Co to jest silnik indukcyjny i jak działa

Silnik indukcyjny jest prosty i niezawodny i dlatego bardzo często jest stosowany w produkcji i sprzęcie AGD, od napędu zaworu po obrót bębna w pralce. W tym artykule opowiemy w prostych słowach o tym, czym są asynchroniczne silniki elektryczne, co to jest i jak działają tego rodzaju maszyny elektryczne.

Wyświetlenia

Silniki indukcyjne (AM) są podzielone na dwie główne grupy:

• wirnik klatkowy
• z wirnikiem fazowym.

Jeśli pominiemy niuanse, różnica polega na tym, że silnik wirnika klatkowego nie ma szczotek i wyraźnych uzwojeń, jest mniej wymagający w konserwacji. Natomiast w silnikach asynchronicznych z wirnikiem fazowym są trzy uzwojenia połączone z pierścieniami ślizgowymi, z których prąd jest usuwany za pomocą szczotek. W przeciwieństwie do poprzedniego, lepiej kontrolować moment obrotowy na wale i łatwiej jest uzyskać płynny start w celu zmniejszenia prądów rozruchowych.

Reszta silników klasyfikuje:

• według liczby faz zasilania - jednofazowe i dwufazowe (stosowane w życiu codziennym przy zasilaniu z sieci 220 V) oraz trójfazowe (najczęściej stosowane w produkcji i warsztatach).
• za pomocą zapięcia - kołnierz lub na łapach.
• według trybu pracy - dla trybu długo-, krótkoterminowego lub wielokrotnie krótkoterminowego.

Oraz szereg innych czynników, które wpływają na wybór konkretnego produktu do zastosowania w określonych warunkach.

Wiele można powiedzieć o jednofazowych silnikach elektrycznych: niektóre z nich są uruchamiane przez kondensator, a niektóre wymagają mocy rozruchowej i roboczej. Istnieją również opcje ze zwarciem, które działają bez kondensatora i są stosowane na przykład w okapach. Jeśli jesteś zainteresowany, napisz w komentarzach, a my napiszemy o tym artykuł.

Urządzenie

Z definicji „asynchroniczny” odnosi się do silnika prądu przemiennego, w którym wirnik obraca się wolniej niż pole magnetyczne stojana, to znaczy asynchronicznie. Ale ta definicja nie jest zbyt pouczająca. Aby to zrozumieć, musisz dowiedzieć się, jak zaprojektowano ten silnik.

Silnik indukcyjny, jak każdy inny, składa się z dwóch głównych części - wirnik i stojan. „Dla manekinów” w elektrykach rozszyfrowujemy:

• Stojan nazywany jest stałą częścią dowolnego generatora lub silnika elektrycznego.
• Wirnik nazywany jest wirującą częścią silnika, która napędza mechanizmy.

Stojan składa się z obudowy, której końce są zamknięte osłonami łożysk, w których zamontowane są łożyska. W zależności od przeznaczenia i mocy silnika stosuje się łożyska ślizgowe lub toczne. Rdzeń znajduje się w skrzynce, na której jest zainstalowane uzwojenie. Nazywa się to uzwojeniem stojana.

Ponieważ prąd zmienia się w celu zmniejszenia strat spowodowanych prądami błądzącymi (Prądy Foucaulta) rdzeń stojana jest wyciągany z cienkich stalowych płyt izolowanych od siebie za pomocą kamienia i łączonych lakierem.Napięcie zasilające jest dostarczane do uzwojenia stojana, przepływający w nich prąd nazywany jest prądem stojana.

Liczba uzwojeń zależy od liczby faz zasilania i konstrukcji silnika. Zatem silnik trójfazowy ma co najmniej trzy uzwojenia połączone obwodem gwiazdy lub trójkąta. Ich liczba może być większa i wpływa to na prędkość obrotową wału, ale porozmawiamy o tym później.

Ale z wirnikiem rzeczy są bardziej interesujące, jak już wspomniano, może to być zwarcie lub faza.

Wirnik klatkowy to zestaw metalowych prętów (zwykle aluminiowych lub miedzianych), na powyższym rysunku są one oznaczone liczbą 2, przylutowane lub wypełnione do rdzenia (1), zamknięte pierścieniami (3). Ta konstrukcja przypomina koło, w którym biegną udomowione gryzonie, dlatego często nazywa się ją „klatką wiewiórki” lub „kołem wiewiórki” i ta nazwa nie jest slangowa, ale dosłownie literacka. Aby zredukować wyższe harmoniczne pola elektromagnetycznego i pulsację pola magnetycznego, pręty są układane nie wzdłuż wałka, ale pod pewnym kątem względem osi obrotu.

Wirnik fazowy różni się od poprzedniego tym, że ma już trzy uzwojenia, jak na stojanie. Początek uzwojenia jest połączony z pierścieniami, zwykle miedzianymi, są one dociskane do wału silnika. Później krótko wyjaśnimy, dlaczego są potrzebne.

W obu przypadkach jeden z końców wału jest połączony z mechanizmem napędzanym ruchem, ma kształt stożkowy lub cylindryczny z rowkami lub bez, w celu zainstalowania kołnierza, koła pasowego i innych mechanicznych części napędowych.

Wirnik jest zamocowany na „tylnej” części wału, która jest niezbędna do przedmuchiwania i chłodzenia; obudowa jest umieszczana na obudowie nad wirnikiem. W ten sposób zimne powietrze jest kierowane wzdłuż żeber silnika indukcyjnego, jeśli z jakiegoś powodu wirnik się nie obraca, przegrzeje się.

Konstrukcja pierwszego silnika indukcyjnego została opracowana przez M.O. Dolivo-Dobrovolsky i opatentował go w 1889 roku. Bez żadnych zmian przetrwał do dziś.

Zasada działania

Asynchroniczne maszyny elektryczne są często nazywane indukcją, wynika to z ich zasady działania. Każdy silnik elektryczny wprawiany jest w ruch obrotowy w wyniku oddziaływania pól magnetycznych wirnika i stojana, a także dzięki sile amperowej. Z kolei pole magnetyczne może istnieć albo wokół magnesu stałego, albo wokół przewodnika, przez który przepływa prąd. Ale jak dokładnie działa maszyna asynchroniczna?

W silniku indukcyjnym, w przeciwieństwie do innych, nie ma uzwojenia pola jako takiego, podczas gdy ma ono pole magnetyczne? Odpowiedź jest prosta: silnik indukcyjny jest transformatorem.

Rozważ zasadę jego działania na przykładzie maszyny trójfazowej, ponieważ to one występują częściej niż inne.

Na poniższym rysunku pokazano lokalizację zwojów na rdzeniu stojana trójfazowego silnika asynchronicznego.

W wyniku przepływu prądu trójfazowego w uzwojeniach stojana pojawia się wirujące pole magnetyczne. Ze względu na przesunięcie fazowe prąd przepływa jedno lub drugie uzwojenie, zgodnie z tym istnieje pole magnetyczne, którego bieguny są skierowane zgodnie z regułą prawej ręki. I zgodnie ze zmianą prądu w jednym lub drugim uzwojeniu, bieguny są wysyłane w odpowiednim kierunku. Jak ilustruje poniższa animacja:

W najprostszym przypadku (dwubiegunowym) uzwojenia są ułożone w taki sposób, że każde z nich jest przesunięte o 120 stopni w stosunku do poprzedniego, podobnie jak kąt fazowy napięcia w sieci prądu przemiennego.

Prędkość obrotowa pola magnetycznego stojana nazywa się synchroniczną. Dowiedz się więcej o tym, jak się obraca i dlaczego dowiesz się z następnego filmu. Zauważ, że w silnikach dwufazowych (kondensatorowych) i jednofazowych - nie obraca się, ale eliptycznie lub pulsuje, a uzwojenia nie są 3, ale 2.

Jeśli weźmiemy pod uwagę silnik asynchroniczny z wirnikiem klatkowym, pole magnetyczne stojana indukuje pole elektromagnetyczne w swoich prętach, ponieważ są one zamknięte, a następnie płynie prąd.Z tego powodu występuje również pole magnetyczne.

W wyniku interakcji dwóch pól i Siła amperowadziałając na wirnik, zaczyna się on obracać po wirującym polu magnetycznym stojana, ale jednocześnie zawsze pozostaje nieco w tyle za prędkością obrotową stojana MP, to opóźnienie nazywa się poślizgiem.

Jeśli prędkość obrotowa pola magnetycznego jest nazywana synchroniczną, to prędkość obrotowa wirnika jest już asynchroniczna, od której otrzymał tę nazwę.

W AD z wirnikiem fazowym rzeczy są podobne, z tym że reostat jest podłączony do jego pierścieni, które po wejściu silnika w tryb pracy są usuwane z obwodu, a uzwojenia są zwarte. Jest to pokazane na poniższym schemacie, ale zamiast reostatu stosowane są stałe rezystory, połączone lub blokowane przez styczniki KM3, KM2, KM1.

Takie podejście umożliwia płynny rozruch i zmniejsza prądy rozruchowe, zwiększając czynny opór elektryczny wirnika.

Podsumowując:

1. Prąd w uzwojeniach stojana generuje pole magnetyczne.
2. Pole magnetyczne prowadzi do prądu w wirniku.
3. Prąd w wirniku prowadzi do pojawienia się wokół niego pola.
4. Ponieważ pole stojana obraca się, z powodu swojego pola wirnik zaczyna się obracać za nim.

Prędkość poślizgu i obrotu

Częstotliwość rotacji pola magnetycznego stojana (n1) jest większa niż częstotliwość rotacji wirnika (n2). Różnica między nimi nazywa się slip i jest oznaczona łacińską literą S i obliczona według wzoru:

S = (n1-n2) * 100% / n1

Przesuwanie nie jest wadą tego silnika elektrycznego, ponieważ jeśli jego wał obracałby się z taką samą częstotliwością jak pole magnetyczne stojana (synchronicznie), wówczas w jego prętach nie byłby indukowany żaden prąd i po prostu nie obracałby się.

Teraz ważniejsza koncepcja - prędkość obrotowa wirnika silnika indukcyjnego. To zależy od 3 wartości:

• częstotliwość napięcia zasilania (f);
• liczba par biegunów magnetycznych (p);
• poślizg (S).

Liczba par biegunów magnetycznych określa synchroniczną prędkość obrotu pola i zależy od liczby uzwojeń stojana. Przesuw zależy od obciążenia i konstrukcji konkretnego silnika elektrycznego i mieści się w zakresie 3–10%, co oznacza, że ​​prędkość asynchroniczna jest nieznacznie mniejsza niż synchroniczna. Cóż, częstotliwość prądu przemiennego jest ustalona na 50 Hz.

Dlatego prędkość obrotowa wału silnika indukcyjnego jest trudna do regulacji, można wpływać tylko na częstotliwość sieci, to znaczy przez ustawienie przetwornica częstotliwości. Możliwe jest obniżenie napięcia stojana, ale wtedy moc na wale maleje, jednak taka technika jest stosowana przy uruchamianiu AM z przełączaniem uzwojeń z gwiazdy na trójkąt w celu zmniejszenia prądów rozruchowych.

Częstotliwość obrotu pola stojana (prędkość synchroniczna) jest określona przez wzór:

n = 60 * f / p

Tak więc w silniku z jedną parą biegunów magnetycznych (dwa bieguny) prędkość synchroniczna wynosi:

60 * 50/1 = 3000 rpm

Najczęstsze opcje dla silników elektrycznych z:

• jedna para biegunów (3000 rpm);
• dwa (1500 rpm);
• trzy (1000 rpm);
• cztery (750 rpm).

Rzeczywista prędkość wirnika będzie nieco niższa, w prawdziwym silniku indukcyjnym jest to wskazane na tabliczce znamionowej, na przykład tutaj - 2730 obr / min. Mimo to ludzie nazywają taki silnik asynchroniczny zgodnie z prędkością synchroniczną lub po prostu „trzema tysiącami metrów”.

Wtedy jego poślizg wynosi:

3000-2730*100%/3000=9%

Szereg zastosowań

Asynchroniczny silnik elektryczny znalazł zastosowanie we wszystkich obszarach działalności człowieka. Te, które są zasilane z jednej fazy (od 220 V), można znaleźć w siłownikach o niskiej mocy lub w urządzeniach gospodarstwa domowego i narzędziach, na przykład:

• w pralce typu „niemowlęcego” i innych starych modelach radzieckich;
• w betoniarce;
• w wentylatorze;
• w kapturze;
• a nawet w kosiarkach z górnego segmentu cenowego.

W produkcji w sieciach trójfazowych:

• automatyczne zasuwy;
• mechanizmy podnoszące (dźwigi i wciągarki);
• wentylacja;
• sprężarki;
• Lakierki
• maszyny do obróbki drewna i metali i nie tylko.

AD jest również stosowany w pojazdach elektrycznych, a ostatnio silnik asynchroniczny z uzwojeniem typu Slavyanka i tak zwane koło silnikowe Duyunov są aktywnie reklamowane w Internecie, co można znaleźć w filmie dewelopera.

Zakres silników indukcyjnych jest tak szeroki, że sama lista będzie dłuższa niż ten artykuł, więc każdy elektryk powinien wiedzieć, jak jest ułożony, do czego służy i gdzie jest używany. Podsumowując i wymieniając zalety i wady tych urządzeń.

Plusy:

1. Prosta konstrukcja.
2. Niska cena.
3. Prawie nie wymagają konserwacji.

Główną wadą jest trudność w regulacji prędkości w porównaniu z tymi samymi silnikami prądu stałego lub uniwersalnymi maszynami zbierającymi. W związku z tym trudno jest zorganizować płynne uruchomienie dużych maszyn, a częściej odbywa się to za pomocą drogiej przetwornicy częstotliwości.

Na tym kończymy rozważenie silników indukcyjnych i ich zakresu. Mamy nadzieję, że po przeczytaniu artykułu zrozumiesz, co to jest i jak działa ta maszyna elektryczna!

Powiązane materiały:

• Jak wybrać przetwornicę częstotliwości dla mocy i prądu
• Różnica między prądem przemiennym i stałym
• Napięcie fazowe i sieciowe