Načelo delovanja
Vsi v šolskih fizikalnih lekcijah smo pokazali poskuse z žičnim okvirjem, postavljenim na polje trajnega magneta. Če je tok skozi okvir, potem bodo amperne sile delovale na vodnike v desnem in levem delu okvirja, ustvarile vrtilni moment in okvir s tokom se bo obrnil, dokler ne zavzame položaja, v katerem se sile med seboj uravnavajo.
Če želite, da se polje vrti, se bo okvir s tokom vrtel z njim. Načelo sinhronega motorja temelji na tem principu. Okvir z magneti je analog električnega motorja. Vrtljivi okvir s tokom - rotor. Stacionarni magneti - stator.
Trifazni sinhroni motor
Sedaj je potrebno prisiliti stacionarni stator, da ustvari rotacijsko magnetno polje.
Za začetek bomo zamenjali stalne magnete s tokovnimi tuljavami v navitjih statorja. Tokovna tuljava ustvarja isto magnetno polje kot magnet. Postavite na stator ne en magnet, ampak tri, ki jih obrnite za 120 stopinj. Omenjenim navitjem dobavljamo izmenični tok s faznim premikom 120 stopinj. Tako se faze premikajo v trifaznem omrežju.
Nastalo magnetno polje je rezultat vektorske dodane vrednosti treh polj. Celotni vektor magnetne indukcije se bo vrtel na frekvenci izmeničnega toka. V enem obdobju se magnetno polje, ki ga ustvari trifazni stator motorja, popolnoma obrne. Rotor, ki je podoben tuljavi, se vrti z magnetnim poljem statorja z enako hitrostjo. Tako rotor sinhronega motorja vrti frekvenco izmeničnega toka.
Sinhroni motorji imajo najboljšo zmogljivost, razvijajo največjo moč in zagotavljajo visoko učinkovitost. Vendar pa je težak rotor z navitji, ki ga je težko uravnotežiti. Na navitja rotorja je treba zagotoviti tok, ki zahteva uporabo izjemno nezanesljivega sklopa ščetk. Na splošno je sinhroni motor dober, vendar težak, drag in ne zelo zanesljiv.
Trifazni asinhroni motor
Zaprite konce okvirja kratek. Dobimo eno veverico. Naš trifazni stator ustvarja rotacijsko magnetno polje. Pustite to polje in ustvarite tok v kratkem stiku rotorja.
Ko se polje statorja vrti glede na fiksni okvir, ustvari spremenljiv magnetni tok v svoji konturi. V skladu z zakonom elektromagnetne indukcije izmenično polje inducira električni tok v okvirju . Tok ustvarja navor, okvir pa se vrti za magnetnim poljem, kot pri sinhronem motorju.
Vendar pa obstaja ena temeljna razlika. V sinhronem motorju se rotor vrti hkrati, to je sinhrono s statorskim poljem. Rotor glede na statorsko polje miruje.
V asinhronem motorju se rotor poskuša ujeti z vrtljivim poljem, vendar vedno malo zaostaja, kot da bi se pomaknil proti njemu. Če je nenadoma hitrost vrtenja rotorja enaka hitrosti polja, indukcijski tok v rotorju ne bo več induciran.
Razlika v frekvenci vrtenja magnetnega polja in rotorja indukcijskega motorja se imenuje zdrs. Da zagotavlja prisotnost toka v rotorju.
Asinhroni motorji so slabše sinhroni v vseh značilnostih, a so veliko enostavnejši, enostavnejši, zanesljivejši in cenejši. Praktično vsi elektromotorji, ki se danes uporabljajo v industriji, so asinhroni trifazni motorji.
Mehanske značilnosti
Mehanska značilnost motorja je odvisnost vrtilnega momenta na gredi od vrtilne hitrosti.
Kot smo že omenili, je hitrost vrtenja rotorja v asinhronskem motorju vedno drugačna od hitrosti vrtenja statorskega polja s količino zdrsa.
Slip S = (n1 - n2) / n1, kjer je n1 hitrost vrtenja polja, in n2 je hitrost vrtenja rotorja.
Značilnost kaže, da lahko motor deluje v petih načinih:
- Idle.
- Začni.
- Motorski način.
- Način regeneracije.
- Način generatorja.
V prostem teku je drsnik S enak 0. Rotor se sinhrono vrti z magnetnim poljem, kot pri sinhronem motorju, navor pa je 0. Način prostega teka je povsem hipotetičen in se v praksi nikoli ne izvaja.
V času zagona je rotor še vedno enak in S = 1. Navor pri S = 1 se imenuje zagonski moment.
Po zagonu rotor vstopi v motorni način in začne vrteti, postopoma dohitijo magnetno polje. V motornem načinu 1> S> 0.
Če rotor nenadoma nekako prehiti polje, se bo pojavil način obnovitve. V tem primeru motor pošlje energijo v omrežje. V načinu obnovitve S <0.
S> 1 ustreza načinu generatorja. V generatorskem načinu se rotor premika proti toku in generira električni tok.
S = Sn ustreza nominalnemu načinu. Nominalna vrednost zdrsa je običajno 2–8%.
Enofazni asinhronski motor
Lahko se celo lotite trifaznega asinhronega motorja.
Pustimo samo en navijanje na stator in damo tam enofazni električni tok. Imamo enofazni asinhroni motor. V tem motorju je polje statorja nepremično - to je temeljna razlika med enofaznim motorjem in večfaznim motorjem. Kljub temu tak motor deluje.
Enofazni motor se ne more samostojno zagnati. Nič posebnega v zvezi s tem. Znan nam, motor z notranjim zgorevanjem se mora najprej sprostiti. V avtomobilu uporabljamo dodaten elektromotor - zaganjalnik, v verižni žagi pa ročno, z vlečenjem zagonske vrvice.
Če je enofazni motor potisnjen in v kateri koli smeri, se bo pospešil in ohranjal vrtenje v dani smeri.
Če se rotor vrti v določeni smeri, se premika skupaj z enim poljem in proti drugemu.
Motor je lahko predstavljen kot dva trifazna motorja, nameščena na eni gredi, vendar vključena v nasprotno smer. Pri zagonu je gred miruje in motorji se ujemata.
Če se gred sprosti z zunanjo silo v določeni smeri, bo en motor, ki se bo zagnal v isti smeri, v načinu motorja, drugi pa v generatorju. Mehanska značilnost kaže, da je navor v motornem načinu večji kot v generatorskem načinu, zato se z njim povezuje motor.
Začni
Za zagon enofaznega elektromotorja je pravokotno na stator pravokotno navitje navitja na začetku, ki je pravokotno na glavno in v njega vnaša tok s faznim premikom. Za fazni premik, ki je zaporedno povezan z navitjem, je vključen element za preklop faz. Kot element za premikanje faz lahko uporabite upor, dušilec ali kondenzator. V vsakem primeru bo skupna impedanca v glavnem in začetnem navitju drugačna, tok pa bo prejel fazni premik.
Najpogosteje se uporablja kondenzator za fazni premik.
Hitrost vrtenja
Mreže naših energetskih podjetij uporabljajo izmenično napetost 220/380 s frekvenco 50 Hz. Poleg tega se AC frekvenca 50 Hz ohranja s točnostjo 2%. Kot že vemo, se rotor sinhronega električnega motorja vrti s frekvenco izmeničnega toka . To pomeni, da pri omrežni frekvenci 50 Hz rotor doseže 50 vrtljajev na sekundo ali 3000 vrtljajev na minuto. Statorski navitje lahko razdelimo na sekcije in naredimo motor za multipolar. Pri večpolnem motorju se hitrost zmanjšuje s povečanjem števila polov in je na splošno enaka 3000 / p vrtljajem, kjer je p število polov.
Tako hitrost vrtenja elektromotorja v naši državi ne sme biti višja od 3000 vrtljajev na minuto. V državah, kjer je bila sprejeta omrežna frekvenca 60 Hz, na primer v Združenih državah, se električni motorji vrtijo z največjo hitrostjo 3600 vrtljajev na minuto. In tukaj smo spet za Ameriko.
Pri sinhronem električnem motorju število vrtljajev ni odvisno od obremenitve. S povečanjem obremenitve rotor sinhronega stroja za večjim kotom zaostaja za področjem, vendar se hitrost vrtenja ne spremeni.
V asinhronem načinu je količina zdrsa odvisna od obremenitve. S povečevanjem obremenitve se hitrost asinhronega elektromotorja zmanjša.
Sheme ožičenja
Začetno navijanje, vklopljeno s faznim premikom, obrne magnetno polje in ob času zagona obrne enofazni motor v dvofazni.
Dodatno navijanje ni zasnovano za dolgotrajno delovanje in ga je treba izključiti po vstopu v način delovanja. Odklop se izvede ročno s tipko ali s centrifugalnim stikalom ali s toplotnim relejem za ogrevanje zagonskega navitja.
V enofaznem motorju v načinu delovanja magnetno polje statorja miruje . To je njegova glavna razlika od večfazne.
Včasih se napačno imenujejo enofazni električni motorji, katerih dodatno navijanje je stalno priključeno prek kondenzatorja.
Možno je priključiti trifazni motor na enofazno omrežje, če je ena od faznih navitij priključena preko kondenzatorja. Torej, če imate na razpolago industrijski trifazni elektromotor, ga lahko uporabite v enofaznem domačem omrežju, čeprav z izgubo moči in nižjo učinkovitostjo.
Primerjava motorjev
Sinhrono
- Na rotorju je navitje, v katerega teče tok.
- Frekvenca vrtenja gredi je enaka ali večkratna frekvenci napajanja.
- Hitrost je stabilna in se ne spreminja pod obremenitvijo.
Asinhrono
- Rotor ni priključen na izvor toka.
- Pogostost rotacije gredi pod frekvenco omrežja na znesek zdrsa.
- Stopnja se z naraščanjem obremenitve zmanjšuje.
Enofazna asinhrona
- Edino navijanje na statorju.
- Zavrti se v katero koli smer.
- Ne zažene sama od sebe.