Η επιστήμη του ηλεκτρισμού κατά τον XIX και XX αιώνα αναπτύχθηκε ραγδαία, γεγονός που οδήγησε στη δημιουργία ηλεκτρικών ασύγχρονων κινητήρων. Με αυτές τις συσκευές, η ανάπτυξη της βιομηχανίας έκανε ένα τεράστιο άλμα προς τα εμπρός και είναι πλέον αδύνατο να φανταστεί κανείς εργοστάσια και εγκαταστάσεις χωρίς τη βοήθεια ασύγχρονων μηχανών.
Περιεχόμενα
Ιστορία
Η ιστορία του ασύγχρονου κινητήρα χρονολογείται από το 1888 όταν Νίκολα Τέσλα κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας ένα κύκλωμα ηλεκτρικού κινητήρα, την ίδια χρονιά ένας άλλος ηλεκτρολόγος επιστήμονας Gallileo Ferraris δημοσίευσε μια εργασία σχετικά με τις θεωρητικές πτυχές της ασύγχρονης μηχανής.
Το 1889 ένας Ρώσος φυσικός Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky έλαβε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας στη Γερμανία για ασύγχρονο τριφασικό ηλεκτροκινητήρα.
Όλες αυτές οι εφευρέσεις κατέστησαν δυνατή τη βελτίωση των ηλεκτρικών μηχανών και οδήγησαν στη μαζική χρήση ηλεκτρικών μηχανών στη βιομηχανία, οι οποίες επιτάχυναν σημαντικά όλες τις βιομηχανικές διαδικασίες, βελτίωσαν την αποδοτικότητα και μείωσαν την ένταση της εργασίας.
Επί του παρόντος, ο πιο συνηθισμένος ηλεκτροκινητήρας που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία είναι το πρωτότυπο της ηλεκτρικής μηχανής που δημιουργήθηκε από τους Dolivo-Dobrovolsky.
Σχεδιασμός και αρχή λειτουργίας ασύγχρονου κινητήρα
Τα κύρια εξαρτήματα ενός ασύγχρονου ηλεκτροκινητήρα είναι ο στάτης και ο δρομέας, τα οποία χωρίζονται μεταξύ τους με ένα διάκενο αέρα. Το ενεργό έργο στον κινητήρα εκτελείται από τα τυλίγματα και τον πυρήνα του δρομέα.
Ο ασυγχρονισμός του κινητήρα ορίζεται ως η διαφορά μεταξύ της ταχύτητας του δρομέα και της ταχύτητας του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.
Στάτη - είναι ένα σταθερό μέρος του κινητήρα του οποίου ο πυρήνας είναι κατασκευασμένος από ηλεκτρολογικό χάλυβα και είναι τοποθετημένος στο πλαίσιο βάσης. Ο σκελετός χυτεύεται από υλικό που δεν είναι μαγνητικό (π.χ. χυτοσίδηρος, αλουμίνιο κ.λπ.).χυτοσίδηρο, αλουμίνιο). Τα τυλίγματα του στάτη είναι ένα τριφασικό σύστημα στο οποίο τα σύρματα είναι τοποθετημένα σε σχισμές με γωνία εκτροπής 120 μοιρών. Οι φάσεις περιέλιξης συνδέονται στο δίκτυο σε κυκλώματα αστέρα ή τρίγωνο ως στάνταρ.
Ο ρότορας - είναι το κινούμενο μέρος του κινητήρα. Υπάρχουν δύο τύποι δρομέων για ασύγχρονους κινητήρες: δρομείς βραχυκυκλωμένου κλωβού και δρομείς φάσης. Αυτοί οι τύποι διαφέρουν ως προς το σχεδιασμό της περιέλιξης του δρομέα.
Επαγωγικός κινητήρας με δρομέα βραχυκυκλωμένου κλωβού
Αυτός ο τύπος ηλεκτρικής μηχανής κατοχυρώθηκε για πρώτη φορά με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από τον M.O. Dolivo-Dobrovolsky και ονομάζεται ευρέως "τροχός σκίουρου" λόγω της εμφάνισής του. Το βραχυκυκλωμένο τύλιγμα δρομέα αποτελείται από βραχυκυκλωμένες ράβδους χαλκού (αλουμίνιο, ορείχαλκος) και εισάγονται στις υποδοχές περιέλιξης του πυρήνα του δρομέα. Αυτός ο τύπος δρομέα δεν έχει κινούμενες επαφές, οπότε οι κινητήρες αυτοί είναι πολύ αξιόπιστοι και ανθεκτικοί στη λειτουργία.
Ασύγχρονος κινητήρας με φάση-ρότορα
Αυτή η συσκευή επιτρέπει τη μεταβολή της ταχύτητας σε ένα ευρύ φάσμα. Ο φασικός δρομέας είναι ένα τριφασικό τύλιγμα που συνδέεται σε διάταξη αστέρα ή τρίγωνο. Οι κινητήρες αυτοί είναι εξοπλισμένοι με ειδικές βούρτσες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο της ταχύτητας του ρότορα. Εάν στον μηχανισμό ενός τέτοιου κινητήρα προστεθεί ένας ειδικός ρεοστάτης, η αντίσταση εκκίνησης του κινητήρα θα μειωθεί και τα ρεύματα εκκίνησης, τα οποία έχουν επιβλαβείς επιπτώσεις στο δίκτυο και στην ίδια τη συσκευή, θα ελαχιστοποιηθούν.
Αρχή λειτουργίας
Όταν εφαρμόζεται ηλεκτρικό ρεύμα στα τυλίγματα του στάτη, δημιουργείται μαγνητική ροή. Καθώς οι φάσεις είναι μετατοπισμένες μεταξύ τους κατά 120 μοίρες, αυτό προκαλεί την περιστροφή της ροής στα τυλίγματα. Εάν ο ρότορας βραχυκυκλωθεί, η περιστροφή αυτή δημιουργεί ρεύμα στον ρότορα το οποίο δημιουργεί ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Αλληλεπιδρώντας μεταξύ τους, τα μαγνητικά πεδία του δρομέα και του στάτη προκαλούν την περιστροφή του δρομέα του ηλεκτροκινητήρα. Εάν ο δρομέας είναι φασικός, η τάση εφαρμόζεται ταυτόχρονα στον στάτη και στον δρομέα, εμφανίζεται ένα μαγνητικό πεδίο σε κάθε μηχανισμό, αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και περιστρέφουν τον δρομέα.
Πλεονεκτήματα των ασύγχρονων κινητήρων
| Με δρομέα βραχυκυκλωμένου κλωβού | Με ρότορα τυλιγμένο σε φάση |
|---|---|
| 1. Απλή συσκευή και κύκλωμα εκκίνησης | 1. Χαμηλό ρεύμα εκκίνησης |
| 2. Χαμηλή τιμή κατασκευής | 2. Μεταβλητή ταχύτητα. |
| 3. Η ταχύτητα του άξονα δεν αλλάζει με την αύξηση του φορτίου. | 3. Λειτουργία με χαμηλές υπερφορτίσεις χωρίς μεταβολή της ταχύτητας. |
| 4. Ικανή να αντέχει σε υπερφορτίσεις μικρής διάρκειας. | 4. Μπορεί να εφαρμόσει αυτόματη επανεκκίνηση |
| 5. Αξιόπιστη και ανθεκτική λειτουργία | 5. Έχει υψηλή ροπή στρέψης |
| 6. Κατάλληλο για οποιεσδήποτε συνθήκες εργασίας | |
| 7. Έχει υψηλή απόδοση |
Μειονεκτήματα των ασύγχρονων κινητήρων
| Με δρομέα βραχυκυκλωμένου κλωβού | Με ρότορα τυλιγμένο σε φάση |
|---|---|
| 1. Η ταχύτητα του ρότορα δεν μπορεί να ελεγχθεί | 1. υπερμεγέθης |
| 2. Χαμηλή ροπή εκκίνησης | 2. Χαμηλότερη απόδοση |
| 3. Υψηλό ρεύμα εκκίνησης | 3. Συχνή συντήρηση λόγω φθαρμένων βουρτσών |
| 4. Κάποια πολυπλοκότητα στο σχεδιασμό και τις κινούμενες επαφές |
Οι επαγωγικοί κινητήρες είναι πολύ αποδοτικές συσκευές με εξαιρετικά μηχανικά χαρακτηριστικά και, ως εκ τούτου, είναι ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος τύπος κινητήρα.
Τρόποι λειτουργίας
Ένας ασύγχρονος ηλεκτροκινητήρας είναι ένας ευέλικτος μηχανισμός και έχει διάφορους τρόπους λειτουργίας όσον αφορά τη διάρκεια:
- Συνεχής,
- Σύντομο χρονικό διάστημα,
- Διαλείπουσα; Περιοδική,
- Διαλείπουσα,
- Ειδικά.
Συνεχής λειτουργία - Ο βασικός τρόπος λειτουργίας των ασύγχρονων συσκευών, ο οποίος χαρακτηρίζεται από τη συνεχή λειτουργία του ηλεκτροκινητήρα χωρίς διακοπές με σταθερό φορτίο. Αυτός ο τρόπος λειτουργίας είναι ο πιο συνηθισμένος και χρησιμοποιείται σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις σε όλο τον κόσμο.
Βραχυχρόνια λειτουργία - Τρέχει έως ότου επιτευχθεί σταθερό φορτίο για καθορισμένο χρονικό διάστημα (10 έως 90 λεπτά) χωρίς να έχουν αρκετό χρόνο για να ζεσταθούν. Μετά από αυτό το χρονικό διάστημα, απενεργοποιείται. Αυτή η λειτουργία χρησιμοποιείται για τη μεταφορά ρευστών (νερό, πετρέλαιο, αέριο κ.λπ.).νερό, πετρέλαιο, αέριο) και άλλες καταστάσεις.
Διακοπτόμενη λειτουργία - Η διάρκεια λειτουργίας είναι σταθερή και, μετά την ολοκλήρωση του κύκλου εργασίας, απενεργοποιείται. Λειτουργία έναρξης-λειτουργίας-διακοπής. Μπορεί να απενεργοποιηθεί για κάποιο χρονικό διάστημα πριν προλάβει να κρυώσει στις εξωτερικές θερμοκρασίες και στη συνέχεια να ενεργοποιηθεί ξανά.
Διακοπτόμενη λειτουργία - Ο κινητήρας δεν θερμαίνεται στη μέγιστη θερμοκρασία, αλλά δεν ψύχεται ούτε στη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Χρησιμοποιείται σε ανελκυστήρες, κυλιόμενες σκάλες κ.λπ.
Ειδική λειτουργία - Η διάρκεια και η περίοδος ενεργοποίησης είναι αυθαίρετη.
Στην ηλεκτρολογία υπάρχει η αρχή της αντιστρεψιμότητας των ηλεκτρικών μηχανών - αυτό σημαίνει ότι η συσκευή μπορεί τόσο να μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια όσο και να εκτελεί την αντίστροφη ενέργεια.
Οι ασύγχρονοι κινητήρες ανταποκρίνονται επίσης σε αυτή την αρχή και έχουν μια λειτουργία κινητήρα και μια λειτουργία γεννήτριας.
Λειτουργία κινητήρα - είναι ο βασικός τρόπος λειτουργίας ενός ασύγχρονου ηλεκτροκινητήρα. Όταν εφαρμόζεται τάση στα τυλίγματα, δημιουργείται ηλεκτρομαγνητική ροπή, η οποία συμπαρασύρει τον δρομέα με τον άξονα και έτσι ο άξονας αρχίζει να περιστρέφεται, ο κινητήρας φτάνει σε σταθερή ταχύτητα, εκτελώντας χρήσιμο έργο.
Λειτουργία γεννήτριας - βασίζεται στην αρχή ότι το ηλεκτρικό ρεύμα στα τυλίγματα του κινητήρα παράγεται από την περιστροφή του δρομέα. Εάν ο ρότορας του κινητήρα περιστρέφεται μηχανικά, δημιουργείται μια ηλεκτροκινητική δύναμη στα τυλίγματα του στάτη, με έναν πυκνωτή στα τυλίγματα, δημιουργείται ένα χωρητικό ρεύμα. Εάν η χωρητικότητα του πυκνωτή έχει μια ορισμένη τιμή, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του κινητήρα, η γεννήτρια θα αυτοδιεγερθεί και θα εμφανιστεί ένα τριφασικό σύστημα τάσης. Επομένως, ο κινητήρας βραχυκυκλωμένου κλωβού θα λειτουργεί σαν γεννήτρια.
Έλεγχος ταχύτητας για ασύγχρονους κινητήρες
Υπάρχουν οι ακόλουθες μέθοδοι για τη ρύθμιση της ταχύτητας των ασύγχρονων ηλεκτροκινητήρων και τον έλεγχο των τρόπων λειτουργίας τους:
- Συχνότητα - μεταβάλλοντας τη συχνότητα του ρεύματος στο ηλεκτρικό δίκτυο, μεταβάλλεται η ταχύτητα του ηλεκτροκινητήρα. Για τη μέθοδο αυτή χρησιμοποιείται μια συσκευή που ονομάζεται μετατροπέας συχνότητας,
- Ρεοστάτης - μεταβάλλοντας την αντίσταση του ρεοστάτη στο δρομέα, αλλάζει η ταχύτητα περιστροφής. Αυτή η μέθοδος αυξάνει τη ροπή εκκίνησης και την κρίσιμη ολίσθηση,
- Παλμική - η μέθοδος ελέγχου κατά την οποία εφαρμόζεται στον κινητήρα ένας ειδικός τύπος τάσης.
- Τα τυλίγματα αλλάζουν από κύκλωμα αστέρα σε κύκλωμα τρίγωνο κατά τη λειτουργία του ηλεκτροκινητήρα, γεγονός που μειώνει τα ρεύματα εκκίνησης,
- Έλεγχος με αλλαγή ζευγών πόλων για δρομείς κλωβού σκουληκοειδούς κλωβού,
- Σύνδεση μιας επαγωγικής αντίστασης για κινητήρες φάσης-περιστροφής.
Με την ανάπτυξη των ηλεκτρονικών συστημάτων, ο έλεγχος των διαφόρων ασύγχρονων κινητήρων γίνεται όλο και πιο αποτελεσματικός και ακριβής. Τέτοιοι κινητήρες χρησιμοποιούνται παντού στον κόσμο, η ποικιλία των καθηκόντων που εκτελούνται από τέτοιους μηχανισμούς αυξάνεται μέρα με τη μέρα και η ανάγκη γι' αυτούς δεν μειώνεται.
Σχετικά άρθρα:
