Silnik asynchroniczny: urządzenie, zasada działania, przeznaczenie

Silnik asynchroniczny jest prosty i niezawodny, dlatego jest bardzo często stosowany w produkcji oraz w sprzęcie AGD, od napędu zaworów po obrót bębna pralki. W tym artykule porozmawiamy w prostych słowach o tym, jakie są asynchroniczne silniki elektryczne, czym one są i jak działają tego typu maszyny elektryczne.

Wyświetlenia

Silniki asynchroniczne (IM) dzielą się na dwie główne grupy:

• z wirnikiem klatkowym (SC);
• z wirnikiem fazowym.

Jeśli pominiemy niuanse, to różnica polega na tym, że silnik klatkowy nie ma szczotek i wyraźnych uzwojeń, jest mniej wymagający w utrzymaniu. Natomiast w silnikach indukcyjnych z wirnikiem fazowym znajdują się trzy uzwojenia połączone pierścieniami ślizgowymi, z których prąd odprowadzany jest za pomocą szczotek. W przeciwieństwie do poprzedniego, lepiej poddaje się regulacji momentu obrotowego na wale i łatwiej jest zastosować miękki start w celu zmniejszenia prądów rozruchowych.

Pozostałe silniki są sklasyfikowane:

• według liczby faz zasilania - jednofazowe i dwufazowe (stosowane w życiu codziennym przy zasilaniu z sieci 220 V) oraz trójfazowe (najbardziej rozpowszechnione w produkcji i warsztatach).
• metodą mocowania - kołnierz lub na nogach.
• według trybu pracy - dla trybu długotrwałego, krótkotrwałego lub przerywanego.

Oraz szereg innych czynników, które wpływają na wybór konkretnego produktu do zastosowania w określonym środowisku.

Wiele można powiedzieć o jednofazowych silnikach elektrycznych: niektóre z nich są uruchamiane przez kondensator, a niektóre wymagają zarówno pojemności rozruchowej, jak i roboczej. Istnieją również opcje z pętlą zwarciową, które działają bez kondensatora i są stosowane np. w okapach. Jeśli jesteś zainteresowany, napisz w komentarzach, a my napiszemy o tym artykuł.

Urządzenie

Z definicji „asynchroniczny” to silnik prądu przemiennego, w którym wirnik obraca się wolniej niż pole magnetyczne stojana, czyli asynchronicznie. Ale ta definicja nie jest zbyt pouczająca. Aby to zrozumieć, musisz zrozumieć, jak działa ten silnik.

Silnik indukcyjny, jak każdy inny, składa się z dwóch głównych części - wirnik i stojan. Odszyfrujmy „Dla manekinów” w elektryce:

• Stojan to stacjonarna część dowolnego generatora lub silnika elektrycznego.
• Wirnik to obracająca się część silnika, która napędza mechanizmy.

Stojan składa się z obudowy, której końce są zamknięte blaszkami końcowymi, w których osadzone są łożyska. W zależności od przeznaczenia i mocy silnika stosuje się łożyska ślizgowe lub toczne. W korpusie znajduje się rdzeń, na nim zainstalowane jest uzwojenie. Nazywa się to uzwojeniem stojana.

Ponieważ prąd jest zmienny, w celu zmniejszenia strat spowodowanych prądami błądzącymi (Prądy Foucaulta) rdzeń stojana jest rekrutowany z cienkich blach stalowych, izolowanych od siebie zgorzeliną i mocowanych lakierem. Do uzwojeń stojana przykładane jest napięcie zasilania, płynący w nich prąd nazywany jest prądem stojana.

Liczba uzwojeń zależy od liczby faz zasilania i konstrukcji silnika. Tak więc silnik trójfazowy ma co najmniej trzy uzwojenia połączone w gwiazdę lub trójkąt. Ich liczba może być większa i wpływa to na prędkość obrotową wału, ale o tym porozmawiamy później.

Ale z wirnikiem rzeczy są ciekawsze, jak już wspomniano, może być albo zwarty, albo fazowy.

Wirnik klatkowy to zestaw metalowych prętów (najczęściej aluminiowych lub miedzianych), na powyższym rysunku są one oznaczone cyfrą 2, wlutowanych lub zatopionych w rdzeniu (1) zamkniętym pierścieniami (3). Ten projekt przypomina koło, w którym biegają udomowione gryzonie, dlatego często nazywa się go „klatką wiewiórki” lub „kołem wiewiórki” i nazwa ta nie jest żargonem, ale dość literacka. Aby zredukować wyższe harmoniczne pola elektromagnetycznego i pulsacje pola magnetycznego, pręty układa się nie wzdłuż wału, ale pod pewnym kątem w stosunku do osi obrotu.

Wirnik fazowy różni się od poprzedniego tym, że ma już trzy uzwojenia, tak jak na stojanie. Początki uzwojeń połączone są pierścieniami, najczęściej miedzianymi, wciska się je na wał silnika. Później pokrótce wyjaśnimy, dlaczego są potrzebne.

W obu przypadkach jeden z końców wału połączony jest z napędzanym mechanizmem, jest stożkowy lub kształt cylindryczny z rowkami lub bez, do mocowania kołnierza, koła pasowego i innego napędu mechanicznego Detale.

Na „tylnej” części wału zamocowany jest wirnik, który jest niezbędny do przedmuchiwania i chłodzenia, obudowa jest nakładana na obudowę nad wirnikiem. Tak więc zimne powietrze jest kierowane wzdłuż krawędzi silnika indukcyjnego, jeśli ten wirnik z jakiegoś powodu się nie obraca, ulegnie przegrzaniu.

Projekt pierwszego silnika indukcyjnego został opracowany przez M.O. Dolivo-Dobrovolsky i opatentował go w 1889 roku. Do dnia dzisiejszego przetrwał bez większych zmian.

Zasada działania

Asynchroniczne maszyny elektryczne są często nazywane maszynami indukcyjnymi ze względu na ich zasadę działania. Każdy silnik elektryczny jest wprawiany w ruch w wyniku oddziaływania pól magnetycznych wirnika i stojana, a także dzięki sile Ampera. Z kolei pole magnetyczne może istnieć wokół magnesu trwałego lub wokół przewodnika, przez który przepływa prąd. Ale jak dokładnie działa maszyna asynchroniczna?

W silniku indukcyjnym, w przeciwieństwie do innych, nie ma uzwojenia wzbudzenia jako takiego, to jak uzyskuje się pole magnetyczne? Odpowiedź jest prosta: silnik indukcyjny to transformator.

Rozważmy zasadę jego działania na przykładzie maszyny trójfazowej, ponieważ to one znajdują się częściej niż inne.

Na poniższym rysunku widać położenie uzwojeń na rdzeniu stojana trójfazowego silnika asynchronicznego.

W wyniku przepływu prądu trójfazowego w uzwojeniach stojana powstaje wirujące pole magnetyczne. Z powodu przesunięcia fazowego prąd przepływa przez jedno lub drugie uzwojenie, zgodnie z tym powstaje pole magnetyczne, którego bieguny są skierowane zgodnie z zasadą prawej ręki. I zgodnie ze zmianą prądu w konkretnym uzwojeniu, bieguny są skierowane w odpowiednim kierunku. Co ilustruje poniższa animacja:

W najprostszym (dwubiegunowym) przypadku uzwojenia układa się w taki sposób, aby każde z nich było przesunięte o 120 stopni w stosunku do poprzedniego, podobnie jak kąt fazowy napięcia w sieci prądu przemiennego.

Prędkość obrotowa pola magnetycznego stojana jest zwykle nazywana synchroniczną. Dowiedz się więcej o tym, jak się obraca i dlaczego dowiesz się z poniższego filmu. Należy zauważyć, że w dwufazowych (kondensatorowych) i jednofazowych silnikach elektrycznych nie obraca się, ale eliptycznie lub pulsuje, a uzwojenia nie mają 3, ale 2.

Jeśli weźmiemy pod uwagę asynchroniczny silnik elektryczny z wirnikiem klatkowym, to pole magnetyczne stojana indukuje pole elektromagnetyczne w jego prętach, ponieważ są one zamknięte, wówczas zaczyna płynąć prąd. To również tworzy pole magnetyczne.

W wyniku interakcji dwóch pól i Siła amperadziałając na wirnik, zaczyna się obracać zgodnie z wirującym polem magnetycznym stojana, ale jednocześnie jest zawsze nieznacznie opóźniony w stosunku do prędkości obrotowej stojana MF, opóźnienie to nazywa się poślizgiem.

Jeśli prędkość obrotowa pola magnetycznego nazywana jest synchroniczną, to prędkość obrotowa wirnika jest już asynchroniczna, od której ma swoją nazwę.

W przypadku AD z wirnikiem fazowym rzeczy są podobne, z wyjątkiem tego, że łączą się z jego pierścieniami reostat, który po przejściu silnika w tryb pracy jest usuwany z obwodu i zamykane uzwojenia wkrótce. Pokazano to na poniższym schemacie, ale zamiast reostatu stosuje się rezystory stałe połączone lub zbocznikowane przez styczniki KM3, KM2, KM1.

Takie podejście pozwala na płynny rozruch i zmniejszenie prądów rozruchowych poprzez zwiększenie czynnej rezystancji elektrycznej wirnika.

Podsumujmy:

1. Prąd w uzwojeniach stojana wytwarza pole magnetyczne.
2. Pole magnetyczne wytwarza prąd w wirniku.
3. Prąd w wirniku tworzy wokół niego pole.
4. Ponieważ pole stojana obraca się, z powodu swojego pola wirnik zaczyna się obracać za nim.

Poślizg i prędkość obrotowa

Prędkość pola magnetycznego stojana (n1) jest większa niż prędkość wirnika (n2). Różnica między nimi nazywa się poślizgiem i jest oznaczona łacińską literą S i jest obliczana według wzoru:

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

Poślizg nie jest wadą tego silnika elektrycznego, ponieważ jeśli jego wał obracał się z tą samą częstotliwością, jako pole magnetyczne stojana (synchronicznie), wtedy żaden prąd nie byłby indukowany w jego prętach i po prostu nie stałby się obracać się.

Teraz o ważniejszym pojęciu - prędkości wirnika silnika indukcyjnego. To zależy od 3 wielkości:

• częstotliwość napięcia zasilania (f);
• liczba par biegunów magnetycznych (p);
• poślizg (S).

Liczba par biegunów magnetycznych określa synchroniczną prędkość obrotową pola i zależy od liczby uzwojeń stojana. Poślizg zależy od obciążenia i konstrukcji konkretnego silnika elektrycznego i mieści się w zakresie 3-10%, czyli prędkość asynchroniczna jest nieco mniejsza niż synchroniczna. Cóż, częstotliwość prądu przemiennego jest ustalona na nas i wynosi 50 Hz.

Dlatego częstotliwość obrotu wału silnika asynchronicznego jest trudna do regulacji, można wpływać tylko na częstotliwość sieci zasilającej, to znaczy ustawiając przetwornica częstotliwości. Możliwe jest obniżenie napięcia stojana, ale wtedy moc na wale spada, jednak taka technika używany podczas uruchamiania IM z przełączaniem uzwojeń z gwiazdy na trójkąt w celu zmniejszenia rozruchu prądy.

Częstotliwość obrotu pola stojana (prędkość synchroniczna) określa wzór:

n = 60 * f / p

Tak więc w silniku z jedną parą biegunów magnetycznych (dwa bieguny) prędkość synchroniczna wynosi:

60*50/1 = 3000 obr/min

Najpopularniejsze opcje silników elektrycznych z:

• jedna para biegunów (3000 obr/min);
• dwa (1500 obr/min);
• trzy (1000 obr/min);
• cztery (750 obr./min).

Rzeczywista prędkość wirnika będzie nieco niższa, na prawdziwym silniku asynchronicznym jest podana na tabliczce znamionowej, na przykład tutaj - 2730 obr./min. Mimo to ludzie będą nazywać taki silnik asynchroniczny zgodnie z prędkością synchroniczną lub po prostu „trzy tysięczną”.

Wtedy jego poślizg jest równy:

3000-2730*100%/3000=9%

Szereg zastosowań

Asynchroniczny silnik elektryczny znalazł zastosowanie we wszystkich obszarach działalności człowieka. Te, które są zasilane z jednej fazy (od 220V) można znaleźć w siłownikach małej mocy lub w sprzęcie AGD i narzędziach, np.:

• w pralce typu „baby” i innych starych modelach radzieckich;
• w betoniarce;
• w wentylatorze;
• w kapturze;
• a nawet w wysokiej klasy kosiarkach.

W produkcji w sieciach trójfazowych:

• zatrzaski automatyczne;
• mechanizmy podnoszące (dźwigi i wciągarki);
• wentylacja;
• kompresory;
• lakierki;
• maszyny do obróbki drewna, metalu i nie tylko.

AD jest również używany w transporcie elektrycznym, a ostatnio silnik indukcyjny jest aktywnie reklamowany w Internecie. z uzwojeniem typu Slavyanka i tak zwanym silnikiem kołowym Duyunov, którego można dowiedzieć się z wideo deweloper.

Obszar zastosowania silników indukcyjnych jest tak obszerny, że sama lista będzie dłuższa. niż ten artykuł, więc każdy elektryk powinien wiedzieć, jak to działa, do czego służy i gdzie zastosowanie. Podsumujmy i wypiszmy zalety i wady tych urządzeń.

Plusy:

1. Prosta konstrukcja.
2. Niska cena.
3. Prawie bezobsługowy.

Główną wadą jest złożoność sterowania prędkością w porównaniu z tymi samymi silnikami prądu stałego lub uniwersalnymi maszynami kolektorowymi. W związku z tym trudno jest zorganizować płynny rozruch dużych maszyn, a częściej odbywa się to za pomocą drogiej przetwornicy częstotliwości.

Na tym kończymy przegląd asynchronicznych silników elektrycznych i obszarów ich zastosowania. Mamy nadzieję, że po przeczytaniu artykułu stało się dla Ciebie jasne, co to jest i jak działa ta maszyna elektryczna!

Powiązane materiały:

• Jak wybrać przetwornicę częstotliwości dla mocy i prądu?
• Różnica między prądem przemiennym a prądem stałym
• Napięcie fazowe i sieciowe