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.
V tomto článku se podíváme na zásadní rozdíly mezi synchronními a asynchronními elektromotory, aby každý, kdo čte tyto řádky, těmto rozdílům jasně porozuměl.
Asynchronní elektromotory jsou dnes rozšířenější, nicméně v některých situacích se synchronní motory ukazují jako vhodnější, efektivnější pro řešení konkrétních průmyslových a výrobních problémů, o tom bude řeč níže.
Nejprve si připomeňme, co je elektromotor. Elektrický motor je elektrický stroj určený k přeměně elektrické energie na mechanickou energii otáčení rotoru a sloužící jako pohon nějakého mechanismu, například k pohonu jeřábu nebo čerpadla.
Ve škole všem bylo řečeno a ukázáno, jak se dva magnety odpuzují jako póly a na rozdíl od pólů se přitahují. Jedná se o permanentní magnety. Existují ale i variabilní magnety. Každý si pamatuje kresbu s vodivým rámem umístěným mezi póly permanentního magnetu ve tvaru podkovy.
Horizontálně umístěný rám, pokud jím prochází stejnosměrný proud, se začne vlivem dvojice sil (Ampérova síla) otáčet v magnetickém poli permanentního magnetu, dokud není dosaženo rovnováhy ve vertikální poloze.
Pokud pak rámem propustíte stejnosměrný proud v opačném směru, rám se otočí dále. V důsledku tohoto střídavého napájení rámu stejnosměrným proudem, nejprve v jednom směru, pak ve druhém, je dosaženo kontinuálního otáčení rámu. Rám je zde analogem střídavého magnetu.
Uvedený příklad s otočným rámem demonstruje v nejjednodušší podobě princip činnosti synchronního elektromotoru. Jakýkoli synchronní elektromotor má na rotoru budicí vinutí, která jsou napájena stejnosměrným proudem, který tvoří magnetické pole rotoru. Stator synchronního elektromotoru obsahuje statorové vinutí pro vytvoření magnetického pole statoru.
Když je do vinutí statoru přiváděn střídavý proud, rotor se bude otáčet frekvencí odpovídající frekvenci proudu ve vinutí statoru. Frekvence otáčení rotoru bude synchronní s frekvencí proudu statorového vinutí, proto se takový elektromotor nazývá synchronní. Magnetické pole rotoru je vytvářeno proudem a není indukováno polem statoru, takže synchronní motor je schopen udržovat synchronní jmenovité otáčky bez ohledu na výkon zátěže, samozřejmě v rozumných mezích.
Asynchronní elektromotor se zase liší od synchronního. Pokud si pamatujete kresbu v rámu a rám je jednoduše zkratován, pak když se magnet otáčí kolem rámu, proud indukovaný v rámu vytvoří magnetické pole rámu a rám se pokusí dohnat s magnetem.
Frekvence otáčení rámu při mechanickém zatížení bude vždy menší než rychlost otáčení magnetu a frekvence proto nebude synchronní. Tento jednoduchý příklad demonstruje princip činnosti indukčního motoru.
U asynchronního elektromotoru je rotující magnetické pole tvořeno střídavým proudem statorového vinutí umístěného v jeho štěrbinách. Rotor typického indukčního motoru nemá žádné vinutí, ale místo toho obsahuje zkratované tyče (rotor klece veverky), nazývané rotor klece veverky. Existují i asynchronní motory s vinutým rotorem, kde rotor obsahuje vinutí, u kterých lze odpor a proud řídit reostatem.
Jaký je tedy zásadní rozdíl mezi asynchronním elektromotorem a synchronním? Vzhledově vypadají podobně, někdy ani specialista podle vnějších znaků nerozezná synchronní elektromotor od asynchronního. Hlavní rozdíl spočívá v konstrukci rotorů. Rotor asynchronního elektromotoru není napájen proudem a póly na něm jsou indukovány magnetickým polem statoru.
Rotor synchronního motoru má nezávisle napájené budicí vinutí. Stator synchronního a asynchronního motoru jsou uspořádány stejně, funkce je v každém případě stejná – vytvoření točivého magnetického pole statoru.
Otáčky asynchronního motoru při zatížení vždy zaostávají za rotací magnetického pole statoru o velikost skluzu, zatímco otáčky synchronního motoru se frekvenčně rovnají „otáčkám“ magnetického pole statoru, takže pokud otáčky musí být konstantní při různém zatížení, je vhodnější zvolit synchronní motor, např. v Při pohonu gilotinových nůžek si se svým úkolem nejlépe poradí výkonný synchronní motor.
Rozsah použití asynchronních motorů je dnes velmi široký. Jsou to všechny druhy strojů, dopravníků, ventilátorů, čerpadel – všechna zařízení, kde je zatížení relativně stabilní, nebo snížení otáček při zatížení není pro pracovní proces kritické.
Některé kompresory a čerpadla vyžadují konstantní otáčky při jakémkoli zatížení, na taková zařízení jsou instalovány synchronní elektromotory.
Synchronní motory jsou na výrobu dražší než asynchronní, takže pokud máte na výběr a mírné snížení otáček při zátěži není kritické, pořiďte si asynchronní motor.
Synchronní elektromotory jsou široce používány v elektrických pohonech, které nevyžadují regulaci otáček. Ve srovnání s asynchronními motory mají řadu výhod:
schopnost vyrábět motory s nízkými otáčkami, což eliminuje potřebu mezilehlých převodů mezi motorem a pracovním strojem;
otáčky motoru nezávisí na zatížení jeho hřídele;
Možnost použití jako zařízení pro kompenzaci jalového výkonu.
Synchronní elektromotory mohou být spotřebiči a generátory jalového výkonu. Povaha a hodnota jalového výkonu synchronního motoru závisí na velikosti proudu v budícím vinutí. Závislost proudu ve vinutí, které dodává napětí do elektrické sítě, na budícím proudu se nazývá charakteristika tvaru U synchronního motoru. Při 100% zatížení hřídele motoru je jeho kosinus fí roven 1. Elektromotor v tomto případě nespotřebovává jalový výkon z elektrické sítě. Proud ve vinutí statoru má minimální hodnotu.
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!
