Načelo djelovanja
Svi u školskoj nastavi fizike pokazali smo eksperimente sa žičanim okvirom smještenim u polje stalnog magneta. Ako struja prolazi kroz okvir, tada će amper sile djelovati na vodiče u desnom i lijevom dijelu okvira, stvarajući okretni moment, a okvir s strujom će se okretati sve dok ne zauzme položaj u kojem se djelujuće sile međusobno uravnotežuju.
Ako zakrenete polje, okvir s strujom će se rotirati s njim. Princip rada sinkronog motora temelji se na ovom principu. Okvir s magnetima analogan je električnom motoru. Okretni okvir s strujom - rotor. Stacionarni magneti - stator.
Trofazni sinkroni motor
Sada je potrebno prisiliti stacionarni stator da stvori rotirajuće magnetsko polje.
Za početak, zamijenit ćemo trajne magnete strujnim svicima u namotajima statora. Strujni namotaj stvara isto magnetno polje kao magnet. Stavite na stator ne jedan magnet zavojnica, već tri, okrećući ih za 120 stupnjeva jedan u odnosu na drugi. Na ove namote isporučujemo izmjeničnu struju s faznim pomakom od 120 stupnjeva. Tako se faze pomiču u trofaznoj mreži.
Nastalo magnetsko polje rezultat je vektorskog zbrajanja triju polja. Ukupna vektor magnetske indukcije će se rotirati na frekvenciji izmjenične struje. U jednom razdoblju, magnetsko polje stvoreno trofaznim statorskim motorom čini punu revoluciju. Rotor, koji je sličan svitku s strujom, rotira se s magnetskim poljem statora istom brzinom. Dakle, rotor sinkronog motora rotira frekvenciju izmjenične struje.
Sinkroni motori imaju najbolje performanse, razvijaju maksimalnu snagu i osiguravaju visoku učinkovitost. Međutim, tu je teški rotor s namotima koji je teško uravnotežiti. Struja mora biti napajana na namotima rotora, a to zahtijeva uporabu izrazito nepouzdanog sklopa četke. Općenito, sinkroni motor je dobar, ali težak, skup i ne baš pouzdan.
Trofazni asinkroni motor
Kratko zatvorite krajeve okvira. Dobivamo jednu vjevericu. Naš trofazni stator stvara rotirajuće magnetsko polje. Neka ovo polje i stvara struju u kratkospojnom rotoru.
Kada se polje statora rotira u odnosu na fiksni okvir, on u svojoj konturi stvara varijabilni magnetski tok. Prema zakonu elektromagnetske indukcije, izmjenično polje inducira električnu struju u okviru . Struja stvara moment, a okvir se okreće nakon magnetskog polja, kao kod sinkronog motora.
Ali postoji jedna temeljna razlika. Kod sinkronog motora rotor se okreće istodobno, to jest, sinkrono s poljem statora. Rotor u odnosu na polje statora je nepomičan.
Kod asinkronog motora, rotor pokušava uhvatiti rotirajuće polje, ali uvijek malo zaostaje, kao da klizne prema njemu. Ako iznenada brzina rotacije rotora bude jednaka brzini polja, indukcijska struja više neće biti inducirana u rotoru.
Razlika u frekvenciji rotacije magnetskog polja i rotora indukcijskog motora naziva se klizanje. Da osigurava prisutnost struje u rotoru.
Asinkroni motori su inferiorni u svim svojstvima, ali mnogo jednostavniji, jednostavniji, pouzdaniji i jeftiniji. Gotovo svi elektromotori koji se danas koriste u industriji su asinhroni trofazni motori.
Mehanička svojstva
Mehanička karakteristika motora je ovisnost okretnog momenta na osovini o brzini vrtnje.
Kao što je već spomenuto, brzina rotacije rotora u asinhronom motoru uvijek se razlikuje od brzine rotacije polja statora za iznos klizanja.
Slip S = (n1 - n2) / n1, gdje je n1 brzina rotacije polja, a n2 brzina rotacije rotora.
Karakteristika pokazuje da motor može raditi u pet načina:
- U praznom hodu.
- Početak.
- Motorski način rada.
- Način obnavljanja.
- Način rada generatora.
U stanju mirovanja, klizač S je jednak 0. Rotor se rotira sinhrono s magnetskim poljem, kao kod sinkronog motora, a okretni moment je 0. Režim praznog hoda je čisto hipotetički i nikada se ne primjenjuje u praksi.
U trenutku pokretanja, rotor je još uvijek i S = 1. Okretni moment pri S = 1 naziva se početni moment.
Nakon pokretanja, rotor ulazi u motorni način rada i počinje se vrtjeti, postupno se približavajući magnetskom polju. U modu motora 1> S> 0.
Ako rotor iznenada nekako preuzme polje, tada će doći način rada za oporavak. U tom slučaju, motor šalje energiju mreži. U modu oporavka, S <0.
S> 1 odgovara načinu rada generatora. U načinu rada generatora, rotor se kreće prema struji i stvara električnu struju.
S = Sn odgovara nazivnom modu. Nominalna vrijednost klizanja obično je 2–8%.
Jednofazni asinkroni motor
Možete čak i prositi trofazni asinkroni motor.
Ostavimo samo jedan namot na statoru i damo tamo jednofaznu električnu struju. Imamo jednofazni asinkroni motor. U ovom motoru, polje statora je nepomično - to je temeljna razlika između jednofaznog motora i višefaznog motora. Ipak, takav motor radi.
Jednofazni motor se ne može samostalno pokrenuti. Ništa posebno u tome. Poznat nama, motor s unutarnjim izgaranjem, također, mora prvo osloboditi. U automobilu koristimo dodatni elektromotor - starter, a motornom pilom to radimo ručno, povlačeći startni kabel.
Ako se jednofazni motor gurne u bilo kojem smjeru, on će ubrzati i zadržati rotaciju u danom smjeru.
Ako se rotoru da rotacija u određenom smjeru, kretat će se zajedno s jednim poljem i drugim.
Motor se može prikazati kao dva trofazna motora, montirana na jednom vratilu, ali uključena u suprotnom smjeru. Prilikom pokretanja vratilo je nepomično i motori se međusobno uravnotežuju.
Ako se osovina oslobodi vanjskom silom u nekom smjeru, tada će jedan motor, pokrenut u istom smjeru, biti u modusu motora, a drugi - u generatorskom. Mehanička karakteristika pokazuje da je zakretni moment u modusu motora veći nego u modu generatora, stoga se pridruženi motor povlači.
početak
Da bi se pokrenuo jednofazni elektromotor, dodatni početni namot je okomito namotan na njegov stator okomito na glavnu, a struja s pomakom faze ulazi u nju. Za fazni pomak u seriji s namotom uključen je element za pomicanje faze. Kao element koji pomiče fazu, možete koristiti otpornik, prigušivač ili kondenzator. U svakom slučaju, ukupna impedancija u glavnom i startnom krugu će biti različita, a struje će primiti fazni pomak.
Najčešće se koristi kondenzator za fazni pomak.
Brzina rotacije
Mreže naših energetskih tvrtki koriste izmjenični napon 220/380 s frekvencijom od 50 Hz. Osim toga, AC frekvencija od 50 Hz se održava s točnošću od 2%. Kao što već znamo, rotor sinkronog elektromotora rotira s frekvencijom izmjenične struje . To jest, na frekvenciji mreže od 50 Hz, rotor proizvodi 50 okretaja u sekundi ili 3000 okretaja u minuti. Namotaj statora može se podijeliti na dijelove i napraviti višepolarni motor. Kod višepolnog motora brzina se smanjuje s povećanjem broja polova i općenito je jednaka 3000 / p okretaja, gdje je p broj polova.
Dakle, brzina rotacije elektromotora u našoj zemlji ne može biti veća od 3000 okretaja u minuti. U zemljama gdje je prihvaćena mrežna frekvencija od 60 Hz, na primjer u SAD-u, električni motori rotiraju s maksimalnom brzinom od 3600 okretaja u minuti. I evo nas opet iza Amerike.
Kod sinkronog elektromotora brzina ne ovisi o opterećenju. Sa povećanjem opterećenja, rotor sinkronog stroja zaostaje za poljem pod većim kutom, ali se brzina vrtnje ne mijenja.
U asinkronom načinu, količina klizanja ovisi o opterećenju. Tako, kako se opterećenje povećava, brzina asinhronog električnog motora pada.
Dijagrami ožičenja
Startni namot, uključen s faznim pomakom, okreće magnetsko polje i pretvara monofazni motor u dvofazni motor za vrijeme pokretanja.
Dodatni namot nije predviđen za dugotrajan rad i treba ga isključiti nakon ulaska u način rada. Isključivanje se vrši ručno ili pomoću tipke, ili centrifugalnim prekidačem, ili termalnim relejem za zagrijavanje startnog namota.
U jednofaznom motoru u načinu rada magnetsko polje statora je stacionarno . To je njegova glavna razlika od višefaznih.
Ponekad se pogrešno nazivaju jednofazni elektromotori, čije je dodatno namotavanje stalno spojeno preko kondenzatora.
Moguće je spojiti trofazni motor na jednofaznu mrežu, ako je jedan od faznih namota spojen preko kondenzatora. Dakle, ako odjednom imate na raspolaganju industrijski trofazni elektromotor, možete ga koristiti u jednofaznoj kućnoj mreži, ali uz gubitak snage i manju učinkovitost.
Usporedba motora
sinkroni
- Na rotoru je namotaj u koji teče struja.
- Frekvencija rotacije osovine je ista ili višestruka od frekvencije napajanja.
- Brzina je stabilna i ne mijenja se pod opterećenjem.
asinhron
- Rotor nije spojen na izvor struje.
- Učestalost rotacije osovine ispod frekvencije mreže na količinu klizanja.
- Stopa se smanjuje s povećanjem opterećenja.
Jednofazni asinkroni
- Jedini namotaj na statoru.
- Okreće se u bilo kojem smjeru.
- Ne počinje sam od sebe.