Vzhledem k tomu, že dodávka elektřiny se tradičně provádí dodáváním střídavého proudu spotřebitelům, je pochopitelná touha vytvořit elektrické stroje pracující na dodávanou elektřinu. Zejména střídavý proud se aktivně používá v asynchronních elektromotorech, které jsou široce používány v mnoha oblastech lidské činnosti. Zvláštní pozornost si zaslouží asynchronní motor s rotorem nakrátko, který z řady důvodů zaujal silné místo v aplikaci.

Tajemství takové popularity spočívá především v jednoduchosti designu a nízkých nákladech na jeho výrobu. Elektromotory s veverčí klecí mají další výhody, o kterých se dozvíte v tomto článku. Nejprve zvažte konstrukční vlastnosti tohoto typu elektromotorů.

Výstavba

Každý elektromotor má dvě důležité pracovní části: rotor a stator. Jsou uzavřeny v ochranném pouzdře. Pro chlazení vodičů vinutí je na hřídeli rotoru instalován ventilátor. Toto je obecný princip struktury všech typů elektromotorů.

Konstrukce statorů uvažovaných elektromotorů se neliší od konstrukce těchto částí u jiných typů elektromotorů pracujících ve střídavých sítích. Jádra statoru, navržená pro provoz při třífázovém napětí, jsou uspořádána v kruhu pod úhlem 120°. Jsou vybaveny vinutím z izolovaného měděného drátu určitého úseku, které jsou spojeny trojúhelníkem nebo hvězdou. Konstrukce magnetického obvodu statoru je pevně připevněna ke stěnám válcového pouzdra.

Konstrukce elektromotoru je zřejmá z obrázku 1. Věnujte pozornost provedení bezjádrových vinutí v rotoru nakrátko.

Konstrukce asynchronního motoru s rotorem nakrátko

Rýže. 1. Konstrukce asynchronního motoru s rotorem nakrátko

Rotor je trochu jiný. Konstrukce jeho vinutí je velmi podobná kleci pro veverky. Skládá se z hliníkových tyčí, jejichž konce jsou uzavřeny zkratovacími kroužky. U motorů s vysokým výkonem lze vidět použití měděných tyčí jako vinutí rotoru nakrátko. Tento kov má nízký odpor, ale je dražší než hliník. Kromě toho se měď taví rychleji, a to není žádoucí, protože vířivé proudy mohou jádro značně zahřát.

Konstrukčně jsou tyče umístěny na vrcholu rotorových jader, která se skládají z transformátorové oceli. Při výrobě rotorů se jádra namontují na hřídel a vodiče vinutí se zalisují (nalijí) do drážek magnetického obvodu. V tomto případě není potřeba izolovat drážky jádra. Obrázek 2 ukazuje fotografii rotoru s vinutím nakrátko.

Rotor asynchronního motoru s vinutím nakrátko

Rýže. 2. Rotor asynchronního motoru s vinutím nakrátko

READ
Jak funguje zámek červených nití?

Desky magnetických jader takových rotorů nevyžadují lakovou izolaci povrchů. Jsou velmi jednoduché na výrobu, což snižuje náklady na asynchronní elektromotory, jejichž podíl tvoří až 90 % z celkového počtu elektromotorů.

Rotor se otáčí asynchronně uvnitř statoru. Mezi těmito částmi jsou stanoveny minimální vzdálenosti ve formě vzduchových mezer. Optimální vůle je v rozsahu od 0,5 mm do 2 mm.

V závislosti na počtu použitých fází lze asynchronní elektromotory rozdělit do tří typů:

Liší se počtem a umístěním vinutí statoru. Modely s třífázovým vinutím se vyznačují vysokou stabilitou při jmenovitém zatížení. Mají nejlepší startovací vlastnosti. Často takové elektromotory používají jednoduché schéma startování.

Dvoufázové motory mají dvě kolmá statorová vinutí, z nichž každé je napájeno střídavým proudem. Často se používají v jednofázových sítích – jedno vinutí je připojeno přímo k fázi a pro napájení druhého se používá kondenzátor s fázovým posunem. Bez této části se otáčení hřídele asynchronního elektromotoru samovolně nerozběhne. Vzhledem k tomu, že kondenzátor je nedílnou součástí dvoufázového elektromotoru, nazývají se takové motory také kondenzátorové motory.

Při konstrukci jednofázového elektromotoru je použito pouze jedno pracovní vinutí. Pro spuštění rotace rotoru se používá spouštěcí indukční cívka, která je krátkodobě připojena k síti přes kondenzátor, případně zkratována. Tyto motory s nízkým výkonem se používají jako elektrické pohony pro některé domácí spotřebiče.

Princip činnosti

Funkce asynchronního motoru je založena na vlastnostech třífázového proudu, který může vytvářet rotující magnetické pole ve vinutí statoru. U uvažovaných elektromotorů je synchronní frekvence otáčení elektromagnetického pole přímo úměrná vlastní frekvenci střídavého proudu.

Existuje nepřímo úměrná závislost rychlosti otáčení na počtu pólových párů ve vinutí statoru. Vzhledem k tomu, že fázový posun je 60º, lze závislost rychlosti rotoru (v otáčkách za minutu) vyjádřit vzorcem:

V důsledku působení magnetické indukce na jádro rotoru v něm vznikne EMF, což zase způsobí vzhled elektrického proudu v uzavřeném vodiči. Vznikne Ampérova síla, pod jejímž vlivem se uzavřený okruh začne otáčet v honbě za magnetickým polem. Ve jmenovitém režimu provozu otáčky rotoru mírně zaostávají za rychlostí otáčení magnetického pole vytvořeného ve statoru. Když se frekvence shodují, magnetický tok se zastaví, proud zmizí ve vinutí rotoru, v důsledku čehož se síla zastaví. Jakmile se rychlost otáčení hřídele zpozdí, střídavé proudy magnetických polí obnoví působení ampérové ​​síly.

READ
Jak vybrat saunová kamna podle výkonu?

Rozdíl ve frekvencích rotace magnetických polí se nazývá frekvence skluzu: ns=n1–n2a relativní hodnota s charakterizující zpoždění se nazývá skluz.

s = 100 % * ( ns / ne1) = 100 % * (n1 —n2)/n1, kde ns frekvence skluzu; n1, n2 jsou frekvence otáčení magnetických polí statoru a rotoru.

Aby se snížily harmonické EMF a vyhladily pulsace momentu síly, jsou tyče zkratovaných závitů mírně zkosené. Podívejte se znovu na obr. 2 a věnujte pozornost umístění tyčí, které působí jako vinutí rotoru vzhledem k ose otáčení.

Prokluz závisí na tom, jaké mechanické zatížení působí na hřídel motoru. U asynchronních elektromotorů se kluzné parametry mění v rozsahu od 0 do 1. Navíc v klidovém stavu rotor, který nabyl hybnosti, nezaznamenává téměř žádný aktivní odpor. S se blíží nule.

Zvýšení zatížení přispívá ke zvýšení prokluzu, který může dosáhnout jednoty v okamžiku, kdy se motor zastaví kvůli přetížení. Tento stav je ekvivalentní režimu zkratu a může poškodit zařízení.

Hodnota relativního zpoždění odpovídající jmenovitému zatížení elektrického stroje se nazývá jmenovitý skluz. U elektromotorů s nízkým výkonem a motorů se středním výkonem se tento ukazatel pohybuje v malých mezích – od 8 % do 2 %. Když rotor motoru stojí, prokluz má tendenci k 0 a při volnoběhu se blíží 100 %.

Při startu elektromotoru jsou jeho vinutí pod zatížením, což vede k prudkému nárůstu startovacích proudů. Po dosažení jmenovitého výkonu elektromotory se zkratovanými cívkami nezávisle obnoví jmenovitou frekvenci rotoru.

Věnujte pozornost křivce kluzného momentu znázorněné na obr. 3.

Klouzavá křivka točivého momentu

Rýže. 3. Křivka klouzavého momentu

S rostoucím momentem se koeficient s mění z 1 na 0 (viz segment “oblast motoru”). Zvyšuje se také rychlost otáčení hřídele. Pokud rychlost otáčení hřídele překročí jmenovitou frekvenci, moment se stane záporným a motor přejde do režimu generování (segmentová „oblast generování“). V tomto režimu bude rotor vystaven magnetickému odporu, což povede k brzdění motoru. Oscilační proces se bude opakovat, dokud se točivý moment nestabilizuje a skluz se nepřiblíží nominální hodnotě.

Výhody a nevýhody

Široké použití asynchronních motorů s rotory nakrátko je způsobeno jejich nespornými výhodami:

  • stabilita práce při optimálním zatížení;
  • vysoká provozní spolehlivost;
  • nízké provozní náklady;
  • životnost provozu bez údržby;
  • relativně vysoká účinnost;
  • nízké náklady ve srovnání s modely založenými na fázových rotorech a s jinými typy elektromotorů.
READ
Co je to fázový spínač?

Mezi nedostatky lze uvést:

  • vysoké startovací proudy;
  • citlivost na poklesy napětí;
  • nízké koeficienty skluzu;
  • nutnost použití zařízení, jako jsou frekvenční měniče, startovací reostaty atd., pro zlepšení charakteristik elektromotoru;
  • EM s rotorem nakrátko potřebuje další spínací ovládací zařízení v případech, kdy je nutné regulovat rychlost.

Elektromotory tohoto typu mají slušnou mechanickou charakteristiku. I přes nedostatky vedou, pokud jde o jejich aplikaci.

Hlavní technické charakteristiky

V závislosti na třídě elektromotoru se jeho technické vlastnosti liší. V rámci tohoto článku není stanoven úkol přinést parametry všech existujících tříd motorů. Zaměříme se na popis hlavních technických charakteristik pro elektromotory tříd 56 A2 – 80 B2.

V této malé mezeře na řadě modelů elektromotorů s rotory nakrátko lze zaznamenat následující:

Výkon se pohybuje od 0,18 kW (třída 56 A2) do 2,2 kW (třída 80 B2).

Proud při maximálním napětí – od 0,55 A do 5A.

Účinnost od 66 % do 83 %.

Otáčky hřídele u všech modelů z uvedeného intervalu jsou 3000 ot./min.

Technické vlastnosti konkrétního motoru jsou uvedeny v jeho pasu.

Připojení

Vinutí statoru třífázového ADKR lze připojit podle schématu “trojúhelník” nebo “hvězda”. V tomto případě hvězdička vyžaduje vyšší napětí než u trojúhelníku.

Vezměte prosím na vědomí, že elektromotor připojený různými způsoby ke stejné síti spotřebovává různou energii. Proto je nemožné připojit elektromotor určený pro hvězdicový obvod podle principu trojúhelníku. Ale aby se snížily rozběhové proudy, je možné při rozběhu přepnout kontakty hvězdy do trojúhelníku, ale pak se sníží i rozběhový moment.

Schémata přepínání jsou zřejmá z obrázku 4.

Schémata zapojení

Rýže. 4. Schémata zapojení

Pro připojení třífázového elektromotoru k jednofázovému proudu se používají prvky s fázovým posunem: kondenzátory, odpory. Příklady takových zapojení viz obrázek 5. Lze použít hvězdu i trojúhelník.

Rýže. 5. Příklady schémat zapojení v jednofázové síti

Za účelem řízení chodu motoru jsou k elektrickému obvodu statoru připojena další zařízení.