Podívejte se, jak funguje asynchronní motor – aby ve vodiči mohl vzniknout proud, musí vedle něj být měnící se magnetické pole. Magnetické pole ve statoru elektromotoru se otáčí v kruhu. Stator si lze představit jako magnet rotující kolem rotoru. Když pól tohoto magnetu přejde přes vodič, nejprve se k němu přiblíží a poté se vzdaluje – síla magnetického pole se mění, nejprve se zvětšuje, pak slábne. A díky tomu vzniká v rotoru proud. No a na vodič s proudem v magnetickém poli působí Ampérová síla – začne se pohybovat, v případě motoru rotovat.
Proto pro asynchronní motory můžete použít nejjednodušší rotory – klec nakrátko. Protože nemusíme nic dělat, proud vzniká v samotném rotoru, jen pro něj musíme zorganizovat uzavřený okruh.
Pokud by se rotor otáčel současně s magnetickým polem (tedy synchronně), pak by se velikost magnetického pole neměnila – řekněme vodič je vždy umístěn přímo pod pólem – velikost magnetického pole je vždy stejná – proud se tedy neindukuje – proto se rotor zastaví. To je důvod, proč se u motorů rotor otáčí o něco pomaleji, než je rychlost otáčení magnetického pole.
Tato frekvence závisí na zatížení. Zde je rotor bez zatížení. Magnetické pole se mírně otočilo – indukoval se malý proud, který však stačil k otočení rotoru. Pokud je zátěž velká, tak aby se indukoval velký proud, je potřeba magnetické pole více změnit – tedy otočit dále, to znamená, že rotor se zátěží začne více zaostávat za magnetickým polem. Ve skutečnosti je to tajemné slovo „klouzání“, které charakterizuje tento proces.
Aby se rotor otáčel synchronně s magnetickým polem, musí jím protékat proud. Proto máte chybu ve druhé otázce – u synchronních motorů není žádná „klec na veverku“, je tam skutečné vinutí, stejné jako ve statoru, a do tohoto vinutí je také přiváděn proud zvenčí – pomocí kartáče mechanismus. Vzhledem k tomu, že v něm protéká konstantní proud, bude konstantní i Ampérová síla – a tedy konstantní bude i rychlost otáčení.
Proč se synchronní motory nespouštějí ze sítě, je otázka na stejnou mechaniku. V asynchronním motoru se proud střídavě objevuje a mizí v každém jednotlivém drátu klece nakrátko, když kolem každého drátu prochází pól magnetu. Výsledkem je taková pevná struktura, ve které se naprosto v každém okamžiku nachází v blízkosti pólů magnetu proud, který otáčí rotorem požadovaným směrem. Jednoduše řečeno, zde je drát rotoru. Když přes něj přejde severní pól, indukuje se v něm dopředný proud a otočí se doleva. Severní pól odchází – proud mizí. Pak se nad ním objeví jižní pól, který indukuje proud „zpět“ – a vodič se stále točí doleva.
U synchronních motorů to nefunguje – protože v rotoru je již proud, je to magnet s permanentními póly. Když přes něj jeden pól přejde, je k němu přitahován, když je druhý odpuzován. Vzhledem k tomu, že se magnetické pole rychle točí a setrvačnost rotoru je poměrně slušná, prostě se nestihne roztočit natolik, aby sledoval jeden z pólů (výjimkou jsou malé, pomalé a nezatížené motory – ty mají točivý moment větší než moment setrvačnosti a mohou být připojeny přímo k síti).
Proto takové motory potřebují pomoc při startování. V nejjednodušší verzi jděte nahoru a otočte jej rukou do požadovaného směru – aby mělo rotující pole statoru delší interakci ve směru přitažlivosti než ve směru odpuzování. Rotor zrychlí a vstoupí do synchronizace.
Tlačit motory rukama je ale nevděčný úkol, a tak si většinou vystačí s technickými prostředky. To je buď asynchronní spouštění – dělají klec pro veverky, jen ne skutečnou plnohodnotnou, ale pomocnou. S jeho pomocí se motor nastartuje jako asynchronní a poté se do vinutí rotoru přivede stejnosměrný proud, aby se rychlost otáčení dostala na synchronní. Buď startování pomocí budiče – speciálního zařízení, které buď mechanicky, nebo úpravou velikosti proudu vytváří jakousi „imitaci“ stejného procesu jako u asynchronního motoru.
Elektromotor je zařízení, které přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii. Konstrukčně se jednotka skládá ze statoru (pevného) a rotoru (rotuje). První vytváří magnetický tok a druhý se otáčí pod vlivem elektromotorické síly (EMF).
Rozdíl – stručně jednoduchými slovy
Stručně a jednoduše řečeno, synchronní a asynchronní motory se liší konstrukcí svých rotorů. Zvenčí je téměř nemožné pochopit, který elektromotor je před vámi, kromě přítomnosti přídavných chladicích žeber pro asynchronní elektromotory.
U zařízení pracujícího na synchronním principu je na rotoru upraveno vinutí s nezávislým napájením napětí.
V asynchronním motoru není proud přiváděn do rotoru, ale je generován pomocí magnetického pole statoru. Statory obou jednotek jsou přitom designově totožné a mají podobnou funkci – vytváření magnetického pole.
U synchronního motoru navíc magnetická pole statoru a rotoru vzájemně působí a mají stejnou rychlost.
Asynchronní jednotky mají ve štěrbinách rotoru zkratované kovové destičky nebo kontaktní kroužky, které velikostí posuvu zajišťují rozdíl v magnetickém poli mechanismu rotoru a statoru.
Navzdory zdánlivé jednoduchosti je nepravděpodobné, že bude možné se s tímto problémem okamžitě vypořádat, takže se na problém budeme podrobněji dívat. Promluvme si o vlastnostech a rozdílech mezi asynchronními a synchronními stroji.
Synchronní motor (SM)
Synchronní motor je jednotka s individuální konstrukcí rotoru a induktorem s permanentním magnetem. Vyznačuje se vylepšenými charakteristikami výkonu, točivého momentu a setrvačnosti. Má řadu konstrukčních prvků a provozních principů.
Zařízení
Konstrukčně se skládá ze dvou prvků: rotoru (rotuje) a statoru (pevný mechanismus). Sestava rotoru je umístěna uvnitř statoru, ale existují provedení, kde je rotor umístěn na horní straně statoru.
Rotor obsahuje permanentní magnety vyznačující se zvýšenou koercitivní silou.
Strukturálně jsou LED rozděleny do dvou typů podle jejich pólů:
- Implicitně vyjádřeno. Liší se stejnou indukčností podél příčné a podélné osy.
- Explicitně vyjádřeno. Příčná a podélná indukčnost mají různé parametry.
Strukturálně se rotory dodávají v různých provedeních a provedeních.
Magnety jsou zejména:
- Venkovní instalace.
- Vložené.
Stator se obvykle skládá ze dvou součástí:
Vinutí statorového mechanismu je dvou typů:
- Distribuováno. Jeho rozdíl spočívá v počtu slotů na pól a fázi. Pohybuje se od dvou nebo více.
- Soustředěno. Na jeden pól a fázi je pouze jeden počet drážek a samotné drážky jsou rozmístěny rovnoměrně po povrchu statorové části. Dvojice cívek, které tvoří vinutí, může být zapojena paralelně nebo sériově. Nevýhodou takových vinutí je nemožnost ovlivnění vedení EMF.
Tvar elektromotorické síly elektrického synchronního motoru je ve tvaru:
- Trapéz. Charakteristické pro zařízení s výrazným pólem.
- Sinusoidy. Vzniká zkosením hrotů na kůlech.
Obecně řečeno, synchronní motor se skládá z následujících prvků:
- montáž s ložisky;
- jádro;
- rukáv;
- magnety;
- kotva s vinutím;
- rukáv;
- „talíř“ vyrobený z oceli.
Princip činnosti
Nejprve se do vinutí pole přivádí stejnosměrný proud. Vytváří magnetické pole v části rotoru. Stator zařízení obsahuje vinutí pro vytvoření magnetického pole.
Jakmile je na vinutí statoru přiveden proměnný proud, vytvoří se točivý moment podle Ampérova zákona a rotor se začne otáčet frekvencí rovnou frekvenci proudu v sestavě statoru. V tomto případě jsou oba parametry totožné, proto se motor nazývá synchronní.
Rotační EMF je tvořeno díky nezávislému zdroji energie, který vám umožňuje měnit rychlost a nebýt vázán na výkon připojených spotřebičů.
Vezmeme-li v úvahu zvláštnosti provozu, nemůže se synchronní elektromotor po připojení ke zdroji třífázového proudu sám rozběhnout.
Rozsah aplikace
Elektromotor synchronního typu má díky konstantní rychlosti otáčení širokou škálu aplikací.
Tato funkce rozšiřuje rozsah její aplikace:
- energie: zdroje jalového výkonu pro udržení napětí, udržování stability sítě při nouzových poklesech;
- strojírenství, například při výrobě gilotinových nůžek s vysokým rázovým zatížením;
- další oblasti – rotace výkonných kompresorů nebo ventilátorů, generátory u elektráren, zajištění stabilního provozu čerpacích zařízení atd.
Výhody a nevýhody
Po zvážení konstrukčních vlastností, principu činnosti a rozsahu použití SD shrneme pozitivní / negativní vlastnosti.
- Schopnost pracovat s kosinusem Phi rovným jedné (poměr užitečného výkonu k celkovému výkonu). Tato funkce zlepšuje kosinus phi sítě. Při práci s vedoucím proudem synchronní stroje generují jalový výkon, který je dodáván do asynchronních motorů a snižuje spotřebu „činidla“ z generátorů elektráren.
- Vysoká účinnost, dosahující 97-98%.
- Zvýšená spolehlivost díky velké vzduchové mezeře.
- Dostupnost regulace charakteristiky přetížení v důsledku změn proudu dodávaného do rotoru.
- Nízká citlivost na změny síťového napětí.
- Složitější konstrukce a tím i vysoké výrobní náklady.
- Potíže se startováním, protože to vyžaduje speciální zařízení: budič, usměrňovač.
- Požadavek na zdroj stejnosměrného proudu.
- Používejte pouze pro mechanismy, které nepotřebují měnit rychlost.
Příklad SD2-85/37-6U3, 500 kW, 1000 ot./min, 6000 V.
СД2-85/37-6У3, 500кВт, 1000об/мин, 6000В
Asynchronní motor (IM)
Asynchronní (indukční) elektromotor s různou frekvencí otáčení magnetického pole ve statoru a otáčkami rotoru. V závislosti na typu a nastavení může pracovat v režimu motoru nebo generátoru, režimu XX nebo elektromagnetické brzdy.
Návrhové prvky
Strukturálně je obtížné odlišit asynchronní mechanismy od synchronních. Skládají se také ze dvou hlavních jednotek: statoru a rotoru. V tomto případě může být sestava rotoru fázová nebo zkratovaná. Stále ale existují drobné designové rozdíly.
Podívejme se, z čeho se skládá asynchronní motor:
- jádro;
- ventilátor s pouzdrem;
- ložisko;
- svorkovnice;
- trojité vinutí;
- sběrací kroužky.
S přihlédnutím k výše uvedenému je jedním z hlavních rozdílů absence vinutí na kotvě (výjimkou je fáze IM). Místo vinutí obsahuje rotor tyče vzájemně zkratované.
Princip
U asynchronního motoru vzniká magnetické pole vlivem proudu ve vinutí statoru umístěného ve speciálních štěrbinách. Na rotoru, jak je uvedeno výše, nejsou žádná vinutí, ale místo toho jsou zde zkratované kombinované tyče. Tato vlastnost je typická pro mechanismus rotoru s kotvou nakrátko.
U druhého typu rotoru (fáze) jsou na rotoru umístěna vinutí, jejichž proud a odpor lze regulovat jednotkou reostatu.
Jednoduše řečeno, princip fungování lze rozdělit do několika složek:
- Při přivedení napětí se ve statoru vytvoří magnetické pole.
- V rotoru se objeví proud, který interaguje s EMF statoru.
- Rotorový mechanismus se otáčí stejným směrem, ale se zpožděním (prokluzem) 1 až 8 procent.
Rozsah aplikace
Asynchronní elektromotory jsou v každodenním životě velmi žádané kvůli jednoduchosti konstrukce a spolehlivosti v provozu.
Často se používají v domácím vybavení:
- pračky;
- ventilátor;
- kapuce;
- míchačky betonu;
- sekačky na trávu atd.
Používají se i ve výrobě, kde se připojují do 3-fázové sítě.
Do této kategorie spadají následující mechanismy:
- kompresory;
- větrání;
- čerpadla;
- automatické ventily;
- jeřáby a navijáky;
- dřevoobráběcí stroje atd.
Asynchronní stroje se používají v elektrické dopravě a dalších oborech. Našly uplatnění ve věžových jeřábech, výtazích atd.
Příklad Třífázový AIR 315S2 660V 160kW 3000ot.
Třífázový AIR 315S2 660V 160kW 3000ot.
Výhody a nevýhody
Elektromotor asynchronního typu má slabé a silné stránky, které je třeba mít na paměti.
- Jednoduchý design, který je dán třífázovým schématem zapojení a jednoduchým principem činnosti.
- Nižší náklady ve srovnání se synchronním analogem.
- Možnost přímého startu.
- Nízká spotřeba energie, díky čemuž je motor hospodárnější.
- Vysoký stupeň spolehlivosti díky zjednodušené konstrukci.
- Všestrannost a možnost použití v oblastech, kde není potřeba podpora rychlosti, nebo kde je schéma zpětnovazebního řízení.
- Lze použít při připojení k jedné fázi.
- Úspěšný samočinný start skupiny IM při ztrátě a následném napájení do nich.
- Minimální provozní náklady. Vše, co je potřeba, je pravidelně čistit mechanismus od prachu a utáhnout spojení kontaktů. Pokud dodržíte požadavky výrobců, lze ložiska měnit každých 15-20 let.
- Přítomnost kluzného efektu, který zajišťuje, že rotace rotoru zaostává za frekvencí rotace pole uvnitř mechanismu.
- Tepelné ztráty. Asynchronní motory mají tendenci se přehřívat, zejména při velkém zatížení. Z tohoto důvodu je tělo výrobku vyrobeno žebrovaným pro zvětšení chladicí plochy (u SD to není použito u všech modelů). Kromě toho lze nainstalovat ventilátor, který fouká povrch.
- Napětí pouze 220 V a více. Kvůli konstrukčním vlastnostem se takové elektromotory nevyrábějí pro provozní napětí menší než 220 V. Jako náhrada se často používají hydraulické nebo pneumatické pohony.
- Nízká účinnost při spouštění a vysoká reaktivita. Z tohoto důvodu se motor může přehřát již při spuštění. To omezuje počet startů v určitém časovém období.
- Rychlost synchronního otáčení nesmí být vyšší než 3000 ot./min., protože jinak je nutné použití přeplňovaného pohonu nebo rychloběhové převodovky.
- Potíže s regulací zařízení poháněných synchronními systémy.
- Zvýšený rozběhový proud je jedním z hlavních problémů asynchronních motorů s výkonem nad 10 kW. V okamžiku spuštění může proudové zatížení překročit jmenovitou hodnotu šestkrát až osmkrát a trvat až 5-10 sekund. Z tohoto důvodu se přímé připojení pro asynchronní uživatele nedoporučuje.
- Když dojde ke zkratu v blízkosti přípojnic při běžícím motoru, objeví se doplňování proudu.
- Citlivost na změny napětí. Pokud se tento parametr odchyluje o více než 5 %, výkon elektromotoru se odchyluje od jmenovitého. Pokud se napětí sníží, točivý moment krevního tlaku se sníží.
Porovnání synchronních a asynchronních motorů
Na závěr můžeme shrnout, jaké jsou hlavní rozdíly mezi asynchronními (AM) a synchronními (SD) motory.
Zdůrazněme základní body:
- Rotor asynchronních motorů nevyžaduje napájení proudem a indukce na pólech závisí na magnetickém poli statoru.
- Otáčky IM při zatížení se zpožďují o 1-8 % od rychlosti otáčení pole statoru. V SD je počet otáček stejný.
- „Synchronizátor“ má budicí vinutí.
- Strukturálně je rotor SD magnet: permanentní, elektrický. U IM je magnetické pole v mechanismu rotoru indukováno pomocí indukce.
- Synchronní stroj nemá rozběhový moment, takže k dosažení synchronizace je potřeba asynchronní rozběh.
- „Synchronizátory“ se používají v případech, kdy je potřeba zajistit kontinuitu výrobního procesu a není potřeba časté restartování. IM jsou potřeba tam, kde je vyžadován vysoký rozběhový moment a dochází k častým zastávkám.
- LED potřebuje další zdroj proudu.
- „Asynchronní“ se opotřebovávají pomaleji, protože v jejich konstrukci nejsou žádné sběrací kroužky s kartáči.
- Krevní tlak je zpravidla charakterizován nekulatým počtem otáček, zatímco SD je charakterizován zaokrouhleným číslem.
O jalovém výkonu
Synchronní elektromotory generují a současně spotřebovávají jalový výkon. Vlastnosti a parametry „činidla“ závisí na proudu v budícím vinutí. Při plné zátěži je kosinus Phi roven 1. V tomto režimu LED nespotřebovává „reagent“ ze sítě a proud ve vinutí statoru je minimální.
Zde je důležité pochopit, že jalový výkon zhoršuje parametry energetického systému. Velký parametr neaktivních proudů vede ke zvýšené spotřebě paliva, zvýšeným ztrátám a snížení napětí.
Kromě toho „činidlo“ zatěžuje elektrické přenosové vedení, což vede k potřebě zvětšit průřez kabelů a vodičů, a tedy zvýšit kapitálové náklady.
Dnes je jedním z hlavních úkolů energetiků kompenzace jalového výkonu. Mezi jeho hlavní spotřebitele patří IM, který spotřebuje 40 % „činidla“, elektrické pece, konvertory, elektrické vedení a výkonové transformátory.
Což je lepší
Při porovnávání asynchronních a synchronních elektromotorů je těžké odpovědět, co je lepší. Z hlediska designu a spolehlivosti vítězí IM, který má při mírném zatížení delší životnost. U LED se kartáčky rychle opotřebovávají, což vyžaduje jejich výměnu.
Jinak se jedná o dva designově podobné, ale lišící se principem fungování mechanismu s jednotlivými oblastmi použití.
