Silnik asynchroniczny: zasada działania i urządzenie

Spośród całego spektrum obecnie produkowanych silników elektrycznych najbardziej popularny jest trójfazowy silnik asynchroniczny. Niemal połowa wyprodukowanej energii elektrycznej na świecie jest wykorzystywana przez te urządzenia. Są szeroko stosowane w obróbce metali i przemysł drzewny. Silnik asynchroniczny jest niezastąpiony w fabrykach i przepompownie. Bez takich urządzeń nie można zrobić w domu, gdzie są one używane w innych urządzeniach domowych i ręcznych narzędziach elektrycznych.

Zakres tych maszyn elektrycznych rozszerza się każdego dnia, ponieważ ulepszane są zarówno same modele, jak i materiały użyte do ich produkcji.

Jakie są główne części tego samochodu

Po zbadaniu asynchronicznego silnika trójfazowego można zaobserwować dwa główne elementy.

1. Stator.

2. Wirnik.

Jedną z najważniejszych części jest stojan . Na powyższym zdjęciu ta część silnika znajduje się po lewej stronie. Składa się z następujących głównych elementów:

1. Obudowa . Konieczne jest podłączenie wszystkich części urządzenia. Jeśli silnik jest mały, ciało jest solidne. Zastosowanym materiałem jest żeliwo. Używa się również stali lub stopów aluminium. Czasami przypadek małych silników łączy funkcje rdzenia. Jeśli silnik ma duży rozmiar i moc, korpus jest spawany z oddzielnych części.

2. Rdzeń . Ten element silnika jest wciśnięty w obudowę. Służy poprawie jakości indukcji magnetycznej. Rdzeń wykonany jest z elektrycznie stalowych płyt. Aby zmniejszyć straty, które są nieuniknione, gdy pojawiają się prądy wirowe, każda płyta jest pokryta warstwą specjalnego lakieru.

3. Nawijanie . Jest umieszczony w rowkach rdzenia. Składa się z cewek z drutu miedzianego, które są zebrane w sekcji. Połączone w określonej kolejności tworzą trzy cewki, które razem są uzwojeniem stojana. Łączy się bezpośrednio z siecią, dlatego nazywa się podstawowy.

Wirnik jest ruchomą częścią silnika. Na zdjęciu po prawej. Służy do przekształcania siły pól magnetycznych w energia mechaniczna. Wirnik silnika asynchronicznego składa się z następujących części:

1. Val . Łożyska są zamocowane na trzonkach. Są one wciskane w tarcze przykręcone do końcowych ścian skrzyni stojana.

2. Rdzeń, który jest zmontowany na wale . Składa się z płytek ze specjalnej stali o tak cennej właściwości, jak niska odporność na pola magnetyczne. Rdzeń, mający kształt cylindra, jest podstawą do ułożenia uzwojenia twornika. Wirnik lub, jak to się nazywa, uzwojenie wtórne pobiera energię z powodu pola magnetycznego, które pojawiło się wokół cewek stojana, gdy przepływa przez nie prąd elektryczny.

Silniki w zależności od rodzaju produkcji części ruchomej

Rozróżnianie silników:

1. Posiadające zwarte uzwojenie wirnika. Jeden z wariantów tego szczegółu jest pokazany na rysunku.

Asynchroniczny silnik klatkowy ma uzwojenie wykonane z aluminiowych prętów, które są umieszczone w rowkach rdzenia. W części końcowej są zwarte przez pierścienie.

2. Silniki elektryczne z wirnikiem wykonanym z pierścieniami ślizgowymi.

Oba typy silników asynchronicznych mają taką samą konstrukcję stojana. Różnią się one jedynie wykonaniem kotwicy.

Jaka jest zasada pracy

Kotwica trójfazowego silnika asynchronicznego, wykonywana w podobny sposób, jest obracana ze względu na efekt pojawienia się zmiennego pola magnetycznego w cewce stojana. Aby zrozumieć, jak to się dzieje, musisz pamiętać fizyczne prawo indukcji. Mówi, że wokół przewodnika, przez który przechodzi strumień naładowanych cząstek, powstaje pole magnetyczne. Jego wielkość będzie wprost proporcjonalna do indukcyjności drutu i natężenia przepływu napływających w nim naładowanych cząstek. Ponadto to pole magnetyczne tworzy siłę o określonej kierunkowości. To ona nas interesuje, podobnie jak rotacja wirnika. Aby zapewnić efektywną pracę silnika, musisz mieć silny strumień magnetyczny. Powstaje dzięki specjalnej metodzie montażu uzwojenia pierwotnego.

Wiadomo, że źródło zasilania ma napięcie przemienne. W konsekwencji pole magnetyczne wokół stojana będzie miało tę samą charakterystykę, która bezpośrednio zależy od zmiany prądu w sieci zasilającej. Warto zauważyć, że każda faza jest przesunięta względem siebie o 120˚.

Co dzieje się w uzwojeniu stojana

Każda faza zasilania sieciowego jest połączona z odpowiednią cewką stojana, więc powstające wokół nich pole magnetyczne zostanie przesunięte o 120˚. Źródło zasilania ma napięcie zmienne, dlatego powstanie zmienne pole magnetyczne wokół cewek stojana, z których zsynchronizuje się silnik indukcyjny. Asynchroniczny obwód silnika jest montowany w taki sposób, że pole magnetyczne powstające wokół cewek stojana stopniowo zmienia się i kolejno przechodzi z jednego uzwojenia w drugie. Tworzy to efekt wirującego pola magnetycznego. Możesz obliczyć jego prędkość. Będzie mierzony w obrotach na minutę. Wyznacza go wzór: n = 60f / p, gdzie f jest częstotliwością prądu przemiennego w sieci połączonej (Hz), p - odpowiada liczbie par biegunów zamontowanych na stojanie.

Jak działa rotor

Teraz musisz zastanowić się, jakie procesy zachodzą w uzwojeniu wtórnym. Asynchroniczny silnik klatkowy ma cechę strukturalną. Faktem jest, że do uzwojenia kotwy nie jest doprowadzane napięcie. Powstaje tam dzięki magnetycznemu sprzężeniu indukcyjnemu z uzwojeniem pierwotnym. W związku z tym zachodzi proces odwrotny do obserwowanego w stojanie, zgodnie z prawem, który stwierdza, że ​​podczas przekraczania przewodnika, a w naszym przypadku jest zwartym uzwojeniem rotora, w strumieniu magnetycznym powstaje w nim prąd elektryczny. Skąd się bierze pole magnetyczne? Powstał wokół cewki pierwotnej, gdy podłączony jest trójfazowy zasilacz.

Podłącz stojan i wirnik. Co się dzieje?

Tak więc mamy asynchroniczny zwarty silnik z wirnikiem, w którego uzwojeniu przepływa prąd elektryczny. Będzie on przyczyną pola magnetycznego wokół uzwojenia kotwicy. Jednak polaryzacja tego strumienia będzie się różnić od tej stworzonej przez stojan. W związku z tym wytworzona przez niego siła stanie w opozycji do tej wywołanej przez pole magnetyczne uzwojenia pierwotnego. Spowoduje to ustawienie wirnika w ruchu, ponieważ na nim jest zamontowana cewka wtórna, a wały trzpienia twornika są zamocowane w obudowie silnika na łożyskach.

Rozważmy sytuację wzajemnego oddziaływania sił wynikających z pól magnetycznych stojana i wirnika w miarę upływu czasu. Wiemy, że pole magnetyczne uzwojenia pierwotnego obraca się i ma określoną częstotliwość. Siła stworzona przez niego porusza się z podobną prędkością. Spowoduje to pracę silnika indukcyjnego. A jego wirnik obraca się swobodnie wokół osi.

Efekt poślizgu

Sytuacja, w której przepływy mocy wirnika, jakby odepchnięte od wirującego pola magnetycznego stojana, nazywano poślizgiem. Należy zauważyć, że częstotliwość silnika asynchronicznego (n1) jest zawsze mniejsza niż częstotliwość, z którą porusza się pole magnetyczne stojana. Możesz to wyjaśnić w ten sposób. Aby prąd pojawił się w uzwojeniu wirnika, musi on przejść przez strumień magnetyczny z pewnym prędkość kątowa. A zatem, prawdą jest, że prędkość obrotowa wału jest większa lub równa zeru, ale mniejsza niż natężenie ruchu pola magnetycznego stojana. Wirnik ma prędkość obrotową, która zależy od siły tarcia w łożyskach, a także od mocy pobieranej z wału wirnika. Dlatego tak jakby pozostawał w tyle za polem magnetycznym stojana. Z tego powodu częstotliwość jest nazywana asynchroniczną.

W ten sposób przekształcono energię elektryczną źródła zasilania energia kinetyczna wał obrotowy. Jego prędkość obrotowa jest wprost proporcjonalna do częstotliwości prądu zasilania i liczby par biegunów stojana. Aby zwiększyć częstotliwość obrotu szkieletu, można użyć przetwornic częstotliwości. Jednak działanie tych urządzeń musi być zgodne z liczbą par biegunów.

Jak podłączyć silnik do źródła zasilania

Aby uruchomić silnik asynchroniczny, musi on być podłączony do sieci prądu trójfazowego. Schemat silnika asynchronicznego jest montowany na dwa sposoby. Rysunek pokazuje schemat połączeń przewodów silnika, w których uzwojenia stojana są montowane metodą gwiazdową.

Ta ilustracja pokazuje inną metodę połączenia, zwaną "trójkątem". Obwody są montowane w skrzynce zaciskowej przymocowanej do obudowy.

Powinieneś wiedzieć, że początek każdej z trzech cewek, zwanych również uzwojeniami fazowymi, nazywa się odpowiednio C1, C2, C3. Podobnie końce są podpisane, które mają nazwy C4, C5, C6. Jeśli w skrzynce zaciskowej nie ma oznaczenia pinezki, to początki i końce będą musiały zostać ustalone niezależnie.

Jak zrobić zwrot

Jeśli istnieje potrzeba uruchomienia silnika indukcyjnego, zmieniając kierunek obrotu armatury, wystarczy zamienić dwa przewody podłączonego trójfazowego źródła napięcia.

Jednofazowe silniki asynchroniczne

W życiu codziennym problematyczne jest stosowanie silników trójfazowych ze względu na brak wymaganego źródła napięcia. Dlatego istnieje jednofazowy silnik asynchroniczny. Ma również stojan, ale ze znaczną różnicą strukturalną. Polega na ilości i sposobie uzwojenia. Określa schemat uruchomienia maszyny.

Jeżeli jednofazowy silnik asynchroniczny ma stojan z dwoma uzwojeniami, wówczas będą one rozmieszczone wokół koła pod kątem 90 °. Cewki są nazywane uruchamianiem i pracą. Są one połączone równolegle, ale w celu stworzenia warunków dla pojawienia się wirującego pola magnetycznego, dodatkowo wprowadzana jest aktywna rezystancja lub kondensator. Powoduje to przesunięcie fazowe prądów uzwojenia w pobliżu 90˚, tworząc w ten sposób warunek do utworzenia wirującego pola magnetycznego.

Jeśli stojan ma tylko jedną cewkę, to jednofazowy zasilacz podłączony do niego spowoduje pulsujące pole magnetyczne. Prąd przemienny pojawi się w zwartym uzwojeniu wirnika. On spowoduje jego strumień magnetyczny. Wynik dwóch wygenerowanych sił wyniesie zero. Dlatego, aby uruchomić silnik mający taką konstrukcję, wymagane jest dodatkowe naciśnięcie. Można go utworzyć, podłączając obwód rozruchowy kondensatora.

Podłącz silnik do obwodu jednofazowego

Silnik elektryczny wyprodukowany do pracy z trójfazowego źródła zasilania może również działać z jednofazowej sieci domowej, ale jego charakterystyka, taka jak sprawność i współczynnik mocy, znacznie się zmniejszy. Ponadto zmniejszona moc i wydajność rozruchu.

Jeśli nie można obejść się bez połączenia, wówczas należy złożyć obwód z trzech uzwojeń stojana, gdzie będą tylko dwa. Jeden działa, a drugi zaczyna. Na przykład istnieją trzy cewki z początkiem odpowiednio C1, C2, C3 i końców C4, C5, C6. Aby utworzyć pierwsze (robocze) uzwojenie silnika, podłącz końcówki C5 i C6 i podłącz ich początki C3 i C2 do jednofazowego źródła prądu, na przykład do domowej sieci 220 woltów. Rola drugiego, początkowego uzwojenia, zostanie wykonana przez pozostałą niewykorzystaną cewkę rozrusznika. Łączy się ze źródłem zasilania poprzez kondensator połączony szeregowo z nim.

Asynchroniczne parametry silnika

Wybierając takie maszyny, a także ich dalszą pracę, należy wziąć pod uwagę charakterystykę silnika asynchronicznego. Są energią - jest to efektywność, współczynnik mocy. Ważne jest uwzględnienie parametrów mechanicznych. Głównym z nich jest związek między prędkością obrotową wału a przyłożoną do niego siłą roboczą. Jest więcej cech początkowych. Określają momenty początkowe, minimalne i maksymalne oraz ich stosunek. Ważne jest również, aby wiedzieć, jaki jest prąd rozruchowy silnika indukcyjnego. W celu najbardziej efektywnego wykorzystania silnika konieczne jest uwzględnienie wszystkich tych parametrów.

Nie można ignorować problemu oszczędzania energii. Ostatnio uważa się, że nie tylko z punktu widzenia obniżenia kosztów operacyjnych. Wydajność silników elektrycznych zmniejsza poziom problemów środowiskowych związanych z produkcją energii elektrycznej.

Producenci nieustannie mają za zadanie opracowywać i produkować energooszczędne silniki, zwiększając ich żywotność i zmniejszając poziom hałasu.

Możliwe jest poprawienie wskaźników oszczędności energii poprzez zmniejszenie strat podczas pracy. Są one bezpośrednio zależne od temperatury roboczej maszyny. Ponadto poprawa tej charakterystyki nieuchronnie prowadzi do wydłużenia żywotności silnika.

Aby obniżyć temperaturę uzwojenia za pomocą zewnętrznego dmuchawy zamontowanego na trzpieniu wału wirnika. Ale to prowadzi do nieuniknionego wzrostu hałasu wytwarzanego przez silnik podczas pracy. Ten wskaźnik jest szczególnie zauważalny przy dużej prędkości obrotowej wirnika.

Zatem oczywiste jest, że silnik asynchroniczny ma jedną główną wadę. Nie jest w stanie utrzymać stałej częstotliwości obrotu wału przy rosnących obciążeniach. Ale ten silnik ma wiele zalet w porównaniu z próbkami silników elektrycznych innych konstrukcji.

Po pierwsze, ma solidną konstrukcję. Działanie silnika asynchronicznego nie powoduje żadnych trudności w jego użytkowaniu.

Po drugie, silnik asynchroniczny jest ekonomiczny w produkcji i eksploatacji.

Po trzecie, ten samochód jest uniwersalny. Istnieje możliwość jego zastosowania w dowolnych urządzeniach, które nie wymagają dokładnej konserwacji częstotliwości obrotu wału twornika.

Po czwarte, silnik z asynchroniczną zasadą działania jest również wymagany w życiu codziennym, odbierając moc tylko z jednej fazy.