- Načelo delovanja asinhronskega motorja
- Faradaysov zakon o elektromagnetni indukciji
- Enofazni indukcijski motor
- Trifazni asinhronski motor
Asinhronski motor je električni stroj z izmeničnim tokom, ki električno energijo pretvori v mehansko. Indukcijski motor se pogosto uporablja v različnih aplikacijah, od osnovnih gospodinjskih aparatov do težke industrije. Stroj ima toliko aplikacij, ki jih je težko prešteti, in si lahko predstavljate lestvico, saj veste, da skoraj 30% električne energije, proizvedene po vsem svetu, porabijo sami indukcijski motorji. Ta neverjeten stroj je izumil veliki znanstvenik Nikola Tesla in ta izum je trajno spremenil potek človeške civilizacije.
Tu je nekaj aplikacij enofaznih in trifaznih asinhronskih motorjev, ki jih najdemo v vsakdanjem življenju.
Uporaba enofaznih indukcijskih motorjev:
- Električni ventilatorji v domu
- Vrtalni stroji
- Črpalke
- Brusilniki
- Igrače
- Sesalnik
- Izpušni ventilatorji
- Kompresorji in električni brivniki
Uporaba trifaznih indukcijskih motorjev:
- Majhna, srednje velika in velika industrija.
- Dvigala
- Žerjavi
- Vozenje stružnic
- Mlini za pridobivanje olja
- Robotsko orožje
- Sistem transportnih trakov
- Težke drobilnice
V asinhronski motorji prihajajo v različnih velikostih in oblikah, ki imajo relativno funkcije in električnih. Velikosti so od nekaj centimetrov do nekaj metrov in imajo moč od 0,5Hp do 10000Hp. Uporabnik lahko iz oceana modelov izbere najprimernejšega, ki ustreza njegovemu / njenemu povpraševanju.
V prejšnjem članku smo že razpravljali o osnovah motorjev in njegovem delovanju. Tu bomo podrobno razpravljali o konstrukciji in delu indukcijskega motorja.
Načelo delovanja asinhronskega motorja
Za razumevanje principa delovanja asinhronskega motorja najprej razmislimo o preprosti nastavitvi, kot je prikazano na sliki.
Tukaj,
- Dve železni ali feritni jedri enake velikosti se vzameta in se na daljavo obesita v zrak.
- Na zgornje jedro je navita emajlirana bakrena žica, ki ji sledi spodnja, dva konca pa se odpeljeta na eno stran, kot je prikazano na sliki.
- Jedro tukaj deluje kot medij za prenašanje in koncentriranje magnetnega pretoka, ki ga tuljava ustvari med delovanjem.
Zdaj, če na oba konca bakra priključimo izmenični vir napetosti, bomo imeli nekaj takega spodaj.
Med pozitivnim ciklom AC:
Tu se bo v prvem polovičnem ciklu pozitivna napetost v točki "A" postopoma znižala na nič do maksimuma in se nato vrnila na nič. V tem obdobju lahko trenutni tok v navitju predstavimo kot.
Tukaj,
- Med pozitivnim ciklom vira izmenične napetosti se tok v obeh navitjih postopoma povečuje od nič do maksimuma, nato pa postopoma prehaja nazaj iz največjega na nič. To je zato, ker je po ohmskem zakonu tok v vodniku neposredno sorazmeren napetosti na sponki, o čemer smo že večkrat razpravljali v prejšnjih člankih.
- Navitja so navita tako, da tok v obeh navitjih teče v isto smer, na diagramu pa lahko vidimo enako.
Zdaj se spomnimo zakona, imenovanega Lenzov zakon, ki smo ga prej preučevali, preden smo šli naprej. Po Lenzovem zakonu: " Vodnik, ki nosi tok, bo ustvaril magnet, napolnjen okoli njegove površine",
in če uporabimo ta zakon v zgornjem primeru, bo vsaka zanka v obeh tuljavah ustvarila magnetno polje. Če dodamo magnetni tok, ki ga ustvari celotna tuljava, bo dobil precejšnjo vrednost. Ves ta tok se bo pojavil na železnem jedru, ko je bila tuljava navita na jedrnem telesu.
Za udobje, če na obeh koncih narišemo črte magnetnega pretoka, koncentrirane na železno jedro, bomo imeli nekaj takega spodaj.
Tu lahko vidite, kako se magnetne črte koncentrirajo na železna jedra in njihovo gibanje skozi zračno režo.
Ta intenzivnost pretoka je neposredno sorazmerna s tokom, ki teče v tuljavah, navitih na obeh železnih telesih. Torej se v pozitivnem polovičnem ciklu pretok premakne z ničle na maksimum in nato zmanjša z maksimuma na nič. Ko pozitivni cikel zaključi intenzivnost polja v zračni reži, prav tako doseže nič in po tem bomo imeli negativni cikel.
Med negativnim ciklom AC:
Med tem negativnim ciklusom sinusne napetosti se pozitivna napetost v točki "B" postopoma premakne od nič do maksimuma in se nato vrne na nič. Kot ponavadi bo zaradi te napetosti tekel tok in na spodnji sliki lahko vidimo smer tega toka v navitjih.
Ker je tok linearno sorazmeren napetosti, se njegova velikost v obeh navitjih postopoma povečuje od nič do maksimuma in nato pada od največje do nič.
Če upoštevamo Lenzov zakon, se bo okoli tuljav pojavilo magnetno polje zaradi trenutnega toka, podobnega primeru, ki smo ga preučevali v pozitivnem ciklu. To polje se bo zgostilo v središču feritnih jeder, kot je prikazano na sliki. Ker je jakost toka neposredno sorazmerna s tokom, ki teče v tuljavah, navitih na obeh železnih telesih, se bo tudi ta tok preusmeril od ničle do največje in nato zmanjšal od največje do ničle po velikosti toka. Čeprav je to podobno pozitivnemu ciklu, obstaja razlika in to je smer linij magnetnega polja. To razliko v smeri toka lahko opazite na diagramih.
Po njegovem negativnem ciklu prihaja pozitivni cikel, ki mu sledi še en negativni cikel in traja tako, dokler se sinusna napetost AC ne odstrani. In zaradi tega izmenjevalnega napetostnega cikla se magnetno polje v središču na železnih jedrih spreminja tako v velikosti kot v smeri.
Na koncu z uporabo te nastavitve
- V središču železnih jeder smo razvili koncentrirano območje z magnetnim poljem.
- Intenzivnost magnetnega polja na zračni reži se spreminja tako v velikosti kot v smeri.
- Polje sledi valovni obliki sinusne napetosti izmeničnega toka.
Faradaysov zakon o elektromagnetni indukciji
Ta postavitev, o kateri smo razpravljali do zdaj, je najprimernejša za uresničitev Faradayevega zakona o elektromagnetni indukciji. To je zato, ker je nenehno spreminjajoče se magnetno polje najosnovnejša in najpomembnejša zahteva za elektromagnetno indukcijo.
Tu preučujemo ta zakon, ker asinhronski motor deluje po principu Faradayevega zakona elektromagnetne indukcije.
Zdaj, da preučimo pojav elektromagnetne indukcije, si oglejmo spodnjo nastavitev.
- Vzamemo vodnik in ga oblikujemo v kvadrat z obema koncoma kratkega stika.
- Kovinska palica je pritrjena na sredino vodniškega kvadrata, ki deluje kot os postavitve.
- Zdaj se lahko vodniški kvadrat prosto vrti vzdolž osi in se imenuje rotor.
- Rotor je nameščen v središču zračne reže, tako da lahko prevodniška zanka doživi največje polje, ki ga tvorijo tuljave rotorja.
V skladu s Faradayevim zakonom o elektromagnetni indukciji vemo, da " ko spreminjajoče se magnetno polje prereže kovinski vodnik, se v vodniku inducira EMR ali napetost" .
Zdaj pa uporabimo ta zakon, da bomo razumeli delovanje asinhronskega motorja:
- V skladu s tem zakonom elektromagnetne indukcije bi moral biti EMF induciran v vodniku rotorja, nameščenem v središču, zaradi spreminjajočega se magnetnega polja.
- Zaradi inducirane EMF in kratkostičnega vodnika v celotni zanki teče tok, kot je prikazano na sliki.
- Tu prihaja ključ za delovanje asinhronskega motorja. Vemo, da po Lenzovem zakonu vodnik, ki nosi tok, ustvarja magnetno polje okoli sebe, katerega intenzivnost je sorazmerna z jakostjo toka.
- Ker je zakon univerzalen, mora tudi prevodniška zanka rotorja ustvarjati magnetno polje, ker skozi njega teče tok zaradi elektromagnetne indukcije.
- Če magnetno polje, ki ga ustvarjajo navitja statorja in nastavitev železnega jedra, imenujemo glavni tok ali tok statorja. Nato lahko magnetno polje, ki ga ustvarja prevodniška zanka rotorja, imenujemo tok rotorja.
- Zaradi interakcije med glavnim tokom in rotorskim tokom rotor doživi silo. Ta sila poskuša nasprotovati indukciji EMF v rotorju s prilagoditvijo položaja rotorja. Zato bomo v tem trenutku doživeli premik v položaju gredi.
- Zdaj se magnetno polje spreminja zaradi izmenične napetosti, sila pa tudi neprekinjeno prilagaja položaj rotorja brez zaustavitve.
- Torej se rotor vrti zaradi izmenične napetosti in tako imamo mehanski izhod na gredi ali osi rotorja.
S tem smo videli, kako imamo zaradi elektromagnetne indukcije v rotorju mehanski izhod na gredi. Tako se ime, določeno za to nastavitev, imenuje indukcijski motor.
Do zdaj smo razpravljali o principu delovanja asinhronskega motorja, vendar ne pozabimo, da sta tako teorija kot praktika različna. Za delovanje asinhronskega motorja je potrebna dodatna nastavitev, o kateri bomo razpravljali spodaj.
Enofazni indukcijski motor
Indukcijski motor, ki deluje na enofazno izmenično moč, se imenuje enofazni indukcijski motor.
Električni vod, ki nam je na voljo v domovih, je enofazni daljnovod z izmenično napetostjo 240 V / 50 Hz, indukcijski motorji, ki jih uporabljamo v vsakdanjem življenju v svojih domovih, pa se imenujejo enofazni indukcijski motorji.
Za boljše razumevanje principa delovanja enofaznega indukcijskega motorja si oglejmo konstrukcijo enofaznega indukcijskega motorja.
Tukaj,
- Vzeli bomo več vodnikov in jih namestili na prosto vrtljivo gred, kot je prikazano na sliki.
- Prav tako bomo konce vseh vodnikov skrajšali s kovinskim obročem, s čimer bomo ustvarili več zank vodnikov, ki smo jih že preučevali.
- Ta nastavitev rotorja je videti od bližje, kot je veverica, zato se imenuje indukcijski motor veverice kletke. Tukaj si oglejmo 3D strukturo rotorja z vevericino kletko.
- Stator, ki je veljal za celoten železen kos, je pravzaprav skupina tankih železnih plošč, zloženih skupaj. Tako tesno sta stisnjena, da med njima dobesedno ne bo zraka. Namesto enega železnega kosa uporabljamo kup železnih plošč iz istega razloga, ko uporabljamo valjane železne pločevine v primeru močnostnega transformatorja, ki naj bi zmanjšal izgube železa. Z uporabo metode zlaganja bomo znatno zmanjšali izgubo energije, hkrati pa ohranili enake zmogljivosti.
Delovanje te nastavitve je podobno kot pri razlagi principa delovanja asinhronskega motorja.
- Najprej bomo zagotovili izmenično napetost in zaradi te napetosti tok teče skozi navitje statorja, navito na zgornjem in spodnjem segmentu.
- Zaradi toka se na zgornjem in spodnjem navitju ustvari magnetno polje.
- Večina železnih plošč deluje kot jedro medija za prenašanje magnetnega polja, ki ga tvorijo tuljave.
- To izmenično magnetno polje, ki ga prenaša železno jedro, se zaradi namerne strukturne zasnove koncentrira v osrednji zračni reži.
- Zdaj, ko je rotor nameščen v tej zračni reži, imajo to izmenično polje tudi kratkoročni vodniki, pritrjeni na rotorju.
- Zaradi polja se v vodnikih rotorja inducira tok.
- Ker tok teče skozi vodnike rotorja, se okoli rotorja ustvari tudi magnetno polje.
- Po interakciji med ustvarjenim magnetnim poljem rotorja in magnetnim poljem statorja rotor izkusi silo.
- Ta sila premika rotor vzdolž osi in s tem bomo imeli rotacijsko gibanje.
- Ker napetost nenehno spreminja sinusno napetost, se rotor tudi neprekinjeno vrti vzdolž svoje osi. Tako bomo imeli neprekinjen mehanski izhod za dano enofazno vhodno napetost.
Čeprav smo domnevali, da se bo rotor samodejno zavrtel, potem ko bo enofazni motor dobil moč, kar pa ne drži. Ker je polje, ki ga ustvarja enofazni indukcijski motor, izmenično magnetno polje in ne vrteče se magnetno polje. Torej se na začetku motorja rotor zaskoči v svojem položaju, ker bo sila, ki jo izkusi zaradi spodnje in zgornje tuljave, enake velikosti in nasprotne smeri. Na začetku je torej sila rotorja enaka nič. Da bi se temu izognili, bomo uporabili pomožno navitje za asinhronski motor, da bo ta samozagon. To pomožno navitje bo zagotovilo potrebno polje za premikanje rotorja na začetku. Primer za ta primer je električni ventilator, ki ga vidimo v vsakdanjem življenju,ki je kondenzatorski zagon in poganja asinhronski motor s pomožnim navitjem, ki je zaporedno povezan s kondenzatorjem.
Trifazni asinhronski motor
Indukcijski motor, ki deluje na trifazno izmenično električno energijo, se imenuje trifazni indukcijski motor. Običajno se trifazni indukcijski motorji uporabljajo v industriji in niso primerni za domačo uporabo.
Daljnovod, ki je na voljo za industrijo, je 400V / 50Hz Trifazni štirismerni izmenični tok in indukcijski motorji, ki v industriji delujejo na to oskrbo, se imenujejo trifazni indukcijski motorji.
Za boljše razumevanje principa delovanja trifaznega asinhronskega motorja si oglejmo konstrukcijo trifaznega indukcijskega motorja.
Tukaj,
- Faza A navijanje se začne od zgornjega segmenta, ki mu sledi spodnji segment, kot je prikazano na sliki.
- Kar zadeva oba konca faze, je en navit povezan z daljnovodom faze A trifaznega napajanja, drugi konec pa je povezan z nevtralnim napajalnikom istih treh faz s štirimi linijami. To je mogoče, ker imamo pri trifaznem štirinožnem napajanju prve tri linije, ki nosijo tričrnske napetosti, medtem ko je četrta črta nevtralna.
- Druga dvofazna navitja sledijo enakemu vzorcu kot faza A. Na obeh koncih faze B je eno priključeno na daljnovod faze B trifaznega napajanja, drugi konec pa na nevtralno isti tri faze štiristenski napajalnik.
- Zgradba rotorja je podobna veverici in je enak tip rotorja, ki se uporablja v enofaznem asinhronskem motorju.
Zdaj, če napajamo trifazne navitja statorja, potem začne tok teči v vseh treh navitjih. Zaradi tega toka bodo tuljave ustvarile magnetno polje, ki bo teklo skozi pot manjše magnetne upornosti, ki jo zagotavlja laminirano jedro. Tu je struktura motorja zasnovana tako, da se magnetno polje, ki ga prenaša jedro, koncentrira na zračno režo v središču rotorja. Torej magnetno polje, koncentrirano z jedrom v sredinski reži, vpliva na vodnike v rotorju in s tem inducira tok v njih.
V prisotnosti prevodniškega toka rotor ustvari tudi magnetno polje, ki v danem trenutku sodeluje s statorskim poljem. In zaradi te interakcije rotor doživi silo, ki vodi do vrtenja motorja.
Tu je magnetno polje, ki ga generira stator, vrtljivo zaradi trifazne moči, za razliko od izmeničnega tipa, o katerem smo razpravljali v enofaznem motorju. In zaradi tega vrtljivega magnetnega polja se rotor začne vrteti sam, tudi če ni začetnega potiska. Zaradi tega je trifazni motor samozagon in za to vrsto motorja ne potrebujemo nobenega pomožnega navitja.