Princip činnosti
Každý z nás ve školních hodinách fyziky demonstroval experimenty s drátěným rámem umístěným v poli permanentního magnetu. Pokud prochází rám rámem, budou síly Ampere působit na vodiče v pravé a levé části rámu, vytvářejí točivý moment, a rám s proudem se bude otáčet, dokud nebude mít pozici, ve které se působící síly navzájem vyrovnávají.
Pokud se pole otočí, rámeček s proudem se s ním otočí. Princip synchronního motoru je založen na tomto principu. Rám s magnety je analogem elektromotoru. Rotující rám s proudem - rotor. Stacionární magnety - stator.
Třífázový synchronní motor
Nyní je nutné donutit stacionární stator vytvořit rotující magnetické pole.
Nejprve nahradíme permanentní magnety proudovými cívkami ve vinutí statoru. Proudová cívka vytváří stejné magnetické pole jako magnet. Umístěte na stator ne jeden cívkový magnet, ale tři, otočte je o 120 stupňů vůči sobě. Tyto vinutí dodáváme střídavý proud s fázovým posunem 120 stupňů. Takto jsou fáze posunuty ve třífázové síti.
Výsledné magnetické pole je výsledkem přidání vektoru tří polí. Celkový vektor magnetické indukce se bude otáčet při frekvenci střídavého proudu. V jednom období magnetické pole vytvořené třífázovým statorem motoru provede plnou revoluci. Rotor, který je podobný cívce s proudem, se otáčí s magnetickým polem statoru stejnou rychlostí. Rotor synchronního motoru tedy otáčí frekvenci střídavého proudu.
Synchronní motory mají nejlepší výkon, dosahují maximálního výkonu a poskytují vysokou účinnost. Nicméně, tam je těžký rotor s vinutími to je obtížné vyvážit. Na vinutí rotoru musí být přiváděn proud, což vyžaduje použití velmi nespolehlivé sestavy kartáče. Obecně je synchronní motor dobrý, ale obtížný, drahý a ne příliš spolehlivý.
Třífázový asynchronní motor
Uzavřete konce rámu krátce. Dostaneme jednu veverku. Náš třífázový stator vytváří rotující magnetické pole. Nechte toto pole a vytvoří proud ve zkratově rotovaném rotoru.
Když se statorové pole otáčí vzhledem k pevnému rámu, vytváří ve svém obrysu proměnlivý magnetický tok. Podle zákona elektromagnetické indukce, střídavé pole indukuje elektrický proud v rámu . Proud vytváří točivý moment a rám se otáčí po magnetickém poli, stejně jako u synchronního motoru.
Ale je tu jeden zásadní rozdíl. U synchronního motoru se rotor otáčí současně, tj. Synchronně se statorovým polem. Rotor vzhledem ke statorovému poli je stacionární.
U asynchronního motoru se rotor pokouší dohnat točivé pole, ale vždy trochu zaostává, jako by se proti němu posouval. Pokud je náhle rychlost otáčení rotoru přesně stejná jako rychlost pole, indukční proud již nebude v rotoru indukován.
Rozdíl ve frekvenci otáčení magnetického pole a rotoru indukčního motoru se nazývá skluz. To zajišťuje přítomnost proudu v rotoru.
Asynchronní motory jsou ve všech charakteristikách nižší, ale mnohem jednodušší, jednodušší, spolehlivější a levnější. Prakticky všechny elektromotory používané v průmyslu jsou dnes asynchronní třífázové motory.
Mechanická charakteristika
Mechanická charakteristika motoru je závislost točivého momentu na hřídeli na otáčkách.
Jak již bylo zmíněno, rychlost otáčení rotoru v asynchronním motoru se vždy liší od rychlosti otáčení statorového pole množstvím prokluzování.
Slip S = (n1- n2) / n1, kde n1 je rychlost otáčení pole a n2 je rychlost otáčení rotoru.
Tato vlastnost ukazuje, že motor může pracovat v pěti režimech:
- Nečinnosti.
- Začněte.
- Motorový režim.
- Režim regenerace.
- Režim generátoru.
V režimu volnoběhu se posuv S rovná 0. Rotor rotuje synchronně s magnetickým polem, jako v synchronním motoru, a točivý moment je 0. Režim volnoběhu je čistě hypotetický a v praxi se nikdy neimplementuje.
V době rozběhu je rotor stále a S = 1. Točivý moment při S = 1 se nazývá startovací moment.
Po nastartování se rotor vrátí do motorového režimu a začne se otáčet, čímž postupně dohání magnetické pole. V režimu motoru 1> S> 0.
Pokud rotor náhle nějakým způsobem překoná pole, přijde režim obnovy. V tomto případě motor odešle energii do sítě. V režimu obnovení S <0.
S> 1 odpovídá režimu generátoru. V režimu generátoru se rotor pohybuje směrem k proudu a generuje elektrický proud.
S = Sn odpovídá jmenovitému režimu. Hodnota nominálního skluzu je obvykle 2–8%.
Jednofázový asynchronní motor
Můžete dokonce použít třífázový asynchronní motor.
Nechte na statoru pouze jedno vinutí a tam dejte jednofázový elektrický proud. Máme jednofázový asynchronní motor. V tomto motoru je statorové pole nehybné - to je základní rozdíl mezi jednofázovým motorem a vícefázovým motorem. Takový motor však funguje.
Jednofázový motor nelze spustit nezávisle. Na tom není nic zvláštního. Spalovací motor, který je nám známý, se musí nejprve uvolnit. V autě používáme přídavný elektromotor - startér a řetězovou pilu, kterou děláme ručně, tahem za startovací šňůru.
Je-li jednostupňový motor zatlačen a v libovolném směru, zrychlí se a zachová rotaci v daném směru.
Pokud je rotoru dána rotace v určitém směru, bude se pohybovat spolu s jedním polem a směrem k druhému.
Motor může být znázorněn jako dva třífázové motory, namontované na jednom hřídeli, ale v opačném směru. Při startu je hřídel stacionární a motory se navzájem vyrovnávají.
Pokud je hřídel uvolněn vnější silou v určitém směru, pak jeden motor, vypuštěný ve stejném směru, bude v režimu motoru a druhý v generátoru. Mechanická charakteristika ukazuje, že točivý moment v režimu motoru je větší než v režimu generátoru, proto související motor táhne.
Začněte
Pro nastartování jednofázového elektromotoru je na jeho statoru kolmo k hlavnímu svisle navinuto přídavné startovací vinutí a je do něj přiváděn proud s fázovým posunem. Pro fázový posun v sérii s vinutím je součástí fázový posun. Jako prvek fázového posunu můžete použít odpor, sytič nebo kondenzátor. V každém případě bude celková impedance v obvodech hlavního a spouštěcího vinutí odlišná a proudy budou přijímat fázový posun.
Nejčastěji se používá kondenzátor fázového posunu.
Rychlost otáčení
Sítě našich energetických společností používají střídavé napětí 220/380 s frekvencí 50 Hz. Navíc je udržována AC frekvence 50 Hz s přesností 2%. Jak již víme, rotor synchronního elektromotoru se otáčí s frekvencí střídavého proudu . To znamená, že při síťové frekvenci 50 Hz činí rotor 50 otáček za sekundu nebo 3000 otáček za minutu. Vinutí statoru lze rozdělit do sekcí a učinit motor multipolární. U vícepólového motoru se rychlost snižuje s nárůstem počtu pólů a je obecně rovna 3000 / p otáčkám, kde p je počet pólů.
Proto rychlost otáčení elektromotoru v naší zemi nemůže být vyšší než 3000 otáček za minutu. V zemích, kde byla přijata síťová frekvence 60 Hz, například ve Spojených státech, se elektromotory otáčejí maximální rychlostí 3600 otáček za minutu. A tady jsme opět za Amerikou.
Při synchronním elektrickém motoru není rychlost závislá na zatížení. Se vzrůstajícím zatížením rotor synchronního stroje zaostává za polem ve větším úhlu, ale rychlost otáčení se nemění.
V asynchronním režimu závisí velikost posuvu na zatížení. Při zvyšujícím se zatížení tak klesá rychlost asynchronního elektromotoru.
Schémata zapojení
Startovací vinutí, zapnuté s fázovým posunem, otáčí magnetické pole a otáčí jednofázový motor do dvoufázového motoru pro dobu spuštění.
Další vinutí není určeno pro dlouhodobý provoz a mělo by být po vstupu do provozního režimu vypnuto. Odpojení se provádí buď ručně pomocí tlačítka, nebo pomocí odstředivého spínače, nebo s tepelným relé pro ohřev startovacího vinutí.
V jednofázovém motoru v provozním režimu je magnetické pole statoru nehybné . To je jeho hlavní rozdíl od vícefázové.
Někdy se mylně nazývají jednofázové elektromotory, jejichž přídavné vinutí je trvale připojeno přes kondenzátor.
Je možné připojit třífázový motor k jednofázové síti, pokud je jedno z fázových vinutí připojeno přes kondenzátor. Pokud tedy máte náhle k dispozici průmyslový třífázový elektromotor, můžete jej použít v jednofázové domácí síti, i když se ztrátou výkonu a nižší účinností.
Porovnání motorů
Synchronní
- Na rotoru je vinutí, do kterého proudí proud.
- Frekvence otáčení hřídele je stejná nebo násobek frekvence napájecího zdroje.
- Rychlost je stabilní a při zatížení se nemění.
Asynchronní
- Rotor není připojen ke zdroji proudu.
- Frekvence otáčení hřídele pod frekvencí sítě na množství skluzu.
- S rostoucím zatížením se rychlost snižuje.
Jednofázová asynchronní
- Jediné vinutí na statoru.
- Otáčí se v libovolném směru.
- Nezačne sám.