterte den i 1889. Den har overlevd til i dag uten noen vesentlige endringer.

Prinsipp for operasjon

Asynkrone elektriske maskiner kalles ofte induksjonsmaskiner på grunn av deres operasjonsprinsipp. Enhver elektrisk motor settes i rotasjon som et resultat av samspillet mellom de magnetiske feltene til rotoren og statoren, samt på grunn av Ampere-kraften. Magnetfeltet kan på sin side eksistere enten rundt en permanent magnet eller rundt en leder som strøm flyter gjennom. Men hvordan fungerer egentlig en asynkron maskin?

I en induksjonsmotor, i motsetning til andre, er det ingen eksitasjonsvikling som sådan, hvordan får den da et magnetfelt? Svaret er enkelt: en induksjonsmotor er en transformator.

La oss vurdere prinsippet om driften ved å bruke eksemplet på en trefasemaskin, siden det er de som finnes oftere enn andre.

I figuren nedenfor kan du se plasseringen av viklingene på statorkjernen til en trefaset asynkronmotor.

Som et resultat av strømmen av trefasestrøm i statorviklingene, vises et roterende magnetfelt. På grunn av faseskiftet flyter strømmen gjennom den ene eller den andre viklingen, i samsvar med dette oppstår et magnetfelt, hvis poler er rettet i henhold til høyrehåndsregelen. Og i samsvar med endringen i strøm i en bestemt vikling, er polene rettet i tilsvarende retning. Dette illustrerer følgende animasjon:

I det enkleste (to-polet) tilfellet er viklingene lagt på en slik måte at hver av dem er forskjøvet med 120 grader i forhold til den forrige, som er fasevinkelen til spenningen i AC-nettverket.

Rotasjonshastigheten til statormagnetfeltet kalles vanligvis synkron. Lær mer om hvordan den roterer og hvorfor du vil finne ut av den i den følgende videoen. Legg merke til at i tofasede (kondensatorer) og enfasede elektriske motorer er den ikke roterende, men elliptisk eller pulserende, og viklingene er ikke 3, men 2.

Hvis vi vurderer en asynkron elektrisk motor med en ekorn-burrotor, induserer statorens magnetiske felt en EMF i stengene, siden de er lukket, begynner en strøm å strømme. Dette skaper også et magnetfelt.

Som et resultat av samspillet mellom to felt og Ampere kraftsom virker på rotoren, begynner den å rotere etter det roterende magnetfeltet til statoren, men samtidig henger den alltid litt etter rotasjonshastigheten til statoren MF, denne etterslepet kalles slip.

Hvis rotasjonshastigheten til magnetfeltet kalles synkron, er rotasjonshastigheten til rotoren allerede asynkron, som den fikk navnet fra.

For en AD med faserotor er ting likt, bortsett fra at de kobles til ringene reostat, som, etter at motoren går inn i driftsmodus, fjernes fra kretsen og viklingene lukkes om kort tid. Dette er vist i diagrammet under, men i stedet for en reostat brukes konstante motstander, koblet eller shuntet av KM3, KM2, KM1 kontaktorer.

Denne tilnærmingen gir en jevn start og reduserer startstrømmene ved å øke den aktive elektriske motstanden til rotoren.

La oss oppsummere:

1. Strømmen i statorviklingene genererer et magnetfelt.
2. Magnetfeltet genererer en strøm i rotoren.
3. Strømmen i rotoren lager et felt rundt den.
4. Siden statorfeltet roterer, på grunn av feltet, begynner rotoren å rotere bak det.

Glide og rotasjonshastighet

Statorens magnetfelthastighet (n1) er større enn rotorhastigheten (n2). Forskjellen mellom dem kalles slip, og er betegnet med den latinske bokstaven S og beregnes med formelen:

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

Å skli er ikke en ulempe med denne elektriske motoren, siden hvis akselen roterte med samme frekvens, som magnetfeltet til statoren (synkront), vil det ikke bli indusert noen strøm i stengene, og det ville rett og slett ikke bli rotere.

Nå om et viktigere konsept - rotorhastigheten til en induksjonsmotor. Det avhenger av 3 mengder:

• forsyningsspenningsfrekvens (f);
• antall par magnetiske poler (p);
• slip (S).

Antall par magnetiske poler bestemmer feltets synkrone rotasjonshastighet og avhenger av antall statorviklinger. Slipingen avhenger av belastningen og utformingen av en bestemt elektrisk motor og ligger i området 3-10%, det vil si at den asynkrone hastigheten er ganske mye mindre enn den synkrone. Vel, frekvensen til vekselstrømmen er fast på oss og tilsvarer 50 Hz.

Derfor er rotasjonsfrekvensen til akselen til en asynkronmotor vanskelig å regulere, du kan bare påvirke frekvensen til forsyningsnettverket, det vil si ved å stille inn en frekvensomformer. Det er mulig å senke statorspenningen, men da reduseres kraften på akselen, likevel en slik teknikk brukes ved oppstart av IM med bytte av viklingene fra stjerne til delta for å redusere start strømmer.

Rotasjonsfrekvensen til statorfeltet (synkron hastighet) bestemmes av formelen:

n = 60 * f / p

Så i en motor med ett par magnetiske poler (to poler), er synkronhastigheten:

60 * 50/1 = 3000 rpm

De vanligste alternativene for elektriske motorer med:

• ett par stolper (3000 rpm);
• to (1500 rpm);
• tre (1000 rpm);
• fire (750 rpm).

Den virkelige rotorhastigheten vil være litt lavere, på en ekte asynkronmotor er det angitt på navneskiltet, for eksempel her - 2730 rpm. Til tross for dette vil folket kalle en slik asynkronmotor i henhold til den synkrone hastigheten eller ganske enkelt "tre tusendel".

Da er slipen lik:

3000-2730*100%/3000=9%

Anvendelsesområde

Den asynkrone elektriske motoren har funnet anvendelse i alle områder av menneskelig aktivitet. De som drives fra én fase (fra 220V) kan finnes i laveffektaktuatorer eller i husholdningsapparater og verktøy, for eksempel:

• i en "baby"-type vaskemaskin og andre gamle sovjetiske modeller;
• i en betongblander;
• i viften;
• i nabolaget;
• og til og med i avanserte gressklippere.

I produksjon i trefasenettverk:

• automatiske låser;
• heisemekanismer (kraner og vinsjer);
• ventilasjon;
• kompressorer;
• pumper;
• tre- og metallbearbeidingsmaskiner med mer.

AD brukes også i elektrisk transport, og nylig har en induksjonsmotor blitt aktivt annonsert på Internett. med en vikling av typen Slavyanka og den såkalte Duyunov-hjulmotoren, som du kan lære av videoen utvikler.

Bruksområdet for induksjonsmotorer er så omfattende at listen alene blir lengre. enn denne artikkelen, så enhver elektriker bør vite hvordan det fungerer, hva det er for og hvor gjelder. La oss oppsummere og liste opp fordeler og ulemper med disse enhetene.

Fordeler:

1. Enkel konstruksjon.
2. Lav kostnad.
3. Nesten vedlikeholdsfri.

Den største ulempen er kompleksiteten til hastighetskontroll, sammenlignet med de samme DC-motorene eller universelle samlemaskiner. Følgelig er det vanskelig å organisere en jevn start av store maskiner, og oftere gjøres dette ved hjelp av en dyr frekvensomformer.

Det er her vi avslutter gjennomgangen av asynkrone elektriske motorer og deres bruksområder. Vi håper at etter å ha lest artikkelen, ble det klart for deg hva det er og hvordan denne elektriske maskinen fungerer!

Relatert materiale:

• Hvordan velge en frekvensomformer for strøm og strøm
• Forskjellen mellom vekselstrøm og likestrøm
• Fase og linjespenning