V 19. a 20. století se rychle rozvíjela věda o elektřině, což vedlo k vytvoření elektrických asynchronních motorů. Díky těmto zařízením udělal vývoj průmyslu obrovský skok kupředu a dnes si již nelze představit továrny a závody bez pomoci asynchronních strojů.
Obsah
Historie
Historie asynchronního motoru sahá až do roku 1888, kdy se objevil Nikola Tesla patentoval elektrický motorový obvod, ve stejném roce jiný elektrotechnický vědec Gallileo Ferraris publikoval článek o teoretických aspektech asynchronního stroje.
V roce 1889 ruský fyzik Michail Osipovič Dolivo-Dobrovolskij byl v Německu udělen patent na asynchronní třífázový elektromotor.
Všechny tyto vynálezy umožnily zdokonalit elektrické stroje a vedly k masovému používání elektrických strojů v průmyslu, které výrazně urychlily všechny výrobní procesy, zvýšily efektivitu a snížily pracnost.
V současné době se v průmyslu nejčastěji používá elektromotor, jehož prototyp vytvořil Dolivo-Dobrovolskij.
Konstrukce a princip činnosti asynchronního motoru
Hlavními součástmi asynchronního elektromotoru jsou stator a rotor, které jsou od sebe odděleny vzduchovou mezerou. Činnou práci v motoru vykonává vinutí a jádro rotoru.
Asynchronnost motoru je definována jako rozdíl mezi otáčkami rotoru a otáčkami elektromagnetického pole.
Stator - je pevná část motoru, jejíž jádro je vyrobeno z elektrotechnické oceli a je namontováno v základním rámu. Rám je odlit z nemagnetizovaného materiálu (např.litina, hliník). Statorové vinutí je třífázový systém, v němž jsou vodiče uloženy v drážkách s úhlem vychýlení 120 stupňů. Vinutí jsou standardně připojena k síti do hvězdy nebo trojúhelníku.
Rotor - je pohyblivá část motoru. Existují dva typy rotorů pro asynchronní motory: rotory s klecí a fázové rotory. Tyto typy se liší konstrukcí rotorového vinutí.
Indukční motor s rotorem s klecovým vinutím
Tento typ elektrického stroje poprvé patentoval M.O. Dolivo-Dobrovolského a lidově se nazývá "veverčí kolo" kvůli svému vzhledu. Zkratované vinutí rotoru se skládá ze zkratovaných měděných tyčí (hliník, mosaz) a jsou vloženy do drážek vinutí jádra rotoru. Tento typ rotoru nemá žádné pohyblivé kontakty, proto jsou tyto motory velmi spolehlivé a odolné v provozu.
Asynchronní motor s fázovým rotorem
Toto zařízení umožňuje měnit rychlost v širokém rozsahu. Fázový rotor je třífázové vinutí zapojené do hvězdy nebo trojúhelníku. Tyto motory jsou vybaveny speciálními kartáči, kterými lze regulovat otáčky rotoru. Pokud se k mechanismu takového motoru přidá speciální reostat, sníží se rozběhový odpor motoru a minimalizují se rozběhové proudy, které mají škodlivý vliv na síť a samotné zařízení.
Princip činnosti
Když se do statorového vinutí přivede elektrický proud, vzniká magnetický tok. Protože jsou fáze vůči sobě posunuty o 120 stupňů, dochází k otáčení toku ve vinutí. Pokud je rotor spojen nakrátko, vzniká při otáčení v rotoru proud, který vytváří elektromagnetické pole. Vzájemným působením magnetických polí rotoru a statoru se rotor elektromotoru otáčí. Pokud je rotor fázován, je na stator a rotor přivedeno napětí současně, v každém mechanismu vzniká magnetické pole, které na sebe vzájemně působí a otáčí rotorem.
Výhody asynchronních motorů
| S rotorem s klecí | S rotorem s fázovým vinutím |
|---|---|
| 1. Jednoduché spouštěcí zařízení a obvod | 1. Nízký startovací proud |
| 2. Nízká výrobní cena | 2. Variabilní rychlost. |
| 3. Otáčky hřídele se s rostoucím zatížením nemění. | 3. Provoz při nízkém přetížení bez kolísání otáček. |
| 4. Schopnost odolat krátkodobému přetížení. | 4. Může použít automatický restart |
| 5. Spolehlivý a odolný provoz | 5. Má vysoký točivý moment |
| 6. Vhodné do jakýchkoli pracovních podmínek | |
| 7. Má vysokou účinnost |
Nevýhody asynchronních motorů
| S rotorem s klecí | S rotorem s fázovým vinutím |
|---|---|
| 1. Otáčky rotoru nelze regulovat | 1. nadměrná velikost |
| 2. Nízký startovací moment | 2. Nižší účinnost |
| 3. Vysoký startovací proud | 3. Častá údržba kvůli opotřebovaným kartáčům |
| 4. Určitá složitost konstrukce a pohyblivých kontaktů |
Asynchronní motory jsou velmi účinná zařízení s dobrými mechanickými vlastnostmi, a proto jsou nejčastěji používaným typem motoru.
Režimy provozu
Asynchronní elektromotor je univerzální mechanismus a má několik provozních režimů z hlediska doby trvání:
- Průběžně;
- Krátký čas;
- Přerušované; periodické;
- Přerušovaně;
- Speciální.
Nepřetržitý provoz - Základní provozní režim asynchronních zařízení, který se vyznačuje nepřetržitým provozem elektromotoru bez vypínání při konstantním zatížení. Tento způsob provozu je nejběžnější a používá se v průmyslových závodech po celém světě.
Krátkodobý provoz - Běží, dokud není dosaženo ustáleného zatížení po zadanou dobu (10 až 90 minut), aniž by se stačila zahřát. Po uplynutí této doby se vypne. Tento režim se používá pro dopravu kapalin (vody, oleje, plynu atd.).voda, ropa, plyn) a další situace.
Přerušovaný provoz - Délka provozu je pevně stanovena a po ukončení pracovního cyklu se vypne. Provozní režim start-stop. Může být na určitou dobu vypnuta, než se ochladí na venkovní teplotu, a poté opět zapnuta.
Přerušovaný provoz - Motor se nezahřeje na maximální teplotu, ale ani se neochladí na teplotu okolí. Používá se ve výtazích, eskalátorech atd.
Speciální režim - Doba trvání a doba aktivace je libovolná.
V elektrotechnice existuje princip reverzibility elektrických strojů - to znamená, že zařízení může jak přeměňovat elektrickou energii na mechanickou, tak provádět opačný děj.
Asynchronní motory se rovněž řídí tímto principem a mají motorový a generátorový režim.
Provoz motoru - je základní provozní režim asynchronního elektromotoru. Když se na vinutí přivede napětí, vytvoří se elektromagnetický moment, který spojí rotor s hřídelí, a tak se hřídel začne otáčet, motor dosáhne konstantních otáček a vykonává užitečnou práci.
Režim generátoru - je založen na principu, že elektrický proud ve vinutí motoru vzniká otáčením rotoru. Pokud se rotor motoru otáčí mechanicky, vzniká ve statorovém vinutí elektromotorická síla, s kondenzátorem ve vinutí vzniká kapacitní proud. Pokud má kapacita kondenzátoru určitou hodnotu, dojde v závislosti na charakteristikách motoru k samovybuzování generátoru a vzniku třífázové napěťové soustavy. Motor s klecovým vinutím tedy pracuje jako generátor.
Řízení otáček asynchronních motorů
Pro regulaci otáček asynchronních elektromotorů a řízení jejich provozních režimů existují následující metody:
- Frekvence - změnou frekvence proudu v elektrické síti se mění otáčky elektromotoru. K této metodě se používá zařízení zvané frekvenční měnič;
- Reostat - změnou odporu reostatu v rotoru se mění otáčky. Tato metoda zvyšuje rozběhový moment a kritický prokluz;
- Pulzní - způsob regulace, při kterém je na motor přiváděno zvláštní typ napětí.
- Vinutí se za chodu elektromotoru přepíná z hvězdy do trojúhelníku, čímž se snižují rozběhové proudy;
- Řízení se změnou pólových párů pro rotory s klecí;
- Připojení indukčního odporu pro motory s fázovým rotorem.
S rozvojem elektronických systémů je řízení různých asynchronních motorů stále účinnější a přesnější. Tyto motory se používají všude na světě, rozmanitost úkolů, které tyto mechanismy plní, se den ode dne zvyšuje a jejich potřeba neklesá.
Související články:
