Princip rada asinhronog motora

Indukcijski motor je izmjenični električni stroj koji pretvara električnu energiju u mehaničku. Indukcijski motor se široko koristi u različitim primjenama, od osnovnih kućanskih uređaja do teške industrije. Stroj ima toliko aplikacija koje je teško pobrojati, a mjerilo možete zamisliti znajući da gotovo 30% električne energije generirane na globalnoj razini troši sam indukcijski motor. Ovaj nevjerojatni stroj izumio je veliki znanstvenik Nikola Tesla i ovaj je izum trajno promijenio tijek ljudske civilizacije.

Evo nekoliko primjena jednofaznih i trofaznih asinhronih motora koje možemo pronaći u svakodnevnom životu.

Primjena jednofaznih indukcijskih motora:

• Električni ventilatori u kući
• Strojevi za bušenje
• Pumpe
• Brusilice
• Igračke
• Usisavač
• Ispušni ventilatori
• Kompresori i električni brijači

Primjena trofaznih indukcijskih motora:

• Male industrije, srednje i velike industrije.
• Dizala
• Dizalice
• Upravljanje tokarilicama
• Mlinovi za vađenje ulja
• Robotske ruke
• Trakasti sustav transportnih traka
• Teške drobilice

U asinkroni motori dolaze u raznim veličinama & oblicima koji imaju relativne značajke i električne ocjene. Veličine su od nekoliko centimetara do nekoliko metara, a imaju snagu od 0,5 do 10000 KS. Korisnik može odabrati najprikladniji iz oceana modela kako bi udovoljio svojoj potražnji.

O osnovama motora i njihovom radu već smo razgovarali u prethodnom članku. Ovdje ćemo detaljno razgovarati o konstrukciji i radu indukcijskog motora.

Princip rada asinhronog motora

Da bismo razumjeli princip rada asinhronog motora, razmotrimo najprije jednostavno postavljanje kao što je prikazano na slici.

Ovdje,

• Uzimaju se dvije željezne ili feritne jezgre jednakih veličina i suspendiraju se u zraku na daljinu.
• Na gornju jezgru namotana je emajlirana bakrena žica, a zatim donja i dva kraja odvode se na jednu stranu, kao što je prikazano na slici.
• Jezgra ovdje djeluje kao medij za nošenje i koncentriranje magnetskog toka koji generira zavojnica tijekom rada.

Sad, ako spojimo izvor izmjeničnog napona na dva kraja bakra, imat ćemo nešto poput dolje.

Tijekom pozitivnog ciklusa AC:

Ovdje će tijekom prvog poluciklusa pozitivni napon u točki 'A' postupno ići od nule do maksimuma, a zatim se vraća na nulu. Tijekom tog razdoblja trenutni tok u namotu može se predstaviti kao.

Ovdje,

• Tijekom pozitivnog ciklusa izvora izmjenične struje, struja u oba namota postupno se povećava od nule do maksimuma, a zatim se postupno vraća s maksimuma na nulu. To je zato što je prema Ohmovom zakonu struja u vodiču izravno proporcionalna naponskom naponu, a o tome smo razgovarali mnogo puta u prethodnim člancima.
• Namoti su namotani na način da struja u oba namota teče u istom smjeru, a isto možemo vidjeti i na dijagramu.

Sjetimo se sada zakona zvanog Lenzov zakon koji smo ranije proučavali prije nego što smo krenuli naprijed. Prema Lenzovom zakonu, ' Provodnik koji nosi struju stvorit će magnet ispunjen oko svoje površine',

a ako primijenimo ovaj zakon u gornjem primjeru, tada će svaka petlja u obje zavojnice generirati magnetsko polje. Ako dodamo magnetski tok koji generira cijela zavojnica, tada će dobiti znatnu vrijednost. Cijeli taj tok pojavit će se na željeznoj jezgri dok je zavojnica namotana na tijelo jezgre.

Radi praktičnosti, ako povučemo linije magnetskog toka koncentrirane na željeznoj jezgri na oba kraja, tada ćemo imati nešto poput dolje.

Ovdje možete vidjeti kako se magnetske linije koncentriraju na željezne jezgre i kako se kreću kroz zračni razmak.

Ovaj intenzitet protoka izravno je proporcionalan struji koja teče u zavojnicama namotanim na oba željezna tijela. Dakle, tijekom pozitivnog poluciklusa tok ide od Nula na Maksimum, a zatim se smanjuje s Maksima na Nultu. Jednom kada pozitivni ciklus završi intenzitet polja u zračnom rasporu također dosegne nulu i nakon toga imat ćemo negativni ciklus.

Tijekom negativnog ciklusa izmjenične struje:

Tijekom ovog negativnog ciklusa sinusnog napona, pozitivni napon u točki 'B' postupno će ići od nule do maksimuma, a zatim se vraća na nulu. Kao i obično, zbog ovog napona proći će struja i smjer tog strujanja možemo vidjeti u namotima na donjoj slici.

Budući da je struja linearno proporcionalna naponu, njena se veličina u oba namota postupno povećava od nule do maksimuma, a zatim spušta od maksimuma na nulu.

Ako uzmemo u obzir Lenzov zakon, tada će se oko zavojnica pojaviti magnetsko polje zbog protoka struje sličnog slučaju proučenom u pozitivnom ciklusu. Ovo polje koncentrirat će se u središtu feritnih jezgri kao što je prikazano na slici. Budući da je intenzitet fluksa izravno proporcionalan struji koja teče u zavojnicama namotanim na oba tijela željeza, taj će tok također ići od Nula do Maksimum, a zatim se smanjiti od Maksima do Nule slijedeći veličinu struje. Iako je to slično pozitivnom ciklusu, postoji razlika i to je smjer linija magnetskog polja. Ovu razliku u smjeru toka možete primijetiti na dijagramima.

Nakon njegovog negativnog ciklusa dolazi pozitivni ciklus nakon kojeg slijedi još jedan negativni ciklus i nastavlja se tako dok se ne ukloni sinusoidalni napon izmjenične struje. I zbog ovog izmjenjivog naponskog ciklusa, magnetsko polje u središtu željeznih jezgri stalno se mijenja i u veličini i u smjeru.

U zaključku korištenjem ove postavke,

• Razvili smo koncentrirano područje magnetskog polja u središtu željeznih jezgri.
• Intenzitet magnetskog polja u zračnom rasporu mijenja se i u veličini i u smjeru.
• Polje prati izmjenični val sinusoidnog napona.

Faradaysov zakon elektromagnetske indukcije

Ova postavka o kojoj smo do sada razgovarali najprikladnija je za ostvarenje Faradayevog zakona elektromagnetske indukcije. To je zato što je magnetsko polje koje se stalno mijenja najosnovniji i najvažniji zahtjev za elektromagnetskom indukcijom.

Ovdje proučavamo ovaj zakon jer indukcijski motor radi na principu Faradayevog zakona elektromagnetske indukcije.

Sada da proučimo fenomen elektromagnetske indukcije, razmotrimo postavke u nastavku.

• Uzme se vodič i oblikuje u kvadrat s oba kraja kratko spojenim.
• Metalna šipka učvršćena je u središtu kvadrata vodiča koji djeluje kao os postavljanja.
• Sada se kvadrat vodiča može slobodno okretati duž osi i naziva se rotor.
• Rotor je postavljen u središte zračnog zazora, tako da petlja vodiča može doživjeti maksimalno polje koje generiraju zavojnice rotora.

Znamo prema Faradayevom zakonu elektromagnetske indukcije, ' kada promjenjivo magnetsko polje presiječe metalni vodič, tada se u vodiču inducira EMR ili napon' .

Sada, primijenimo ovaj zakon da bismo razumjeli rad asinhronog motora:

• Prema ovom zakonu elektromagnetske indukcije, EMF bi se trebao inducirati u vodiču rotora smještenom u središtu zbog promjenjivog magnetskog polja koje on doživljava.
• Zbog induciranog EMF-a i kratkotrajnog spoja vodiča u cijeloj petlji teče struja kao što je prikazano na slici.
• Evo ključa u radu asinhronog motora. Znamo da prema Lenzovom zakonu vodič koji nosi struju stvara oko sebe magnetsko polje čiji je intenzitet proporcionalan veličini struje.
• Budući da je zakon univerzalan, provodnička petlja rotora mora također generirati magnetsko polje jer kroz njega teče struja zbog elektromagnetske indukcije.
• Ako magnetsko polje generirano namotima statora i željeznom jezgrom nazivamo Glavni tok ili Statorov tok. Tada magnetsko polje koje generira provodnička petlja rotora možemo nazvati fluksom rotora.
• Zbog interakcije između glavnog toka i toka rotora, rotor iskušava silu. Ova sila pokušava se suprotstaviti EMF indukciji u rotor podešavanjem položaja rotora. Stoga ćemo u ovom trenutku doživjeti kretanje u položaju osovine.
• Sada se magnetsko polje neprestano mijenja zbog izmjeničnog napona, sila također kontinuirano podešava položaj rotora bez zaustavljanja.
• Dakle, rotor se stalno okreće zbog izmjeničnog napona i time imamo mehanički izlaz na osovini ili osi rotora.

Uz to smo vidjeli kako zbog elektromagnetske indukcije u rotor imamo mehanički izlaz na osovini. Dakle, naziv dat za ovu postavku naziva se indukcijski motor.

Do sada smo raspravljali o principu rada asinhronog motora, ali ne zaboravimo da se i teorija i praktičnost razlikuju. A za rad asinhronog motora potrebno je dodatno podešavanje o kojem ćemo razgovarati u nastavku.

Jednofazni indukcijski motor

Indukcijski motor koji radi na jednofaznu izmjeničnu struju naziva se jednofazni indukcijski motor.

Električni vod koji nam je dostupan u domovima je jednofazni dalekovod izmjeničnog napona 240V / 50Hz, a indukcijski motori koje koristimo u svakodnevnom životu u našim domovima nazivaju se jednofazni indukcijski motori.

Da bismo bolje razumjeli princip rada jednofaznog indukcijskog motora, pogledajmo konstrukciju jednofaznog indukcijskog motora.

Ovdje,

• Uzeti ćemo više vodiča i postaviti ih na slobodno okretno vratilo, kao što je prikazano na slici.
• Također, krajevima krajeva svih vodiča spojit ćemo metalni prsten stvarajući tako višestruke petlje vodiča koje smo ranije proučavali.
• Ovakav postav rotora izbliza izgleda poput kaveza s vjevericama, pa se stoga naziva indukcijski motor s kavezom za vjeverice. Ovdje ćemo pogledati 3D strukturu rotora kaveznog vjeverica.

• Stator koji se smatrao cjelovitim željeznim dijelom zapravo je skupina tankih željeznih ploča složenih zajedno. Tako su usko stisnuti da između njih doslovno neće biti zraka. Koristimo gomilu željeznih limova umjesto jednog željeznog komada iz istog razloga iz kojeg koristimo valjane limove u slučaju energetskog transformatora koji želi smanjiti gubitke željeza. Korištenjem metode slaganja znatno ćemo smanjiti gubitak energije zadržavajući iste performanse.

Rad ove postavke sličan je postavci koja se koristi u objašnjavanju principa rada asinhronog motora.

• Prvo ćemo osigurati izmjenični napon i zbog tog napona struja teče kroz namot statora namotan na gornji i donji segment.
• Zbog struje se magnetsko polje generira i na gornjem i na donjem namotu.
• Glavnina željeznih limova djeluje kao jezgra za prijenos magnetskog polja generiranog zavojnicama.
• Ovo naizmjenično magnetsko polje koje nosi željezna jezgra koncentrira se u središnjem zračnom rasporu zbog namjernog strukturnog dizajna.
• Budući da je rotor smješten u ovaj zračni razmak, kratko spojeni vodiči učvršćeni na rotoru također doživljavaju to izmjenično polje.
• Zbog polja dolazi do indukcije struje u vodičima rotora.
• Budući da struja prolazi kroz vodiče rotora, magnetsko polje će se također generirati oko rotora.
• Nakon interakcije između generiranog magnetskog polja rotora i magnetskog polja statora, rotor iskušava silu.
• Ta sila pomiče rotor duž osi i time ćemo imati rotacijsko gibanje.
• Budući da se napon neprestano mijenja sinusoidalni napon, rotor se također kontinuirano okreće duž svoje osi. Tako ćemo imati kontinuirani mehanički izlaz za zadani jednofazni ulazni napon.

Iako smo pretpostavili da će se rotor automatski okretati nakon što snaga jednofaznog motora dobije snagu, što nije slučaj. Budući da je polje generirano jednofaznim indukcijskim motorom izmjenično magnetsko polje, a ne rotirajuće magnetsko polje. Dakle, na početku motora, rotor se blokira u svom položaju, jer će sila koju iskusi zbog donje zavojnice i gornje zavojnice biti iste veličine i suprotna u smjeru. Dakle, na početku je neto sila koju doživljava rotor jednaka nuli. Da bismo to izbjegli, upotrijebit ćemo pomoćni namot za indukcijski motor kako bi ga učinio samopokretačkim motorom. Ovaj pomoćni namot pružit će potrebno polje za pokretanje rotora na početku. Primjer za ovaj slučaj je električni ventilator koji vidimo u svakodnevnom životu,koji je kondenzatorski start i pokreće indukcijski motor s pomoćnim namotom povezan u seriju s kondenzatorom.

Trofazni indukcijski motor

Indukcijski motor koji radi na trofaznu izmjeničnu struju naziva se trofazni indukcijski motor. Obično se trofazni indukcijski motori koriste u industriji i nisu prikladni za kućnu primjenu.

Dostupni strujni vod je 400V / 50Hz Trofazni četvorovodni izmjenični napon, a indukcijski motori koji u industriji rade na ovu opskrbu nazivaju se trofazni indukcijski motori.

Za bolje razumijevanje principa rada trofaznog asinhronog motora pogledajmo konstrukciju trofaznog asinhronog motora.

Ovdje,

• Faza A namotavanje započinje od gornjeg segmenta nakon kojeg slijedi donji segment kao što je prikazano na slici.
• Što se tiče dva kraja faze, jedan namotaj povezan je s dalekovodom faze A trofaznog napajanja, dok je drugi kraj spojen na neutralnu orijentaciju iste tri faze, četverovodnog napajanja. To je moguće jer u trofaznom četverovodnom napajanju imamo prve tri linije koje nose tri linijska napona, dok je četvrta linija neutralna.
• Ostali dvofazni namoti slijede isti obrazac kao i faza A. Na dva kraja namota faze B jedan je spojen na fazni vod dalekovoda trofaznog napajanja, dok je drugi kraj spojen na nulu iste tri faze četveroredno napajanje.
• Struktura rotora slična je kavezu s vjevericama i ista je vrsta rotora koji se koristi u jednofaznom indukcijskom motoru.

Sada, ako električnu energiju dajemo trofaznim namotima statora, tada struja počinje teći u sva tri namota. Zbog ovog strujnog toka, zavojnice će generirati magnetsko polje koje će prolaziti kroz put manjeg magnetskog otpora koji pruža laminirana jezgra. Ovdje je struktura motora tako dizajnirana da se magnetsko polje koje nosi jezgra koncentrira na zračni otvor u središtu gdje je smješten rotor. Dakle, magnetsko polje koncentrirano jezgrom u središnjem zazoru utječe na vodiče u rotoru, indukujući u njima struju.

U prisutnosti struje vodiča, rotor također generira magnetsko polje koje u bilo kojem trenutku djeluje sa statorskim poljem. I zahvaljujući toj interakciji rotor doživljava silu koja dovodi do rotacije motora.

Ovdje je magnetsko polje koje generira stator rotirajućeg tipa zbog trofazne snage, za razliku od izmjeničnog tipa o kojem smo raspravljali u jednofaznom motoru. I zbog ovog rotirajućeg magnetskog polja, rotor se počinje okretati sam od sebe čak i u odsustvu početnog potiskivanja. To čini trofazni motor samopokretačkim tipom i za ovu vrstu motora nije nam potreban pomoćni namot.