Co je to jednofázový asynchronní motor? Princip činnosti, zařízení
Elektromotor je elektrický mechanismus, který se používá k výrobě mechanické energie z elektřiny. Toto zařízení je běžné ve všech oblastech činnosti, včetně průmyslu a domácích spotřebičů. Účelem technického zařízení je uvést do pohybu mechanismy k němu připojené. Existuje velké množství úprav elektromotoru, ale všechny fungují na stejných principech a mají povinnou sadu komponent.
Všeobecné informace
- všestrannost. Mechanismy se používají v různých oblastech;
- jednoduchost a spolehlivost;
- skvělý zdroj.
Používá se několik typů elektromotorů. Podle typu napájení mohou být stejnosměrné nebo střídavé. V prvním případě získává motor elektřinu z baterie, baterie nebo jednotky. U střídavého typu motoru jde připojení přímo do elektrické sítě.
Princip činnosti může být synchronní nebo asynchronní. Synchronizovaný mechanismus má vinutí na rotoru, které je pod napětím. Asynchronní modely takové prvky nemají a vyznačují se sníženou rychlostí otáčení v důsledku absence magnetického pole statoru.
Samotný proces interakce se provádí na základě vlivu magnetického pole na prvky motoru a jejich otáčení. Při vstupu energie do elektromotoru dochází uvnitř k elektromagnetické indukci, která se přenáší ve formě síly na rotující segmenty.
Zařízení
Elektromotor má standardní sadu komponent. Prvky:
- pevná část ve formě statoru;
- rotor působí jako pohyblivá část, která generuje točivý moment;
- kolektor. Je vyžadován pro 2 funkce včetně přepínání proudu pro posuvné kontakty a indikátor úhlu rotoru;
- kluzné kontakty jsou prezentovány ve formě kartáčů, které jsou umístěny vně rotoru a jsou přitlačeny ke komutátoru.
Elektromotor tvoří elektrický hnací mechanismus nezbytný pro provoz zařízení.
Každý elektromotor potřebuje dvě hlavní části, a to pohyblivou část a stacionární část. Statorová část obsahuje pouzdro, které je vytvořeno z nemagnetických materiálů, měděné vinutí se čtvercovým nebo kulatým průřezem drátu a jádro sestavené z balíků elektrotechnických ocelových plechů. Nemagnetické materiály jsou litina nebo slitina hliníku.
Rotorovou část tvoří jádro, jehož konstrukce je tvořena ocelovými plechy s drážkovanou hliníkovou výplní, která vytváří soustavu táhel. Dále jsou použity koncové kroužky nutné k uzavření konstrukce a hřídel elektromotoru zalisovaná do rotorové části z vysokopevnostní oceli.
Princip činnosti
Celý princip činnosti je založen na elektromagnetické indukci, při které dvě statorová pole interagují s magnetickými poli rotoru. To umožňuje pohyb pohyblivé části, což vede ke vzniku točivého momentu. Právě s jeho pomocí vede část, která je klasifikována jako pohyblivá, ke vzniku mechanické energie, ke které dochází během rotace.
Tento typ provozu je stejný pro všechny typy elektromotorů.
Vlastnosti
Během výroby dostávají elektromotory určitý soubor charakteristik, které jsou stanoveny pomocí konstrukčních prvků a použití modifikací.
Klíčové ukazatele, které určují schopnosti elektromotoru:
- moc
- rychlost otáčení v ot/min;
- točivý moment, také nazývaný točivý moment;
- aktuální spotřeba;
- Účinnost v %;
- síťové napětí;
- frekvence sítě.
Při výběru je potřeba zohlednit nejen výkon, ale také typ elektromotoru. Asynchronní a synchronní motory se díky svým vlastnostem používají v různých oblastech. První typ se liší také tím, že může mít vícefázový provoz.
Na trhu je mnoho modifikací, které se výrazně liší od standardního jednoduchého elektromotoru. Ve většině situací se výrobci snaží zvýšit účinnost nebo odstranit hlavní nedostatky mechanismu. Princip fungování však zůstává u všech modelů stejný.
Elektromotor pracuje na bázi elektromagnetické indukce, kdy jsou pohyblivé a stacionární části zařízení ve vzájemném kontaktu elektromagnetickými poli. To vede k vytvoření točivého momentu, to znamená, že elektrická energie se přemění na mechanickou energii. Na trhu existuje mnoho různých modelů elektromotorů, ale všechny pracují na stejných principech a mají stejný typ komponent.
Po mnoho let jsou asynchronní motory lídrem ve využívání elektromotorů. Mezi nimi jsou široce používány jednofázové motory, které se aktivně používají v průmyslu a v domácích spotřebičích. Mají relativně jednoduchý design, snadno se používají a jsou levné na výrobu a provoz. Moderní jednofázové motory vás mohou překvapit svou funkčností. Jsou horší než třífázové modely ve výkonu, ale lepší než ve stabilitě a účinnosti. Takové motory mívají výkon do 3 kW, což je dostačující pro většinu domácích spotřebičů a elektrického nářadí, ale může dosahovat až desítek kW.
Konstrukce a typy jednofázových motorů
Asynchronní motor se skládá ze tří hlavních částí, které jsou odděleny vzduchovou mezerou a během provozu se nedotýkají.
| Корпус | Kombinuje stator a rotor, chrání pracovní mechanismus před poškozením. Obvykle se vyrábí z litiny. |
|---|---|
| Stator (pevný prvek) | Je to induktor, který se skládá z rámu a jádra z měkkých ocelových plechů. Uvnitř je generován proud. Desky jádra jsou od sebe odděleny izolací o tloušťce přibližně 0,5 mm. To umožňuje snížit množství vířivých proudů v elektromagnetickém poli. |
| Rotor (rotující část) | Stejně jako stator má jádro z tenkých feromagnetických plechů a podobných vinutí, ale bez izolačního laku. Některé konce vinutí jsou připojeny ke společnému bodu, zatímco ostatní konce jsou připojeny ke sběracím kroužkům na hřídeli rotoru. Na vnější straně jsou drážky s hliníkovými nebo měděnými tyčemi. |
U jednofázových motorů mají stator a rotor každý jedno vinutí, umístěné na různých stranách jader: vnitřní (u statoru) a vnější (u rotoru). Statorové vinutí je vyrobeno z izolovaného drátu a je pevně upevněno, aby se snížila pravděpodobnost poškození mechanickými vibracemi.
Existují čtyři typy jednofázových elektromotorů:
| CSIR | Indukční motor s kondenzátorovým startem a provozem vinutí. Má sériové zapojení kondenzátoru s rozběhovým vinutím a poměrně vysokým rozběhovým momentem (50–250 % točivého momentu při maximální zátěži). Mírné zpoždění mezi proudy ve spouštěcím a hlavním vinutí vytváří rotující magnetické pole, které spouští rotor. Když elektromotor dosáhne rychlosti otáčení blízké provozní rychlosti, startér se otevře a motor pokračuje v činnosti jako obvykle. Motory CSIR jsou optimální pro zařízení s vysokým startovacím zatížením: dopravníkové linky, ventilátory, kompresory. |
|---|---|
| CSCR | Indukce s rozběhem a provozem přes kondenzátor. Takové elektromotory poskytují vysoký rozběhový moment a snadno si poradí s přetížením. Jsou určeny pro použití ve ztížených podmínkách a produkují menší teplotní výkyvy v provozním režimu. CSCR jsou nejvýkonnější jednofázové motory. Instalují se do vývěv nebo zařízení pracujících pod vysokým tlakem. |
| RSIR | Indukce s reostatickým startem a provozem přes vinutí. Startovací zařízení má kromě hlavního ještě pomocné vinutí statoru, které funguje pouze pro rozběh a vypíná se při dosažení otáček rotoru 75 % jmenovitých. Elektromotory RSIR pracují v úzkém rozsahu napětí a maximální točivý moment nepřesahuje 250 % vypočteného. Navíc kvůli vysokým zapínacím proudům vyžadují ochranu proti přehřátí. Proto jsou takové motory instalovány v zařízeních s nízkým výstupním výkonem: do 0,25 kW. |
| PSC | Jsou to motory s trvalým dělením výkonu. Jsou vybaveny trvale běžícím kondenzátorem, který je zapojen do série se startovacím vinutím. Když motor dosáhne provozních otáček, stane se pomocným. V PSC je nízký rozběhový moment (30–90 % jmenovité zátěže) kompenzován nízkými rozběhovými proudy (méně než 200 % vypočtených), díky čemuž je zařízení nejspolehlivější mezi jednofázovými analogy. Tento typ motoru je nejvhodnější pro zařízení s dlouhými pracovními cykly. Jeho provozní parametry, frekvenci a směr otáčení lze měnit pro různé úkoly. |
V závislosti na typu motoru a jeho použití může konstrukce jednofázového motoru zahrnovat další součásti, jako jsou:
- kondenzátory,
- pouzdra,
- spojovací materiál,
- fanoušci,
- senzory atd.
Všechny tyto komponenty jsou navrženy tak, aby zajistily správný chod pohonu, dlouhou životnost a bezpečný provoz. Ložiska jsou tedy nezbytná pro zajištění hladkého pohybu rotoru a snížení tření a mechanického opotřebení. Štíty chrání před náhodným přístupem k rotoru a jiným nebezpečným částem motoru. Upevňovací prvky slouží k zajištění motoru ve správné poloze. Ventilátor stabilizuje teplotní spád.
Princip činnosti jednofázových asynchronních motorů
Asynchronní elektromotor patří k indukčním elektrickým strojům, což jsou také stroje na střídavý proud. Přeměňují elektrickou energii na mechanickou energii.
Střídavý proud v symetrickém vícefázovém vinutí statoru vytváří pulzující magnetické pole. Zvlnění vzniká v důsledku vícesměrného pohybu elektrického proudu a závisí na frekvenci elektrické sítě. Při standardu 50 Hz mění elektrický proud směr 50krát za sekundu. Díky tomu dochází k elektromagnetické indukci, která generuje elektromotorické síly ve vinutí rotoru. Magnetické pole statoru se nepohybuje, ale mění kladné a záporné póly s každým sinusovým napěťovým rázem. Podobné póly magnetických polí statoru a rotoru se navzájem odpuzují a opačné póly se přitahují, což uvádí rotor do pohybu. Pod vlivem elektrodynamické síly se otáčí, nejprve zvyšuje rychlost a poté ji stabilizuje na konstantní úrovni. Rozdíl mezi otáčkami rotoru a magnetickým polem statoru se zvětšuje s rostoucím zatížením motoru.
Mechanická síla elektromotoru je výsledkem točivého momentu a rychlosti otáčení, takže vysokorychlostní jednotky jsou menší a lehčí než nízkorychlostní modely. Takové motory se obvykle používají tam, kde je důležitá stabilita, malá velikost a vysoká účinnost.
Funkce kondenzátoru v jednofázových motorech
Tyto motory vyžadují pomoc při startování kvůli jejich nízkému účiníku. Rychlost rotoru striktně závisí na frekvenci změn v poli statoru. Otáčení rotoru je rozděleno do šesti fází, ve kterých se spíná výkon následných vinutí tak, že pole v magnetickém obvodu statoru mění svou polohu o určitý konstantní úhel, určený počtem pólů. Magnetomotorická síla obou vinutí by měla být stejná a optimální úhel mezi nimi je 90°. Nedodržení těchto podmínek vede k vytvoření eliptického pole a snížení výkonu motoru vlivem brzdění.
U jednofázových elektromotorů se používá elektrolytický kondenzátor, který je připojen k pomocnému vinutí a posouvá fázi napětí vůči proudu, což způsobuje rotaci rotoru. Poloha magnetického pole se určuje na základě signálů přicházejících z magnetických snímačů, které jsou vůči sobě posunuty.
Kondenzátor lze použít ke spuštění elektrického spotřebiče. V tomto případě se vypne, jakmile otáčky motoru dosáhnou určité prahové hodnoty. K hlavnímu vinutí lze připojit i kondenzátor, pokud je potřeba udržovat konstantní rotaci rotoru během provozu. Kombinovaný kondenzátor kombinuje obě funkce. Vytváří vysoký startovací moment a minimalizuje pulzující točivý moment při maximálním zatížení motoru.
Schéma zapojení
Jednofázový motor je napájen 220V jednofázovým střídavým proudem. Používá se tam, kde je energetická náročnost relativně nízká, protože zajišťuje stabilní a efektivní provoz bez zbytečných přerušení. Hlavní nevýhodou asynchronních motorů jsou však velké rozběhové proudy s nízkým rozběhovým momentem. To vede k zahřívání vinutí, zvýšené spotřebě proudu a kolísání napětí v síti. Pro hladší rozběh je proto k dispozici schéma zapojení hvězda-trojúhelník. Během spouštění po určitou dobu motor pracuje s menším točivým momentem a napětí na každém z vinutí se rovná fázovému napětí. Po částečném zrychlení motoru přepínač hvězda-trojúhelník změní zapojení vinutí na takové, ve kterém je začátek jednoho vinutí spojen s koncem druhého, neutrální vodič se nepoužívá a motor začne pracovat na jmenovitý výkon .
Shrnutí
Jednofázové asynchronní motory jsou hlavní součástí mnoha elektrických spotřebičů a strojů. Jsou široce používány v různých oblastech díky své jednoduchosti, nízké ceně a možnosti připojení k elektrické síti v domácnosti. Existují však určitá omezení pro jejich použití. Jednofázové motory by neměly být provozovány naprázdno kvůli riziku přehřátí a při méně než 25 % plného zatížení.
Nabízíme širokou škálu modelů:
- pro domácí spotřebiče (ledničky, pračky, ventilátory);
- ruční elektrické nářadí (vrtačky, pily, vrtačky, úhlové brusky);
- stroje (frézovací, soustružnické);
- čerpadla (cirkulační, pro hlubinné studny a bazény).
Jednofázové motory jsou považovány za spolehlivé a odolné, protože mají relativně málo pohyblivých částí a na rozdíl od spalovacích motorů nevyžadují častou údržbu. Takový elektromotor může fungovat mnoho let bez větších oprav nebo výměn.