Téměř každý člověk, který má alespoň trochu něco společného s technikou, ví, co je to asynchronní elektromotor. Ale málokdo přesně ví, jak to funguje a z čeho se skládá, dokonce i ti, kteří takové motory pracují a používají. Článek bude podrobně diskutovat o hlavních komponentách a principu fungování. Odpovězme na otázky:
- Co je ED stator a jeho účel?
- Co je to kotva v motoru?
- Co jsou budicí vinutí?
Třífázový asynchronní elektromotor vynalezl ruský vědec M. O. Dolivo-Dobrovolsky v roce 1889. Jeho hlavním účelem je přeměna elektrické energie na mechanickou energii. Pro svůj efektivní provoz a nízkou cenu patří k nejvyráběnějším motorům. Za svou oblibu vděčí také jednoduchosti ovládání.
Asynchronní elektromotor se používá ve všech průmyslových odvětvích. Jsou široce používány pro domácí spotřebiče. Zpravidla se používají motory, které pracují na střídavý proud. Najdete je dokonce i v dětských hračkách.
Princip fungování je založen na dvou zákonech: magnetické indukci a Ampérově zákonu. První zákon popisuje vznik elektromotorických sil pod vlivem změn magnetického pole vytvářeného statorem. Druhý zákon popisuje činnost rotoru, který se skládá z elektrických nábojů přiváděných do vodiče, které se nacházejí uvnitř magnetického pole a vysvětluje rozložení pohybujících se sil.
Co je ED stator a jeho účel?
Stator je pevná část motoru, která pracuje v tandemu s rotorem. Stator se skládá ze základny a jádra. Základem je jednodílné tělo ze slitin hliníku nebo litiny. Jádro je vyrobeno z plechu elektrooceli, jehož tloušťka závisí na vlastnostech motoru a pohybuje se od 0,35 do 0,5 mm. Stator má drážky určené pro uložení vinutí. Vinutí je mezi sebou zkroucené, paralelně zapojeno, což umožňuje snížit vzniklé vířivé proudy během provozu. Třífázové převíjení statoru vytváří elektromagnetické pole. V drážkách je instalován určitý počet cívek, které budou vzájemně spojeny.
V případě poruchy motoru je stator převinut. Možnosti převíjení závisí na typu izolace. Izolace se volí v závislosti na indikátoru maximálního napětí, teplotě převíjení, typu drážky a typu vinutí.
Materiál použitý pro vinutí je měděný drát. Převíjení se provádí v jedné nebo dvou vrstvách v závislosti na umístění cívek v drážkách.
EM oprava začíná čištěním nebo vyfoukáním nečistot a prachu ze součástí statoru. Dalším krokem je demontáž pouzdra a výměna vinutí. Pomocí mechanických nástrojů se odřízne přední část statoru, kde se nachází převíjení.
Aby bylo možné stator rozebrat, je nutné jej zahřát na teplotu 200 stupňů, poté bude odstranění vinutí a cívek snazší. Po demontáži statoru se drážky vyčistí. Do vyčištěných a připravených drážek se instaluje nové vinutí pomocí hotových šablon. Instalované nové cívky musí být nalakovány a vysušeny při teplotě 150 stupňů, vydrží dvě hodiny.
Odpor mezi pouzdrem a vinutím lze zkontrolovat až po dodržení veškeré technologie sušení. Použití kabelu různých průměrů umožňuje upravit provozní parametry ED.
Během provozu elektromotoru jsou možné situace, kdy se části začnou přehřívat. To je způsobeno změnou spotřeby proudu. To je způsobeno otevřením elektrického obvodu. Dalším důvodem ohřevu ED je opotřebení ložisek. To negativně ovlivňuje výkon vinutí izolace. Výrobci instalují ochranu proti přehřátí na všechny typy elektromotorů. Sleduje a funguje v následujících případech:
- doba spouštění překročena;
- přetížení;
- přepětí;
- porucha fázových vodičů;
- ucpání rotoru;
- selhání pohonných zařízení.
K ochraně statoru se také používá tepelné relé. Funguje při zahřátí bimetalové desky, která pod vlivem pružiny otevře elektrický obvod. Po stisknutí tlačítka se deska vrátí do původní polohy.
Relé lze zabudovat do ED, nebo jej lze zakoupit jako samostatnou jednotku.
Co je to kotva v motoru?
Kotva asynchronních elektromotorů může být často nazývána rotorem. Rotor je tedy pohyblivá část elektromotoru, tvořená válcem, který je sestaven z plechů speciální oceli určené pro elektrická zařízení. Tyto listy se nasazují na hřídel. Rotory nebo kotvy jsou buď fázové nebo zkratované. Třífázové vinutí vinutého rotoru je zapojeno do hvězdy a má sběrací kroužky na hřídeli. Pomocí kartáčů připojte kroužky:
- tlumivky, které drží rotorový proud a stabilizují provoz elektromotoru při přetížení a náhlých změnách rychlosti;
- zdroj proudu (DC);
- reostat pro nastavení rozběhového momentu;
- invertorový zdroj, který umožňuje řídit rychlost otáčení hřídele a upravovat momentovou charakteristiku.
Elektromotory s vinutým rotorem jsou instalovány na strojích pracujících s proměnným zatížením.
Kotva se během provozu prakticky neopotřebovává. Vyměnit lze pouze kartáče. V podstatě stačí pouze vyčistit kotvu od karbonových usazenin, které se objevují při zahřátí vinutí statoru. Pokud je vyrovnání rotoru narušeno v důsledku opotřebení ložisek, jsou možné vážné poruchy vedoucí k zastavení elektromotoru. Aby se předešlo nechtěným prostojům zařízení při čekání na výměnu ED, provádí se preventivní údržba.
Činnost kotvy je negativně ovlivněna vlhkostí, která vede ke korozi na kovovém povrchu, zvýšení tření, což vede ke zvýšení proudového zatížení. To vede k nadměrnému zahřívání, roztavení kontaktů a ED jiskření. Na základě výskytu jiskření můžeme usoudit, že sběrače proudu dožily své životnosti. Pokud se ukáže, že ED funguje, je pravděpodobně nutné vyměnit dielektrické kolektorové kartáče mezi deskami. Je možné, že došlo ke zkratu.
O poruše ED můžete mluvit, pokud:
- motor jiskří;
- během provozu je slyšet hučení;
- objeví se vibrace;
- kotva změní svůj směr otáčení za méně než jednu otáčku;
- pouzdro je velmi horké;
- objeví se zápach spáleniny.
Vzhledem k těmto nesrovnalostem v provozu se doporučuje odpojit motor od napájení a provést výchozí kontrolu, na základě jejíchž výsledků bude zjištěna závada a motor bude odeslán na údržbu.
Co jsou budicí vinutí?
Rotor je permanentní magnet a stator je generátor střídavého magnetického pole. Pole, které vytváří stator, je vůči němu nehybné. Zapnutím elektromotoru nedojde k žádné práci v původní verzi a stator bude pod vlivem pole nebo bez něj. aby se kotva otáčela, je potřeba budicí vinutí. Hlavní funkcí budícího vinutí je změnit polaritu rotoru a tím mu dát rotační pohyb. Po dosažení požadované rychlosti se vypne budicí vinutí.
Vinutí elektrického výrobku (zařízení) je soubor závitů nebo cívek uspořádaných a spojených určitým způsobem, určených k vytvoření nebo využití magnetického pole nebo k získání dané hodnoty odporu elektrického výrobku (zařízení). Cívka vinutí elektrického výrobku (přístroje) – vinutí elektrického výrobku (přístroje) nebo jeho části, vyrobené jako samostatný konstrukční celek (GOST 18311-80).
Článek popisuje konstrukci vinutí statoru a rotoru střídavých elektrických strojů.
Prostorové uspořádání statorových vinutí:
Stator s dvanácti drážkami, z nichž každá obsahuje jeden vodič, je schematicky znázorněn na Obr. 1, a. Spoje mezi vodiči uloženými v drážkách jsou vyznačeny pouze pro jednu ze tří fází; začátky fází A, B, C vinutí jsou označeny C1, C2, C3; konce – C4, C5, C6. Části vinutí uložené v drážkách (aktivní část vinutí) jsou obvykle znázorněny ve formě tyčí a spojení mezi vodiči umístěnými v drážkách (čelní spojení) jsou znázorněna plnou čarou.
Jádro statoru má podobu dutého válce, což je balík nebo řada balíků (oddělených ventilačními kanály) vyrobených z plechů z elektrooceli. U strojů s nízkým až středním výkonem je každý list vyražen do prstence s drážkami po vnitřním obvodu. Na Obr. Obrázek 1b znázorňuje statorový plech se štěrbinami jednoho z použitých tvarů.
Rýže. 1. Umístění vinutí ve štěrbinách statoru a rozložení proudů ve vodičích
Nechť je okamžitá hodnota proudu iA první fáze v určitém časovém okamžiku maximální a proud směřující od začátku fáze C1 do jejího konce C4. Tento proud budeme považovat za pozitivní.
Definováním okamžitých proudů ve fázích jako průmětů rotujících vektorů na pevnou osu ON (obr. 1, c) získáme, že proudy fází B a C v daném čase jsou záporné, tj. směřují z konců fází do začátky.
Podívejme se na Obr. 1, d vznik rotujícího magnetického pole. V uvažovaném okamžiku proud fáze A směřuje od svého začátku do konce, to znamená, že pokud ve vodičích 1 a 7 jde od nás za rovinu výkresu, pak ve vodičích 4 a 10 jde zpoza roviny výkresu směrem k nám (viz. obr. 1, a a d).
Ve fázi B teče proud v tomto okamžiku od konce fáze do jejího začátku. Připojením vodičů druhé fáze podle příkladu první lze dosáhnout toho, že proud fáze B prochází vodiči 12, 9, 6, 3; v tomto případě podél vodičů 12 a 6 proud teče od nás za rovinu výkresu a přes vodiče 9 a 3 – směrem k nám. Na základě vzorku fáze B získáme obrázek rozložení proudu ve fázi C.
Směry proudů jsou znázorněny na obr. 1,g; přerušované čáry znázorňují magnetické siločáry vytvářené statorovými proudy; směry čar jsou určeny správným šroubovým pravidlem. Z obrázku je vidět, že vodiče tvoří čtyři skupiny se stejnými směry proudu a počet pólů 2p magnetické soustavy je roven čtyřem. Oblasti statoru, kde magnetické čáry vystupují ze statoru, jsou severní póly a oblasti, kde magnetické čáry vstupují do statoru, jsou jižní póly. Oblouk kružnice statoru obsazený jedním pólem se nazývá dělení pólů.
Magnetické pole v různých bodech na obvodu statoru je různé. Vzor rozložení magnetického pole podél obvodu statoru se periodicky opakuje přes každé dvoupólové dělení. Úhel oblouku 2 se považuje za 360 elektrických stupňů. Protože existuje p dvoupólových dělení podél obvodu statoru, 360 geometrických stupňů se rovná 360p elektrickým stupňům a jeden geometrický stupeň se rovná p elektrickým stupňům.
Na Obr. 1d ukazuje magnetické čáry pro určitý pevný okamžik v čase. Pokud vezmeme v úvahu obraz magnetického pole pro řadu po sobě jdoucích okamžiků v čase, můžeme se přesvědčit, že pole rotuje konstantní rychlostí.
Pojďme najít rychlost rotace pole. Po době rovnající se polovině periody střídavého proudu se směry všech proudů obrátí, takže magnetické póly změní místo, tj. za polovinu periody se magnetické pole otočí o část otáčky. Rychlost otáčení magnetického pole statoru, tedy synchronní rychlost, je rovna (v otáčkách za minutu)
Počet p pólových párů může být pouze celé číslo, proto při frekvenci například 50 Hz může být synchronní rychlost 3000; 1500; 1000 ot./min atd.
Rýže. 2. Podrobné schéma třífázového jednovrstvého vinutí
Vinutí AC strojů lze rozdělit do tří skupin:
Mezi speciální vinutí patří:
a) vinutí nakrátko ve formě klece na veverku;
b) vinutí asynchronního motoru s přepínáním na různé počty pólů;
c) vinutí asynchronního motoru s antispojkami atp.
Kromě výše uvedeného rozdělení se vinutí liší v řadě dalších charakteristik, a to:
1) podle povahy provedení – ruční, šablona a pološablona;
2) podle umístění v drážce – jednovrstvé a dvouvrstvé;
3) podle počtu štěrbin na pól a fázi – vinutí s celým číslem q štěrbin na pól a fázi a vinutí se zlomkovým číslem q.
Závit je obvod tvořený dvěma vodiči zapojenými do série. Sekce nebo cívka je řada závitů zapojených do série, ležících ve dvou štěrbinách a majících společnou izolaci od těla.
Sekce má dvě aktivní strany. Levá aktivní strana se nazývá začátek sekce (cívka) a pravá strana je konec sekce. Vzdálenost mezi aktivními stranami sekce se nazývá rozteč sekce. Lze jej měřit buď počtem zubových dělení, nebo ve zlomcích pólového dělení.
Rozteč sekcí se nazývá diametrální, pokud se rovná dělení pólů a zmenšená, pokud je menší než dělení pólů, protože rozteč sekcí není větší než dělení pólů.
Charakteristickou hodnotou, která určuje konstrukci vinutí, je počet slotů na pól a fázi, tj. počet slotů obsazených vinutím každé fáze v rámci jednoho pólového dělení:
kde z je počet statorových slotů.
Vinutí znázorněné na Obr. 1, a, má následující údaje:
I pro toto nejjednodušší vinutí se ukazuje prostorové zakreslení vodičů a jejich spojů složité, proto je obvykle nahrazeno rozšířeným schématem, kde jsou vodiče vinutí znázorněny tak, že nejsou umístěny na válcové ploše, ale na rovině ( válcová plocha s drážkami a vinutím je „rozložena“ do roviny). Na Obr. 2 a je uvedeno podrobné schéma uvažovaného statorového vinutí.
Na předchozím obrázku bylo pro jednoduchost ukázáno, že část fáze A vinutí, uložená ve štěrbinách 1 a 4, sestává pouze ze dvou vodičů, tj. z jednoho závitu. Ve skutečnosti se každá taková část vinutí na jeden pól skládá z w závitů, tj. v každé dvojici štěrbin je w vodičů sdružených do jedné cívky. Proto při objíždění např. fáze A ze slotu 1 v rozšířeném obvodu je potřeba před přechodem na slot 1 objet sloty 4 a 7 w krát. Vzdálenost mezi stranami závitu jedné cívky, popř. stoupání vinutí y je znázorněno na Obr. 1, g; obvykle se vyjadřuje v počtu slotů.
Rýže. 3. Štít asynchronního stroje
Na Obr. 1 a 2 statorová vinutí se nazývají jednovrstvá, protože jsou uložena v jedné vrstvě v každé štěrbině. Aby bylo možné umístit přední části protínající se v rovině, jsou ohnuty podél různých povrchů (obr. 2, b). Jednovrstvá vinutí se vyrábějí s roztečí rovnou pólovému dělení (obr. 2, a), nebo je tato rozteč rovna průměrně pólovému dělení pro různé cívky téže fáze, je-li y > 1, y < 1. V současnosti jsou běžnější dvouvrstvá vinutí.
Začátek a konec každé ze tří fází vinutí jsou zobrazeny na panelu stroje, kde je šest svorek (obr. 3). Na horní svorky C1, C2, SZ (začátek fází) jsou přivedeny tři lineární vodiče z třífázové sítě. Spodní svorky C4, C5, C6 (konce fáze) jsou buď v jednom bodě propojeny dvěma horizontálními propojkami, nebo je každá z těchto svorek spojena vertikální propojkou s horní svorkou ležící nad ní.
V prvním případě tvoří tři fáze statoru hvězdicové zapojení, ve druhém zapojení do trojúhelníku. Pokud je např. jedna fáze statoru dimenzována na napětí 220 V, pak by lineární napětí sítě, do které je motor připojen, mělo být v případě zapojení statoru do trojúhelníku 220 V; když je zapnuto hvězdičkou, mělo by být síťové napětí sítě
Když je stator zapojen do hvězdy, nulový vodič není napájen, protože motor je symetrická zátěž pro síť.
Rotor asynchronního stroje je sestaven z lisovaných plechů izolované elektrooceli na hřídeli nebo na speciální nosné konstrukci. Radiální mezera mezi statorem a rotorem je provedena co možná nejmenší, aby byl zajištěn nízký magnetický odpor v dráze magnetického toku procházejícího oběma částmi stroje.
Nejmenší mezera, kterou umožňují technologické požadavky, se pohybuje od desetin milimetru do několika milimetrů v závislosti na výkonu a rozměrech stroje. Vodiče vinutí rotoru jsou umístěny v drážkách podél tvořících přímek rotoru přímo na jeho povrchu, aby bylo zajištěno co největší spojení vinutí rotoru s točivým polem.
Asynchronní stroje se vyrábějí jak s fázovými, tak s rotory nakrátko.
Rýže. 4. Navinutý rotor
Fázový rotor má obvykle třífázové vinutí, podobné vinutí statoru, se stejným počtem pólů. Vinutí je zapojeno do hvězdy nebo trojúhelníku; tři konce vinutí jsou vyvedeny na tři izolované sběrací kroužky, které se otáčejí s hřídelí stroje. Prostřednictvím kartáčů namontovaných na stacionární části stroje a kluzných po sběracích kroužcích je k rotoru připojen třífázový spouštěcí nebo nastavovací reostat, to znamená, že do každé fáze rotoru je přiváděn aktivní odpor. Vzhled navinutého rotoru je na Obr. 4 jsou na levém konci hřídele vidět tři sběrací kroužky. Asynchronní motory s vinutým rotorem se používají tam, kde je požadována plynulá regulace otáček hnaného mechanismu a také při častém startování motoru pod zátěží.
Konstrukce rotoru s klecí nakrátko je mnohem jednodušší než u fázového rotoru. Pro jeden z návrhů na Obr. 5 znázorňuje tvar plechů, ze kterých je sestaveno jádro rotoru. V tomto případě otvory v blízkosti vnějšího obvodu každého listu tvoří podélné drážky v jádru. Do těchto drážek se nalije hliník, po vytvrdnutí se v rotoru vytvoří podélné vodivé tyče. Na obou koncích rotoru jsou současně odlity hliníkové kroužky, které zkratují hliníkové tyče. Výsledný vodivý systém se obvykle nazývá klec pro veverky.
Rýže. 5. Klecový rotor
Klecový rotor je znázorněn na obr. 5 B. Na koncích rotoru jsou viditelné ventilační lopatky, odlité integrálně se zkratovacími kroužky. V tomto případě jsou drážky zkoseny jedním dělením drážky podél rotoru. Klec nakrátko je jednoduchá, nemá kluzné kontakty, proto jsou třífázové asynchronní motory s rotorem nakrátko nejlevnější, nejjednodušší a nejspolehlivější; jsou nejčastější.
Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře
Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!
