Асинхронен двигател

Община

Асинхронният двигател, свързан с честотен преобразувател, е най-често използваният тип двигател за приложения, където е необходимо да се контролира скоростта и изместването на товара.

Системата за моторно задвижване е подходяща за приложения като асансьори, тъй като ние търсим отлична прецизност както по отношение на скоростта (комфорт на потребителя), така и по отношение на точността на позицията на автомобила спрямо лагерите.

Що се отнася само до асинхронния двигател, популярността му се дължи на ниската необходима поддръжка, простотата на конструкцията, стандартизацията и здравината му.

Принцип на работа

Принципът на действие на асинхронен двигател се основава на:

От една страна, за създаването на индуциран електрически ток в проводник, поставен във въртящо се магнитно поле. Въпросният проводник е една от пръчките на клетката на катерицата отдолу, съставляващи ротора на двигателя. Токова индукция може да се направи само ако проводникът е късо съединен (това е така, тъй като двата странични пръстена свързват всички пръти).
От друга страна, върху създаването на движеща сила върху разглеждания проводник (преминаващ от ток и поставен във въртящо се или променливо магнитно поле), чието значение се дава от правилото на трите пръста на дясната ръка.

Както е показано на диаграмата по-горе, въртящото се поле в даден момент е ориентирано нагоре. Разглеждайки два диаметрално противоположни проводника, може да се види, че токовете, индуцирани в тези два проводника, са в противоположна посока и, свързани с магнитното поле, създават движещи сили в обратната посока. Тъй като роторът е свободен да се завърти по оста X-Y, двете сили се комбинират, за да придадат на двата проводника въртящ момент, позволяващ въртенето на клетката на катерицата: електрическият мотор е изобретен.

За да се поддържа въртенето на двигателя, е необходимо да се променя или токът в проводниците на клетката, или магнитното поле. В асинхронен двигател магнитното поле варира под формата на въртящо се поле, създадено в статора.

При стартиране въртящото се поле променя проводниците на своя поток с ъгловата скорост на синхрон. Въртящият се ротор има тенденция да наваксва въртящото се поле. За да има постоянен въртящ момент в проводниците, промяната на потока трябва да е налице през цялото време; което означава, че ако проводниците се въртят със скоростта на синхрон като въртящото се поле, варирането на потока върху проводниците става нула и въртящият момент на двигателя изчезва.

Следователно асинхронният ротор на двигателя никога не се върти със синхронна скорост (50 Hz). За двигател с двойка полюси (при 50 Hz скоростта на въртене на въртящото се поле е 3000 [rpm]) скоростта на въртене на ротора може да бъде 2950 [rpm] например; Понятието плъзгане влиза в игра тук.

Статорът

Статорът на трифазен двигател (най-често срещан при средна и голяма мощност), както подсказва името му, е статичната част на асинхронния двигател. Състои се основно от:

от трупа,
лагери,
носещи фланци,
вентилаторът, охлаждащ мотора,
капакът, предпазващ вентилатора.

Вътрешността на статора по същество съдържа:

ламинирано ядрено ядро, така че да насочва магнитния поток,
намотките (или медни намотки) на трите фази, разположени в прорезите на сърцевината.

В трифазен двигател има минимум три намотки, изместени една от друга на 120 °, както е показано на диаграмата по-долу.

Влияние на броя двойки полюси върху скоростта на въртене и формата на полученото поле на статора.

Когато намотките на статора се преминават от трифазен ток, те произвеждат магнитно поле, въртящо се със скоростта на синхрон. Скоростта на синхрон е функция от честотата на захранващата мрежа (50 Hz в Европа) и броя на двойките полюси. Тъй като честотата е фиксирана, скоростта на въртене на въртящото се поле на двигателя може да варира само в зависимост от броя на двойките полюси.

Двойки полюси	1	2	3	4	6
Брой полюси	2	4	6	8	12
n0 [об/мин]	3000	1500	1000	750	500

Роторът

Роторът е движещата се част на асинхронния двигател. Например, механично свързан с лебедка за асансьор, той ще създаде въртящ момент на двигателя, способен да осигури работа за повдигане и спускане на кабината на асансьора. По същество се състои от:

Купчина тънки дискове, изолирани между тях и закрепени върху вала на ротора, за да канализират и улесняват преминаването на магнитния поток.
Клетка за катерица от лят алуминий, чиито решетки са с трапецовидна форма за стандартни асинхронни двигатели и затворени странично от два проводими "фланца".

Приплъзване

Както видяхме по отношение на принципа на работа на асинхронен двигател, скоростта на въртене на вала на двигателя е различна от скоростта на синхрон (скорост на въртящото се поле).

Приплъзването представлява разликата в скоростта на въртене между вала на двигателя и въртящото се поле на статора; изразява се чрез следната връзка:

Приплъзването обикновено се изразява като процент от синхронната скорост n0.

Скоростта на синхронност от своя страна е функция на мрежовата честота и броя на двойките полюси. Тя се изразява чрез следната връзка:

Двойка

Въртящият момент C на асинхронен двигател е функция на мощността P и скоростта на въртене n на двигателя. Тя се изразява чрез следната връзка:

C = (P x 9,550)/n

Една от най-характерните криви на асинхронните двигатели е тази на въртящия момент като функция на приплъзване:

Въртящ момент в зависимост от съотношението:
скорост на въртене/скорост на синхрон.

На горната графика можем да видим веднага, че видът на двигателя трябва да бъде избран в съответствие с приложението: за двигателни механизми на асансьора, ние предпочитаме двигатели с двойна клетка с по-плосък крив профил в зависимост от приплъзването, за да се възползваме от относително постоянен въртящ момент независимо от натоварване.

Една от важните характеристики на асинхронния двигател е, че той може при определени условия да се трансформира в асинхронен генератор. Когато асансьорът се спусне под максимално натоварване, двигателят връща енергия в мрежата.

Следните криви показват това явление:

Функция като двигател или генератор в зависимост от резистивния въртящ момент .

За да бъде пълен, можем да отбележим, че конвенционалният асинхронен двигател има следните характеристики:

Стартовият ток е около 6 до 7 пъти номиналния ток. Наложително е да се осигурят системи за ограничаване на тока при стартиране (звезда/триъгълник, честотен преобразувател и др.).
Стартовият въртящ момент е висок (около 2,5 пъти номиналния въртящ момент).
Въртящият момент е максимален за приплъзване от около 30%.

Характеристики на класически асинхронен двигател.