Jak funguje stator a rotor?

Nejúčinnějším zařízením, které přeměňuje elektrickou energii na mechanickou, je asynchronní motor, který vynalezl inženýr Dolivo-Dobrovolsky na konci 19. století. Vzhledem k rostoucímu zájmu současníků o vývoj a montáž obráběcích strojů, samojízd a dalších mechanismů se pokusíme vysvětlit, jak funguje asynchronní elektromotor, abyste pochopili princip jeho činnosti a efektivně jej používali.

Zařízení asynchronního motoru

Jeho design obsahuje následující prvky:

• Válcový statorsestavené z ocelových plechů. Jádro statoru má drážky, ve kterých jsou uložena vinutí. Jejich osy jsou vůči sobě posunuty o 120 stupňů.
• Rotor (zkrat nebo fáze). První možností je jádro s hliníkovými tyčemi, koncovými kroužky nakrátko (klec na veverku). Druhá možnost se skládá z třífázového vinutí, nejčastěji spojeného “hvězdou”.
• Konstrukční detaily – hřídel, ložiska, tlapky, koncové štíty, plášť oběžného kola a ventilátoru, svorkovnice – zajišťující otáčení, chlazení a ochranu mechanismu.

Schéma indukčního motoru s jeho detaily lze snadno najít na internetu nebo v příručkách.

Princip činnosti indukčního motoru

Princip činnosti asynchronního elektromotoru spočívá v jeho názvu (nikoli synchronní). To znamená, že stator a rotor, když jsou zapnuté, vytvářejí magnetická pole rotující na různých frekvencích. V tomto případě je frekvence otáčení magnetického pole rotoru vždy menší než frekvence otáčení magnetického pole statoru.

Chcete-li si tento proces lépe představit, vezměte permanentní magnet a otočte jej kolem své osy poblíž měděného disku. Disk s mírným zpožděním se po magnetu začne otáčet. Faktem je, že když se magnet otáčí, jsou ve struktuře disku excitovány Foucaultovy proudy (indukční proudy) pohybující se v začarovaném kruhu. Ve skutečnosti jsou to zkratové proudy, které zahřívají kov. V disku se „narodí“ jeho vlastní magnetické pole, které následně interaguje s polem magnetu.

V asynchronním motoru se vinutí statoru používá k vytvoření točivého pole. Jimi tvořený magnetický tok vytváří EMF ve vodičích rotoru. Interakcí magnetického pole statoru a indukovaného proudu ve vinutí rotoru vzniká elektromagnetická síla, která pohání hřídel motoru.

Postup krok za krokem je následující:

1. Při spouštění motoru se magnetické pole statoru protíná s obvodem rotoru a indukuje elektromotorickou sílu.
2. Ve zkratovaném rotoru vzniká střídavý proud.
3. Dvě magnetická pole (stator a rotor) vytvářejí krouticí moment.
4. Spřádací rotor se snaží „dohnat“ pole statoru.
5. V tom okamžiku, kdy se frekvence otáčení magnetického pole statoru a rotoru shodují, jsou elektromagnetické procesy v rotoru utlumeny a točivý moment se rovná nule.
6. Magnetické pole statoru vybudí obvod rotoru, který v této době opět zaostává.

To znamená, že rotor je vždy pomalejší než magnetické pole statoru, což zajišťuje asynchronii.

Protože se proud indukuje v rotoru bezkontaktně, není potřeba instalovat kluzné kontakty, což činí asynchronní motory spolehlivějšími a účinnějšími. Změnou směru proudu v jednom z vinutí (k tomu musíte změnit fáze na svorkách) můžete motor „přimět“ otáčet se v jednom nebo druhém směru.

Směr elektromagnetické síly lze snadno určit, zapamatovat si školní kurz fyziky a použít „pravidlo levé ruky“.

Frekvence rotace magnetického pole statoru je ovlivněna frekvencí napájecí sítě a počtem pólových párů. Protože počet pólových párů závisí na typu motoru a zůstává nezměněn, pokud chcete změnit rychlost pole, musíte změnit frekvenci sítě pomocí měniče.

Výhody indukčních motorů

Vzhledem k tomu, že zařízení a princip činnosti asynchronního elektromotoru jsou poměrně jednoduché, má mnoho výhod a je široce používán ve všech oblastech národního hospodářství a v každodenním životě. Motory tohoto typu se vyznačují:

• Spolehlivost a trvanlivost. Absence kontaktu mezi pohyblivými a pevnými částmi minimalizuje možnost opotřebení a rozbití.
• Nízké náklady. Jsou dostupné (není divu, že 90 % všech motorů vyrobených na světě je asynchronních).
• Snadné ovládání. K jejich použití není nutné mít speciální znalosti a dovednosti.
• Všestrannost. Mohou být instalovány na téměř jakékoli zařízení.

Vynález asynchronního elektromotoru byl významným přínosem pro rozvoj vědy, průmyslu a zemědělství. Udělalo to náš život pohodlnějším.