Rozdíly synchronních a asynchronních motorů

Jaké to je? Činnost asynchronního motoru je založena na dvou hlavních součástech: stacionárním statoru a rotoru otáčejícím se kolem své osy. Jedná se o spolehlivá a odolná zařízení.

Jak to funguje? Princip činnosti asynchronního motoru je založen na Foucaultových proudech. Magnetické pole statoru interaguje s indukovaným proudem ve vinutí rotoru. Díky tomu vzniká elektromagnetická síla, která otáčí hřídelí elektromotoru a elektrická energie se přeměňuje na mechanickou.

Z tohoto materiálu se dozvíte:

1. Zařízení asynchronního motoru
2. Princip činnosti asynchronního motoru
3. Výhody a nevýhody asynchronních motorů
4. Schémata spouštění a zapojení asynchronního motoru
5. Nastavení rychlosti asynchronního motoru
6. Často kladené otázky o provozu indukčního motoru

Zařízení asynchronního motoru

Asynchronní motor má následující princip činnosti a zařízení. Konstrukce zahrnuje stacionární stator a rotor rotující na ose. Součástí statoru je jádro v podobě dutého válce, které je vyrobeno z izolovaných ocelových plátů. Na vnitřním obvodu jsou otevřené štěrbiny, ve kterých je umístěno primární vinutí a je do něj přiváděn elektrický proud.

Zařízení asynchronního motoru

Uvnitř statoru je rotor, který se otáčí na hřídeli pomocí ložisek, která jsou zase uzavřena pojistnými kryty. Vnější strana zařízení je pokryta odolným obalem. U výkonných modelů je provozní teplota asynchronního motoru snížena díky žebrům na krytu a také samostatnému ventilátoru, který odvádí horký vzduch. Konce vinutí jdou do svorkovnice.

Asynchronní motory se dodávají v provedení s kotvou nakrátko a s fázovou fází.

Asynchronní motor s kotvou nakrátko

K chodu asynchronního motoru s rotorem nakrátko dochází v důsledku interakce jádra z lisovaných plechů a primárního vinutí, které je vytvořeno ve formě rovnoběžných kovových tyčí propojených kovovými kroužky. Vizuálně je tento design podobný veverčímu kolu.

Vinutí statoru je nakloněno o 10 stupňů. Při přivedení střídavého elektrického napětí s předpětím 10 stupňů se objeví točivé magnetické pole, a když se do něj umístí rotor s klecí nakrátko, začnou elektrické vedení křížit vodiče a indukovat na ně elektromotorickou sílu. V důsledku toho vzniká proud a také vlastní magnetické pole, které interaguje s rotujícím polem. V důsledku toho se rotor začne otáčet stejným směrem jako vlastní pole statoru.

Rotor se vždy otáčí nižší frekvencí než stator. V opačném případě, pokud se jejich frekvence vyrovnají, EMF zmizí, točivý moment klesne na nulu a stabilní provoz asynchronního motoru bude nemožný, jednoduše se zastaví. Velikost zpoždění mezi rychlostí rotoru a frekvencí statoru se nazývá skluz. Tento efekt určuje provoz motorů tohoto typu; odpor v nich závisí na vlastnostech rotoru, včetně jeho odporu.

Zařízení využívající princip střídavého indukčního motoru s kotvou nakrátko mají zjednodušenou konstrukci, protože kontakty jsou stacionární. Za těchto podmínek nelze měnit rychlost otáčení.

Provoz asynchronního motoru s vinutým rotorem

Vinutý rotor má podobnou konstrukci jako stator. Jádro je vyrobeno z několika elektrostatických plechů, které jsou instalovány s podélnými mezerami mezi nimi. V těchto mezerách jsou umístěny závity sekundárního (fázového) vinutí. Počet fází rotoru a statoru musí být shodný. Elektrické obvody rotoru jsou spojeny třemi sběracími kroužky, ke kterým jsou připevněny konce vinutí. Paměti ROM jsou vzájemně propojeny pomocí hvězdičky nebo trojúhelníku. Pokud vezmeme v úvahu konstrukci dvoupólového asynchronního motoru, pak osy vinutí v něm jsou umístěny v úhlu 10 stupňů vůči sobě navzájem.

Provoz asynchronního motoru s vinutým rotorem

K vinutému rotoru lze připojit samostatný externí odpor, což zlepšuje kvalitu startování. Zpravidla se používá reostat se stupňovým nastavením. Motor podle toho také nabírá rychlost v krocích. Když otáčky dosáhnou maximální hodnoty, reostat se automaticky vypne zkratováním sběracích kroužků.

Princip činnosti asynchronního motoru

Princip činnosti střídavého indukčního motoru je obsažen v samotném názvu: rotor a stator mají magnetická pole různých frekvencí (frekvence rotorového pole je vždy menší než frekvence pole statoru).

Abyste tomuto jevu lépe porozuměli, můžete vzít obyčejný magnetický disk a začít s ním otáčet kolem své osy vedle měděného disku. To se zase začne otáčet nižší rychlostí. Když se magnet otáčí, v disku se aktivují Foucaultovy proudy, které rotují po uzavřené dráze. Jsou to ze své podstaty zkratové proudy, které způsobují zahřívání materiálu. V důsledku toho se v disku vytvoří vlastní magnetické pole, které interaguje s konstantním polem magnetu.

U asynchronního motoru poskytují vinutí statoru vzhled rotujícího magnetického pole. Tok, který v něm vzniká, generuje emf ve vodiči. Při interakci statorového pole s indukovaným proudem se ve vinutí rotoru objeví síla, která způsobí rotaci hřídele motoru.

Provozní algoritmus asynchronního motoru s vinutým rotorem je následující.

• Když je motor spuštěn, pole statoru začne křižovat konce rotoru a způsobí indukci elektromotorické síly.
• V rotoru se objevuje střídavý proud.
• Rotorová a statorová pole se vzájemně ovlivňují a vytvářejí točivý moment.
• Rotující rotor začíná „dohánět“ pole statoru.
• Při porovnávání frekvencí otáčení rotorových a statorových polí jsou elektromagnetické procesy utlumeny a točivý moment klesá na nulu.
• Pole statoru opět začíná interagovat s obvodem rotoru, který opět zaostává.

Princip činnosti jednofázového asynchronního motoru tedy předpokládá frekvenci rotorového pole, která je vždy nižší než frekvence pole statoru.

Protože proud v rotoru probíhá bez interakce kontaktů, je možné obejít se bez použití kluzných kontaktů, což zvyšuje spolehlivost zařízení. Změna směru otáčení hřídele je dosažena přehozením fází na svorkách, což vede k toku proudu v opačném směru.

Princip činnosti asynchronního motoru

Směr síly pomůže určit pravidlo levé ruky, které je studováno ve školních osnovách fyziky.

Frekvence otáčení statorového pole je závislá na napájecí síti a počtu pólových párů (je určena typem motoru, a pokud je potřeba změnit rychlost otáčení, je nutné nainstalovat příslušnou napájecí síť konvertor).

Výhody a nevýhody asynchronních motorů

Mezi pozitivní vlastnosti asynchronního motoru patří:

• Jednoduché zařízení.
• Minimální provozní náklady, náklady na generování jednotky výkonu pomocí asynchronního motoru jsou nižší než u ostatních.
• Snadnost opravy.
• Cenově dostupná cena.

Kvůli fázovému posunu nejsou potřeba žádná zařízení pro generování točivého momentu. Výkonové ztráty jsou velmi nízké, účinnost může díky malému počtu dílů dosáhnout 97 %.

Nyní pár slov o nevýhodách motorů tohoto typu:

• Obtížné nastavení otáček hřídele, malý výběr dostupných otáček.
• Značné množství proudu při startu může způsobit přerušení provozu sítě.
• Setrvačnost rotoru při startování: pokud potřebujete přesunout těžké zařízení, motor se nemusí spustit.
• Závislost provozních režimů asynchronního motoru na charakteristikách sítě.

U moderních asynchronních elektromotorů jsou všechny tyto nevýhody minimalizovány.

Schémata spouštění a zapojení asynchronního motoru

Asynchronní motor s obvodem nakrátko se vyznačuje minimálními provozními náklady, vysokými rozběhovými proudy a nízkou rozběhovou silou. V tomto ohledu se v závislosti na aktuální úloze používají různé možnosti spouštění, aby se minimalizoval proudový ráz ve vinutí a získal se optimální výkon.

Existují následující způsoby spuštění:

• Řídit. Napětí je do motoru přiváděno přes spouštěče nebo stykače.
• Přepínání způsobu připojení vinutí z hvězdy na trojúhelník;
• Snížení hodnoty napětí.
• Hladký start.
• Úprava síťového napětí.

Existuje několik startovacích schémat.

Spouštění za provozu jednofázových asynchronních motorů

Pro takový motor se používají následující možnosti spouštění:

• S kondenzátorovým startem. Po nastartování motoru se zavede spouštěcí kondenzátor, který se po několika sekundách po nastartování odstraní. Liší se nejvyššími kroutícími momenty.
• S odporovým spouštěním elektromotoru. Umožňuje získat počáteční posun mezi vektory EMF vinutí.

Spouštění za provozu jednofázových asynchronních motorů

Spouštění, když běží třífázový asynchronní motor

Pro takové motory se používají následující metody spouštění:

• Přímo do obvodu pomocí stykače nebo startéru. V důsledku toho vznikají maximální proudy, takže tato možnost není vhodná pro vysoké mechanické zatížení hřídele.
• Přepnutí způsobu připojení z hvězdy na trojúhelník. Umožňuje snížit proudy ve vinutí motoru, protože napájecí napětí je sníženo z lineárního na fázové.
• Připojení přes zprostředkující zařízení – měnič napětí, reostat nebo autotransformátor. To umožňuje snížit rozdíly mezi potenciály. Může být také použit pro změnu počtu pólových párů a frekvence napájecího proudu.

Kromě toho jsou třífázové motory schopné používat přímé a zpětné obvody. Přímý obvod připojení k obvodu slouží k otáčení hřídele motoru v jednom směru a zpětný obvod umožňuje zvolit požadovaný směr otáčení.

Nastavení rychlosti asynchronního motoru

Pro změnu provozního režimu (otáčky) asynchronního motoru se používají tři způsoby.

• Změna frekvence napájení.
• Změna počtu párů pólů.
• Změna výše skluzu.

Pro změnu počtu pólových párů musí být vinutí statoru instalováno určitým způsobem. Dále následuje přepnutí na jeden, dva nebo tři páry a změna je stupňovitá. Podobným způsobem se mění i rychlost otáčení hřídele motoru. U vícepólových statorových vinutí je rychlost otáčení vyšší.

Hlavním faktorem ovlivňujícím velikost skluzu při provozu asynchronního motoru je odpor. Vinutí jsou instalována na rotoru a závěry jsou prováděny prostřednictvím kroužků. Je zaveden kluzný kontakt, který snižuje spolehlivost konstrukce. Současně může být zaváděn dodatečný odpor pomocí reostatu nebo diskrétního spínání, díky kterému rotor plynule nebo diskrétně mění velikost prokluzu. V důsledku toho se mění i otáčky hřídele motoru.

Uvedené možnosti výrazně zvyšují náklady, proto se nejčastěji využívá změna otáček asynchronního motoru změnou frekvence napájecí sítě. K tomu se používají frekvenční měniče. Výsledkem je, že se ve stanovených mezích vytváří spojitá série frekvencí statorového pole, což umožňuje plynule regulovat otáčky hřídele. Dnes tvoří asynchronní motory v průmyslu 80 % všech elektrických instalací.

Často kladené otázky o provozu indukčního motoru

Jaké faktory zvážit při nákupu asynchronního motoru?

V první řadě je třeba zvážit úkoly, ke kterým bude zařízení sloužit.

• Pro ventilátory a čerpadla s nízkým výkonem a nízkým výkonem zvolte jednofázový motor.
• K napájení domácích zařízení bude zapotřebí dvoufázový motor.
• Princip činnosti třífázového asynchronního motoru umožňuje jeho použití pro zařízení se značnou spotřebou energie, včetně průmyslových a stavebních zařízení. Nastavení takového zařízení však může být obtížné.

Jaké podmínky jsou nutné pro silný rozběhový moment na začátku provozu asynchronního motoru?

Točivý moment se vypočítá jako magnetický tok vynásobený proudem. Při startu mohou být proudy 5-7krát vyšší než ve jmenovitém provozním režimu asynchronního motoru.

Předpokládejme, že rotor se skládá ze dvou různě velkých veverkových kol, z nichž menší je vloženo do většího. V tomto případě, když se motor spustí, bude počáteční točivý moment působit na vnější kolo. Vysvětluje se to takzvaným kožním efektem, při kterém dochází k přemístění proudu o vysokých frekvencích. Pokud má cívka dva póly, frekvence sítě je 50 Hz, pak pole rotoru dosahuje úhlové frekvence 000 ot./min. Velikost vrstvy kůže – 9 mm. Čím více pólů, tím větší je velikost vrstvy. V souladu s tím je v okamžiku startu proud vytlačen, což vede ke zvýšení točivého momentu.

Když motor zrychlí na jmenovité otáčky, kožní efekt zmizí. Jak se rotor zrychluje, frekvence indukce ve vinutí klesá. V tomto případě proud prochází vnitřním kroužkem. To zajišťuje maximální trakci při startování motoru.

U skutečných asynchronních motorů se zvýšeným rozběhovým momentem je skinefektu dosaženo díky hluboké drážce v navinutém rotoru. Proud je rozdělen ve vhodných okamžicích podél hloubky této drážky. Při startu se proud soustředí na vnější obvod, když motor zrychlí a vyrovná se skin efekt, proud se přerozdělí do hloubky drážky, což způsobí pokles točivého momentu. V souladu s tím, když asynchronní motor pracuje v nominálním režimu, spotřeba energie klesá, protože neexistuje žádná spotřeba energie pro spuštění.

Proč potřebuje asynchronní motor chlazení?

U asynchronního motoru se elektrická energie přiváděná do vinutí statoru přeměňuje na mechanickou energii. Na vstupu a výstupu se výkon mění, protože se částečně ztrácí v důsledku tření, zahřívání atd. Tato energie se odvádí a způsobuje tvorbu tepla, k jejímu vyrovnání je nutné buď omezit dobu chodu asynchronního motoru, nebo použít chladicí systém.

Asynchronní motory jsou velmi široce používány jak v průmyslu, tak v každodenním životě, umožňují co nejefektivnější využití energetických zdrojů a zvyšují výkon zařízení.

K pohonu různých strojů či mechanismů v těžkém i lehkém průmyslu se ve většině případů používají střídavé motory. Stejnosměrné elektrické stroje jsou méně běžné a nejčastěji používané jako hnací jednotky v městských elektrických vozidlech, vlacích, skladových vozech a trolejbusech.

Abyste dosáhli maximální energetické účinnosti ve výrobních procesech, musíte zvolit správný motor pro pohon.

Synchronní a asynchronní motor – rozdíly pro figuríny

Konstrukce asynchronních a synchronních elektrických strojů je téměř stejná. Oba elektromotory mají stacionární stator, sestávající z vinutí (cívek), která jsou uložena v drážkách jádra z plechů z elektrooceli, a pohyblivého rotoru. Vinutí statoru jsou vůči sobě posunuta o úhel 120°, takže jimi procházející elektrický proud vytváří rotující magnetické pole, které způsobuje pohyb rotoru. Zde se objevuje hlavní rozdíl mezi těmito elektrickými stroji – konstrukce rotoru, na které závisí rychlost jeho otáčení.

Asynchronní motor

Rotor takového motoru může být zkratovaný nebo fázový.

Bez ohledu na typ rotoru v těchto motorech bude rychlost rotoru vždy nižší než rychlost otáčení magnetického pole statoru. Tento rozdíl je způsoben fyzikálními zákony:

• siločáry magnetického pole statoru, křižující uzavřený obvod rotoru, v něm indukují elektromotorickou sílu, a tím jeho vlastní magnetické pole;
• v důsledku interakce těchto polí majících stejnou polaritu vzniká krouticí moment, který způsobuje otáčení rotoru;
• v okamžiku, kdy se rychlosti otáčení magnetických polí stanou stejnými, výskyt EMF v rotoru se zastaví, v důsledku čehož točivý moment má tendenci k nule;
• jakmile se otáčky rotoru začnou zpožďovat za rychlostí otáčení pole statoru, výskyt EMF se obnoví.

Synchronní motor

Rotor takových motorů je vybaven permanentními magnety nebo budicími vinutími. Vinutí mohou být jak výběžkové, tak rozmístěné (uložené do drážek rotoru). Kromě toho může mít rotor synchronního stroje i vinutí nakrátko.

Poté, co se rotor zrychlí na rychlost blízkou frekvenci otáčení magnetického pole statoru, je na pólové cívky prostřednictvím sestavy kartáč-kontakt přivedeno konstantní napětí, které v nich vybudí konstantní magnetické pole. Opačné póly magnetických polí se k sobě přitahují a rychlost rotoru se stává synchronní.

Zrychlení rotoru lze provádět pomocí pomocného motoru nebo v asynchronním režimu díky zkratovanému vinutí.

Nevýhody a výhody motorů

Synchronní motory mají poměrně složitou konstrukci kvůli přítomnosti sestavy kartáčů. Kromě toho vyžadují k provozu další stejnosměrný zdroj. Další nevýhodou je nemožnost jejich provozu v podmínkách častých startů a zastavení. To vše je však kompenzováno vysokým výkonem, vysokou účinností, odolností proti poklesům napětí v napájecí síti a stabilními otáčkami hřídele bez ohledu na jeho zatížení.

Asynchronní motor je na rozdíl od synchronních strojů citlivější na kolísání napětí a při zvýšení zátěže nedokáže udržet jmenovité otáčky. Ale jednoduchost konstrukce, dlouhá životnost, všestrannost použití, schopnost pracovat v režimu častého zapínání a zastavování činí tyto stroje nejrozšířenějšími v průmyslovém a domácím sektoru.

Chcete-li zadat objednávku, zavolejte manažerům společnosti Cable.RF ® telefonicky +7 (495) 646-08-58 nebo zašlete žádost na e-mail [email protected] s uvedením požadovaného modelu elektromotoru, cílů a provozní podmínky. Manažer vám pomůže vybrat tu správnou značku podle vašich přání a potřeb.

Chcete ušetřit čas?

Svěřte výběr produktů profesionálům

Specialisté Kabel.RF® vědí o tomto produktu vše a kompetentně vám poradí s výběrem s ohledem na technické požadavky a pomohou zajistit včasnou dodávku

Odeslat poptávku na výběr produktu