Asynchrónny motor: zariadenie, princíp činnosti, účel

Asynchrónny motor je jednoduchý a spoľahlivý, a preto sa veľmi často používa vo výrobe a v domácich spotrebičoch, od pohonu ventilov až po otáčanie bubna v práčke. V tomto článku budeme jednoduchými slovami hovoriť o tom, aké sú asynchrónne elektromotory, čo sú a ako tento typ elektrických strojov funguje.

Názory

Asynchrónne motory (IM) sú rozdelené do dvoch hlavných skupín:

• s rotorom vo veveričke (SC);
• s fázovým rotorom.

Ak vynecháme nuansy, tak rozdiel spočíva v tom, že motor s klietkou nemá žiadne kefy a výrazné vinutie, je menej náročný na údržbu. Zatiaľ čo v indukčných motoroch s fázovým rotorom sú tri vinutia spojené so zbernými krúžkami, z ktorých je prúd odvádzaný kefami. Na rozdiel od predchádzajúceho je lepšie prístupný pre reguláciu krútiaceho momentu na hriadeli a je jednoduchšie implementovať mäkký štart na zníženie nábehových prúdov.

Ostatné motory sú klasifikované:

• podľa počtu napájacích fáz - jednofázové a dvojfázové (používané v každodennom živote pri napájaní zo siete 220V) a trojfázové (najrozšírenejšie vo výrobe a v dielňach).
• spôsobom upevnenia - prírubou alebo na nožičkách.
• podľa režimu prevádzky - pre dlhodobý, krátkodobý alebo prerušovaný režim.

A množstvo ďalších faktorov, ktoré ovplyvňujú výber konkrétneho produktu pre použitie v konkrétnom prostredí.

O jednofázových elektromotoroch sa dá veľa povedať: niektoré z nich sa spúšťajú cez kondenzátor a niektoré vyžadujú štartovaciu aj pracovnú kapacitu. Existujú aj možnosti so skratovanou slučkou, ktoré fungujú bez kondenzátora a používajú sa napríklad v digestoroch. Ak máte záujem, napíšte do komentárov a my o tom napíšeme článok.

Zariadenie

Podľa definície "asynchrónny" je striedavý motor, v ktorom sa rotor otáča pomalšie ako magnetické pole statora, to znamená asynchrónne. Ale táto definícia nie je veľmi informatívna. Aby ste to pochopili, musíte pochopiť, ako tento motor funguje.

Indukčný motor, ako každý iný, pozostáva z dvoch hlavných častí - rotor a stator. Poďme rozlúštiť „Pre figuríny“ v elektrike:

• Stator je stacionárna časť akéhokoľvek generátora alebo elektromotora.
• Rotor je rotačná časť motora, ktorá poháňa mechanizmy.

Stator pozostáva z puzdra, ktorého konce sú uzavreté koncovými štítmi, v ktorých sú nainštalované ložiská. V závislosti od účelu a výkonu motora sa používajú klzné alebo valivé ložiská. V tele je umiestnené jadro, na ktorom je nainštalované vinutie. Nazýva sa to vinutie statora.

Pretože prúd je striedavý, aby sa znížili straty spôsobené bludnými prúdmi (Foucaultove prúdy) jadro statora je vyrobené z tenkých oceľových plátov, navzájom izolovaných stupnicou a upevnených lakom. Na vinutia statora sa privádza napájacie napätie, prúd, ktorý v nich preteká, sa nazýva statorový prúd.

Počet vinutí závisí od počtu napájacích fáz a konštrukcie motora. Trojfázový motor má teda aspoň tri vinutia zapojené do hviezdy alebo trojuholníka. Ich počet môže byť väčší a ovplyvňuje rýchlosť otáčania hriadeľa, ale o tom si povieme neskôr.

Ale s rotorom sú veci zaujímavejšie, ako už bolo spomenuté, môže to byť buď skrat, alebo fáza.

Rotor vo veveričke je sada kovových tyčí (zvyčajne hliníkových alebo medených), na obrázku vyššie sú označené číslom 2, priletované alebo zaliate do jadra (1) uzavretého krúžkami (3). Tento dizajn pripomína koleso, v ktorom behajú domestikované hlodavce, a preto sa mu často hovorí „klietka pre veveričky“ alebo „koleso pre veveričky“ a tento názov nie je žargón, ale celkom spisovný. Aby sa znížili vyššie harmonické EMF a pulzácie magnetického poľa, tyče nie sú položené pozdĺž hriadeľa, ale pod určitým uhlom vzhľadom na os otáčania.

Fázový rotor sa líši od predchádzajúceho tým, že už má tri vinutia, ako na statore. Začiatok vinutia je spojený s krúžkami, zvyčajne medenými, sú nalisované na hriadeľ motora. Neskôr stručne vysvetlíme, prečo sú potrebné.

V oboch prípadoch je jeden z koncov hriadeľa spojený s poháňaným mechanizmom, je vyrobený kužeľovo alebo valcového tvaru s drážkami alebo bez nich, na montáž príruby, remenice a iného mechanického pohonu podrobnosti.

Na "zadnej" časti hriadeľa je upevnené obežné koleso, ktoré je potrebné na fúkanie a chladenie, na obežné koleso je nasadený plášť. Po okrajoch indukčného motora je teda nasmerovaný studený vzduch, ak sa toto obežné koleso z nejakého dôvodu neotáča, prehreje sa.

Konštrukciu prvého indukčného motora vyvinul M.O. Dolivo-Dobrovolsky a patentoval ho v roku 1889. Prežil až do súčasnosti bez výraznejších zmien.

Princíp činnosti

Asynchrónne elektrické stroje sa často nazývajú indukčné stroje kvôli ich princípu činnosti. Akýkoľvek elektromotor sa otáča v dôsledku interakcie magnetických polí rotora a statora, ako aj v dôsledku ampérovej sily. Magnetické pole zase môže existovať buď okolo permanentného magnetu alebo okolo vodiča, cez ktorý preteká prúd. Ale ako presne funguje asynchrónny stroj?

V indukčnom motore, na rozdiel od iných, nie je žiadne budiace vinutie ako také, ako potom získa magnetické pole? Odpoveď je jednoduchá: indukčný motor je transformátor.

Uvažujme o princípe jeho fungovania na príklade trojfázového stroja, pretože práve oni sa nachádzajú častejšie ako ostatné.

Na obrázku nižšie môžete vidieť umiestnenie vinutí na jadre statora trojfázového asynchrónneho motora.

V dôsledku toku trojfázového prúdu vo vinutí statora sa objaví rotujúce magnetické pole. V dôsledku fázového posunu prúd preteká jedným alebo druhým vinutím, v súlade s tým vzniká magnetické pole, ktorého póly sú nasmerované podľa pravidla pravej ruky. A v súlade so zmenou prúdu v konkrétnom vinutí sú póly nasmerované v zodpovedajúcom smere. Čo ilustruje nasledujúca animácia:

V najjednoduchšom (dvojpólovom) prípade sú vinutia položené tak, že každé z nich je posunuté o 120 stupňov vzhľadom na predchádzajúci, rovnako ako fázový uhol napätia v sieti striedavého prúdu.

Rýchlosť otáčania magnetického poľa statora sa zvyčajne nazýva synchrónna. Viac o tom, ako sa točí a prečo, sa dozviete v nasledujúcom videu. Všimnite si, že v dvojfázových (kondenzátorových) a jednofázových elektromotoroch nie je otáčavý, ale eliptický alebo pulzujúci a vinutia nie sú 3, ale 2.

Ak vezmeme do úvahy asynchrónny elektromotor s rotorom vo veveričke, potom magnetické pole statora indukuje EMF v jeho tyčiach, pretože sú zatvorené, potom začne prúdiť prúd. To tiež vytvára magnetické pole.

V dôsledku interakcie dvoch polí a Ampérová silapôsobiace na rotor sa začne otáčať podľa rotujúceho magnetického poľa statora, ale zároveň vždy mierne zaostáva za rýchlosťou otáčania statora MF, toto oneskorenie sa nazýva sklz.

Ak sa rýchlosť otáčania magnetického poľa nazýva synchrónna, potom je rýchlosť otáčania rotora už asynchrónna, z čoho dostal svoje meno.

Pre AD s fázovým rotorom sú veci podobné, až na to, že sa pripájajú k jeho prstencom reostat, ktorý sa po prejdení motora do prevádzkového režimu vyberie z okruhu a vinutia sa uzavrú zakrátko. To je znázornené na obrázku nižšie, ale namiesto reostatu sa používajú konštantné odpory, ktoré sú spojené alebo posunuté pomocou stýkačov KM3, KM2, KM1.

Tento prístup umožňuje plynulý štart a zníženie štartovacích prúdov zvýšením aktívneho elektrického odporu rotora.

Poďme si to zhrnúť:

1. Prúd vo vinutí statora vytvára magnetické pole.
2. Magnetické pole vytvára prúd v rotore.
3. Prúd v rotore vytvára okolo neho pole.
4. Pretože sa pole statora otáča, rotor sa v dôsledku jeho poľa začne otáčať za ním.

Rýchlosť kĺzania a otáčania

Rýchlosť magnetického poľa statora (n1) je väčšia ako rýchlosť rotora (n2). Rozdiel medzi nimi sa nazýva sklz a označuje sa latinským písmenom S a vypočíta sa podľa vzorca:

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

Preklzávanie nie je nevýhodou tohto elektromotora, pretože ak sa jeho hriadeľ otáča rovnakou frekvenciou, ako magnetické pole statora (synchrónne), potom by sa v jeho tyčiach neindukoval žiadny prúd a jednoducho by sa nestal točiť sa.

Teraz o dôležitejšom koncepte - rýchlosti rotora indukčného motora. Závisí to od 3 množstiev:

• frekvencia napájacieho napätia (f);
• počet párov magnetických pólov (p);
• šmyk (S).

Počet párov magnetických pólov určuje rýchlosť synchrónneho otáčania poľa a závisí od počtu vinutí statora. Sklz závisí od zaťaženia a konštrukcie konkrétneho elektromotora a pohybuje sa v rozmedzí 3-10%, to znamená, že asynchrónne otáčky sú o niečo menšie ako synchrónne. Frekvencia striedavého prúdu je u nás pevne stanovená a rovná sa 50 Hz.

Preto je ťažko regulovateľná frekvencia otáčania hriadeľa asynchrónneho motora, ovplyvniť môžete len frekvenciu napájacej siete, teda nastavením frekvenčný menič. Je možné znížiť napätie statora, ale potom sa výkon na hriadeli zníži, napriek tomu takáto technika používa sa pri štartovaní IM s prepínaním vinutí z hviezdy na trojuholník, aby sa znížilo spúšťanie prúdy.

Frekvencia otáčania poľa statora (synchrónna rýchlosť) je určená vzorcom:

n = 60 * f / p

Takže v motore s jedným párom magnetických pólov (dva póly) je synchrónna rýchlosť:

60 * 50/1 = 3000 ot./min

Najbežnejšie možnosti pre elektromotory s:

• jeden pár pólov (3000 otáčok za minútu);
• dva (1500 ot./min.);
• tri (1000 otáčok za minútu);
• štyri (750 ot./min.).

Reálne otáčky rotora budú o niečo nižšie, na skutočnom asynchrónnom motore sú uvedené na typovom štítku napríklad tu - 2730 ot./min. Napriek tomu budú ľudia nazývať takýto asynchrónny motor podľa synchrónnej rýchlosti alebo jednoducho "trojtisícovka".

Potom sa jeho sklz rovná:

3000-2730*100%/3000=9%

Pôsobnosť

Asynchrónny elektromotor našiel uplatnenie vo všetkých oblastiach ľudskej činnosti. Tie, ktoré sú napájané z jednej fázy (od 220V), nájdete v nízkoenergetických pohonoch alebo v domácich spotrebičoch a náradí, napr.

• v práčke typu "baby" a iných starých sovietskych modeloch;
• v miešačke betónu;
• vo ventilátore;
• V kapucni;
• a dokonca aj v špičkových kosačkách na trávu.

Vo výrobe v trojfázových sieťach:

• automatické západky;
• zdvíhacie mechanizmy (žeriavy a navijaky);
• vetranie;
• kompresory;
• čerpadlá;
• drevo a kovoobrábacie stroje a ďalšie.

AD sa používa aj v elektrickej doprave a nedávno bol na internete aktívne propagovaný indukčný motor. s vinutím typu "Slavyanka" a takzvaným Duyunovovým kolesovým motorom, ktorý sa dozviete z videa vývojár.

Oblasť použitia indukčných motorov je taká rozsiahla, že samotný zoznam bude dlhší. ako tento článok, tak by mal každý elektrikár vedieť, ako to funguje, na čo to slúži a kde platí. Poďme si zhrnúť a vymenovať výhody a nevýhody týchto zariadení.

Výhody:

1. Jednoduchá konštrukcia.
2. Nízke náklady.
3. Takmer bezúdržbový.

Hlavnou nevýhodou je zložitosť regulácie otáčok v porovnaní s rovnakými jednosmernými motormi alebo univerzálnymi kolektorovými strojmi. Preto je ťažké zorganizovať hladký štart veľkých strojov a častejšie sa to robí pomocou drahého frekvenčného meniča.

Tu končíme prehľad asynchrónnych elektromotorov a ich oblastí použitia. Dúfame, že po prečítaní článku vám bolo jasné, čo to je a ako tento elektrický stroj funguje!

Súvisiace materiály:

• Ako si vybrať frekvenčný menič pre výkon a prúd
• Rozdiel medzi jednosmerným a striedavým prúdom
• Fázové a sieťové napätie