Klíčové aspekty hvězdicových a trojúhelníkových zapojení v elektromotorech

Jaké to je? Činnost asynchronního motoru je založena na dvou hlavních součástech: stacionárním statoru a rotoru otáčejícím se kolem své osy. Jedná se o spolehlivá a odolná zařízení.

Jak to funguje? Princip činnosti asynchronního motoru je založen na Foucaultových proudech. Magnetické pole statoru interaguje s indukovaným proudem ve vinutí rotoru. Díky tomu vzniká elektromagnetická síla, která otáčí hřídelí elektromotoru a elektrická energie se přeměňuje na mechanickou.

Z tohoto materiálu se dozvíte:

1. Zařízení asynchronního motoru
2. Princip činnosti asynchronního motoru
3. Výhody a nevýhody asynchronních motorů
4. Schémata spouštění a zapojení asynchronního motoru
5. Nastavení rychlosti asynchronního motoru
6. Často kladené otázky o provozu indukčního motoru

Zařízení asynchronního motoru

Asynchronní motor má následující princip činnosti a zařízení. Konstrukce zahrnuje stacionární stator a rotor rotující na ose. Součástí statoru je jádro v podobě dutého válce, které je vyrobeno z izolovaných ocelových plátů. Na vnitřním obvodu jsou otevřené štěrbiny, ve kterých je umístěno primární vinutí a je do něj přiváděn elektrický proud.

Zařízení asynchronního motoru

Uvnitř statoru je rotor, který se otáčí na hřídeli pomocí ložisek, která jsou zase uzavřena pojistnými kryty. Vnější strana zařízení je pokryta odolným obalem. U výkonných modelů je provozní teplota asynchronního motoru snížena díky žebrům na krytu a také samostatnému ventilátoru, který odvádí horký vzduch. Konce vinutí jdou do svorkovnice.

Asynchronní motory se dodávají v provedení s kotvou nakrátko a s fázovou fází.

Asynchronní motor s kotvou nakrátko

K chodu asynchronního motoru s rotorem nakrátko dochází v důsledku interakce jádra z lisovaných plechů a primárního vinutí, které je vytvořeno ve formě rovnoběžných kovových tyčí propojených kovovými kroužky. Vizuálně je tento design podobný veverčímu kolu.

Vinutí statoru je nakloněno o 10 stupňů. Při přivedení střídavého elektrického napětí s předpětím 10 stupňů se objeví točivé magnetické pole, a když se do něj umístí rotor s klecí nakrátko, začnou elektrické vedení křížit vodiče a indukovat na ně elektromotorickou sílu. V důsledku toho vzniká proud a také vlastní magnetické pole, které interaguje s rotujícím polem. V důsledku toho se rotor začne otáčet stejným směrem jako vlastní pole statoru.

Rotor se vždy otáčí nižší frekvencí než stator. V opačném případě, pokud se jejich frekvence vyrovnají, EMF zmizí, točivý moment klesne na nulu a stabilní provoz asynchronního motoru bude nemožný, jednoduše se zastaví. Velikost zpoždění mezi rychlostí rotoru a frekvencí statoru se nazývá skluz. Tento efekt určuje provoz motorů tohoto typu; odpor v nich závisí na vlastnostech rotoru, včetně jeho odporu.

Zařízení využívající princip střídavého indukčního motoru s kotvou nakrátko mají zjednodušenou konstrukci, protože kontakty jsou stacionární. Za těchto podmínek nelze měnit rychlost otáčení.

Provoz asynchronního motoru s vinutým rotorem

Vinutý rotor má podobnou konstrukci jako stator. Jádro je vyrobeno z několika elektrostatických plechů, které jsou instalovány s podélnými mezerami mezi nimi. V těchto mezerách jsou umístěny závity sekundárního (fázového) vinutí. Počet fází rotoru a statoru musí být shodný. Elektrické obvody rotoru jsou spojeny třemi sběracími kroužky, ke kterým jsou připevněny konce vinutí. Paměti ROM jsou vzájemně propojeny pomocí hvězdičky nebo trojúhelníku. Pokud vezmeme v úvahu konstrukci dvoupólového asynchronního motoru, pak osy vinutí v něm jsou umístěny v úhlu 10 stupňů vůči sobě navzájem.

Provoz asynchronního motoru s vinutým rotorem

K vinutému rotoru lze připojit samostatný externí odpor, což zlepšuje kvalitu startování. Zpravidla se používá reostat se stupňovým nastavením. Motor podle toho také nabírá rychlost v krocích. Když otáčky dosáhnou maximální hodnoty, reostat se automaticky vypne zkratováním sběracích kroužků.

Princip činnosti asynchronního motoru

Princip činnosti střídavého indukčního motoru je obsažen v samotném názvu: rotor a stator mají magnetická pole různých frekvencí (frekvence rotorového pole je vždy menší než frekvence pole statoru).

Abyste tomuto jevu lépe porozuměli, můžete vzít obyčejný magnetický disk a začít s ním otáčet kolem své osy vedle měděného disku. To se zase začne otáčet nižší rychlostí. Když se magnet otáčí, v disku se aktivují Foucaultovy proudy, které rotují po uzavřené dráze. Jsou to ze své podstaty zkratové proudy, které způsobují zahřívání materiálu. V důsledku toho se v disku vytvoří vlastní magnetické pole, které interaguje s konstantním polem magnetu.

U asynchronního motoru poskytují vinutí statoru vzhled rotujícího magnetického pole. Tok, který v něm vzniká, generuje emf ve vodiči. Při interakci statorového pole s indukovaným proudem se ve vinutí rotoru objeví síla, která způsobí rotaci hřídele motoru.

Provozní algoritmus asynchronního motoru s vinutým rotorem je následující.

• Když je motor spuštěn, pole statoru začne křižovat konce rotoru a způsobí indukci elektromotorické síly.
• V rotoru se objevuje střídavý proud.
• Rotorová a statorová pole se vzájemně ovlivňují a vytvářejí točivý moment.
• Rotující rotor začíná „dohánět“ pole statoru.
• Při porovnávání frekvencí otáčení rotorových a statorových polí jsou elektromagnetické procesy utlumeny a točivý moment klesá na nulu.
• Pole statoru opět začíná interagovat s obvodem rotoru, který opět zaostává.

Princip činnosti jednofázového asynchronního motoru tedy předpokládá frekvenci rotorového pole, která je vždy nižší než frekvence pole statoru.

Protože proud v rotoru probíhá bez interakce kontaktů, je možné obejít se bez použití kluzných kontaktů, což zvyšuje spolehlivost zařízení. Změna směru otáčení hřídele je dosažena přehozením fází na svorkách, což vede k toku proudu v opačném směru.

Princip činnosti asynchronního motoru

Směr síly pomůže určit pravidlo levé ruky, které je studováno ve školních osnovách fyziky.

Frekvence otáčení statorového pole je závislá na napájecí síti a počtu pólových párů (je určena typem motoru, a pokud je potřeba změnit rychlost otáčení, je nutné nainstalovat příslušnou napájecí síť konvertor).

Výhody a nevýhody asynchronních motorů

Mezi pozitivní vlastnosti asynchronního motoru patří:

• Jednoduché zařízení.
• Minimální provozní náklady, náklady na generování jednotky výkonu pomocí asynchronního motoru jsou nižší než u ostatních.
• Snadnost opravy.
• Cenově dostupná cena.

Kvůli fázovému posunu nejsou potřeba žádná zařízení pro generování točivého momentu. Výkonové ztráty jsou velmi nízké, účinnost může díky malému počtu dílů dosáhnout 97 %.

Nyní pár slov o nevýhodách motorů tohoto typu:

• Obtížné nastavení otáček hřídele, malý výběr dostupných otáček.
• Značné množství proudu při startu může způsobit přerušení provozu sítě.
• Setrvačnost rotoru při startování: pokud potřebujete přesunout těžké zařízení, motor se nemusí spustit.
• Závislost provozních režimů asynchronního motoru na charakteristikách sítě.

U moderních asynchronních elektromotorů jsou všechny tyto nevýhody minimalizovány.

Schémata spouštění a zapojení asynchronního motoru

Asynchronní motor s obvodem nakrátko se vyznačuje minimálními provozními náklady, vysokými rozběhovými proudy a nízkou rozběhovou silou. V tomto ohledu se v závislosti na aktuální úloze používají různé možnosti spouštění, aby se minimalizoval proudový ráz ve vinutí a získal se optimální výkon.

Existují následující způsoby spuštění:

• Řídit. Napětí je do motoru přiváděno přes spouštěče nebo stykače.
• Přepínání způsobu připojení vinutí z hvězdy na trojúhelník;
• Snížení hodnoty napětí.
• Hladký start.
• Úprava síťového napětí.

Existuje několik startovacích schémat.

Spouštění za provozu jednofázových asynchronních motorů

Pro takový motor se používají následující možnosti spouštění:

• S kondenzátorovým startem. Po nastartování motoru se zavede spouštěcí kondenzátor, který se po několika sekundách po nastartování odstraní. Liší se nejvyššími kroutícími momenty.
• S odporovým spouštěním elektromotoru. Umožňuje získat počáteční posun mezi vektory EMF vinutí.

Spouštění za provozu jednofázových asynchronních motorů

Spouštění, když běží třífázový asynchronní motor

Pro takové motory se používají následující metody spouštění:

• Přímo do obvodu pomocí stykače nebo startéru. V důsledku toho vznikají maximální proudy, takže tato možnost není vhodná pro vysoké mechanické zatížení hřídele.
• Přepnutí způsobu připojení z hvězdy na trojúhelník. Umožňuje snížit proudy ve vinutí motoru, protože napájecí napětí je sníženo z lineárního na fázové.
• Připojení přes zprostředkující zařízení – měnič napětí, reostat nebo autotransformátor. To umožňuje snížit rozdíly mezi potenciály. Může být také použit pro změnu počtu pólových párů a frekvence napájecího proudu.

Kromě toho jsou třífázové motory schopné používat přímé a zpětné obvody. Přímý obvod připojení k obvodu slouží k otáčení hřídele motoru v jednom směru a zpětný obvod umožňuje zvolit požadovaný směr otáčení.

Nastavení rychlosti asynchronního motoru

Pro změnu provozního režimu (otáčky) asynchronního motoru se používají tři způsoby.

• Změna frekvence napájení.
• Změna počtu párů pólů.
• Změna výše skluzu.

Pro změnu počtu pólových párů musí být vinutí statoru instalováno určitým způsobem. Dále následuje přepnutí na jeden, dva nebo tři páry a změna je stupňovitá. Podobným způsobem se mění i rychlost otáčení hřídele motoru. U vícepólových statorových vinutí je rychlost otáčení vyšší.

Hlavním faktorem ovlivňujícím velikost skluzu při provozu asynchronního motoru je odpor. Vinutí jsou instalována na rotoru a závěry jsou prováděny prostřednictvím kroužků. Je zaveden kluzný kontakt, který snižuje spolehlivost konstrukce. Současně může být zaváděn dodatečný odpor pomocí reostatu nebo diskrétního spínání, díky kterému rotor plynule nebo diskrétně mění velikost prokluzu. V důsledku toho se mění i otáčky hřídele motoru.

Uvedené možnosti výrazně zvyšují náklady, proto se nejčastěji využívá změna otáček asynchronního motoru změnou frekvence napájecí sítě. K tomu se používají frekvenční měniče. Výsledkem je, že se ve stanovených mezích vytváří spojitá série frekvencí statorového pole, což umožňuje plynule regulovat otáčky hřídele. Dnes tvoří asynchronní motory v průmyslu 80 % všech elektrických instalací.

Často kladené otázky o provozu indukčního motoru

Jaké faktory zvážit při nákupu asynchronního motoru?

V první řadě je třeba zvážit úkoly, ke kterým bude zařízení sloužit.

• Pro ventilátory a čerpadla s nízkým výkonem a nízkým výkonem zvolte jednofázový motor.
• K napájení domácích zařízení bude zapotřebí dvoufázový motor.
• Princip činnosti třífázového asynchronního motoru umožňuje jeho použití pro zařízení se značnou spotřebou energie, včetně průmyslových a stavebních zařízení. Nastavení takového zařízení však může být obtížné.

Jaké podmínky jsou nutné pro silný rozběhový moment na začátku provozu asynchronního motoru?

Točivý moment se vypočítá jako magnetický tok vynásobený proudem. Při startu mohou být proudy 5-7krát vyšší než ve jmenovitém provozním režimu asynchronního motoru.

Předpokládejme, že rotor se skládá ze dvou různě velkých veverkových kol, z nichž menší je vloženo do většího. V tomto případě, když se motor spustí, bude počáteční točivý moment působit na vnější kolo. Vysvětluje se to takzvaným kožním efektem, při kterém dochází k přemístění proudu o vysokých frekvencích. Pokud má cívka dva póly, frekvence sítě je 50 Hz, pak pole rotoru dosahuje úhlové frekvence 000 ot./min. Velikost vrstvy kůže – 9 mm. Čím více pólů, tím větší je velikost vrstvy. V souladu s tím je v okamžiku startu proud vytlačen, což vede ke zvýšení točivého momentu.

Když motor zrychlí na jmenovité otáčky, kožní efekt zmizí. Jak se rotor zrychluje, frekvence indukce ve vinutí klesá. V tomto případě proud prochází vnitřním kroužkem. To zajišťuje maximální trakci při startování motoru.

U skutečných asynchronních motorů se zvýšeným rozběhovým momentem je skinefektu dosaženo díky hluboké drážce v navinutém rotoru. Proud je rozdělen ve vhodných okamžicích podél hloubky této drážky. Při startu se proud soustředí na vnější obvod, když motor zrychlí a vyrovná se skin efekt, proud se přerozdělí do hloubky drážky, což způsobí pokles točivého momentu. V souladu s tím, když asynchronní motor pracuje v nominálním režimu, spotřeba energie klesá, protože neexistuje žádná spotřeba energie pro spuštění.

Proč potřebuje asynchronní motor chlazení?

U asynchronního motoru se elektrická energie přiváděná do vinutí statoru přeměňuje na mechanickou energii. Na vstupu a výstupu se výkon mění, protože se částečně ztrácí v důsledku tření, zahřívání atd. Tato energie se odvádí a způsobuje tvorbu tepla, k jejímu vyrovnání je nutné buď omezit dobu chodu asynchronního motoru, nebo použít chladicí systém.

Asynchronní motory jsou velmi široce používány jak v průmyslu, tak v každodenním životě, umožňují co nejefektivnější využití energetických zdrojů a zvyšují výkon zařízení.

Elektrické motory zaujímají klíčovou roli v dnešních průmyslových procesech. Slouží jako základ pro mnoho výrobních operací, poskytují potřebnou energii a efektivitu – od malých zařízení až po obrovské výrobní komplexy. Mezi různé typy elektromotorů patří třífázový modely vynikají svou popularitou.

Třífázové elektromotory jsou známé svými účinnost a spolehlivosta přitom vyžaduje minimální náklady na údržbu. Hlavním aspektem, který vyžaduje pozornost při provozu těchto zařízení, je správné připojení. Je důležité správně vybrat mezi schématy zapojení hvězda a trojúhelník, což určuje provoz a účinnost samotného motoru.

U třífázových elektromotorů existují dva důležité typy připojení – “Trojúhelník” a “Hvězda”. Na příkladu těchto připojení se podíváme na to, která možnost je nejvhodnější pro konkrétní výrobní potřeby. Začněme základními pojmy.

“Trojúhelník” a “Hvězda”: Jaký je rozdíl?

Třífázové motory obvykle obsahují tři samostatná vinutíumístěné uvnitř statoru. Tato vinutí jsou od sebe vzdálena 120 stupňů. Nejjednodušší model třífázového asynchronního motoru s rotorem nakrátko obsahuje pouze tři vinutí, i když existují i ​​složitější modely s velkým počtem vinutí, násobkem tří.

Důležité je, jak tato tři vinutí připojit k napájecím vodičům, z nichž mohou být tři nebo čtyři. Pochopení správného zapojení je nezbytné pro zajištění efektivního provozu motoru. Dále se podrobně podíváme na to, jak se to dělá a jaké vlastnosti má každý z těchto způsobů připojení.

Hvězda a trojúhelník jsou dva základní způsoby připojení v třífázových elektrických systémech. Připojení Star je čtyřvodičový systém, zatímco připojení Delta je třívodičový systém.

Tyto obvody se používají nejen v elektromotorech, ale i v dalších zařízeních třífázových sítí, včetně transformátorů a topných těles (topných těles). Již dříve jsme diskutovali o vlastnostech paralelního a sériového připojení topných prvků k dvoufázové a třífázové síti a také porovnali připojení „hvězda“ a „trojúhelník“.

Hvězdné spojení: U tohoto typu zapojení jsou fázové vodiče připojeny k začátku vinutí (U1, V1, W1) a konce vinutí jsou spojeny dohromady v jednom bodě, který se také nazývá nulový vodič. Připojení nulového vodiče v tomto případě není nutné, protože zátěž je obvykle symetrická.

Trojúhelníkové připojení: Zde jsou začátek jednoho vinutí a konec dalšího zapojeny do série a tvoří uzavřenou smyčku ve tvaru trojúhelníku. Napájení je přiváděno do připojovacích bodů a nulový vodič se v tomto případě nepoužívá.

U obou typů spojení je důležité to pochopit na diagramu mohou být označeny odlišně. V případě připojování topných těles, jako jsou topná tělesa, je důležité dodržet logiku obvodů, přičemž konkrétní umístění začátku a konce těles nehraje roli.

Výběr schématu zapojení: Praktické rady

přihláška správné schéma zapojení vinutí v třífázových asynchronních motorech má klíčový význam pro elektrikáře pracující s elektrickými sítěmi 220/380 voltů. Při připojování motoru je důležité vědět, jak vybrat vhodný obvod.

Třífázové asynchronní motory lze rozdělit do dvou kategorií: s možností změny schématu zapojení vinutí a bez něj.

Motory první kategorie mívají na svorkovnicích šest vodičů. V závislosti na napětí sítě, ke které je motor připojen, můžete zvolit vhodné schéma zapojení vinutí. Spojení lze provést pomocí měděných tyčí nebo drátových propojek. Svorkovnice elektromotoru jsou uspořádány tak, že pomocí pouhých tří propojek můžete nakonfigurovat požadovaný vzor připojení – „Hvězda“ nebo „Trojúhelník“.

Pro výběr požadovaného obvodu je nutné důsledně dodržet správné spojení začátků a konců vinutí se svorkami a správné umístění propojek. Aby byl tento proces snazší, výrobci často umisťují na kryt motoru štítek s vyznačením pozic propojek pro každý okruh, což elektrikářům značně usnadňuje práci.

Určení vhodného schématu zapojení: Hvězda nebo trojúhelník?

Volba mezi obvody “Hvězda” a “Trojúhelník” pro připojení vinutí třífázového motoru závisí na síťovém napětí. Tato schopnost přepínání obvodů je navržena tak, aby přizpůsobila motor různým úrovním napětí.

Jak vybrat správné schéma? Rozhodnutí je založeno na jmenovitém síťovém napětí, které je obvykle uvedeno na typovém štítku motoru.

Pokud je například na typovém štítku uvedeno „Δ/Y 220/380“, znamená to, že při síťovém napětí 220 voltů by mělo být použito zapojení „trojúhelník“ a při napětí 380 voltů zapojení „hvězda“. V případě připojení k jednofázové síti 220 V pomocí kondenzátorů jsou vinutí zapojena také podle obvodu „Trojúhelník“.

Pokud je na typovém štítku uvedeno pouze jedno napětí a symbol schématu zapojení (například „Δ“ nebo „Y“), znamená to schéma zapojení pevného vinutí bez možnosti jeho změny. V tomto případě musí být motor zapojen podle uvedeného schématu, aby byl zajištěn správný a bezpečný provoz.

Následky nesprávného zapojení v obvodech „Hvězda“ a „Trojúhelník“.

Nesprávné připojení vinutí v obvodech „hvězda“ a „trojúhelník“ může vést k vážným následkům. Tento problém ilustruje příklad žárovek.

Předpokládejme, že tři žárovky dimenzované na 220 V jsou připojeny k síti 380/220 V. Při správném zapojení podle obvodu „Star“ bude každá lampa přijímat 220 voltů, což odpovídá jejímu jmenovitému napětí. Pokud však omylem použijete obvod “Trojúhelník”, každá lampa obdrží 380 voltů, což je výrazně vyšší než její jmenovité napětí a povede k jejich vyhoření.

Podobná věc se stane s třífázové motory. Pokud je motor určený pro připojení na 220 V omylem připojen k 380 V, může to vést k poškození vinutí a porucha motoru. Tato chyba může způsobit zkrat, přehřátí a další vážné problémy.

To znamená, že správná volba schématu zapojení a jeho správné provedení jsou klíčové pro zajištění bezpečnosti a spolehlivého provozu elektrických zařízení. To zdůrazňuje nutnost striktně dodržovat specifikace a pokyny výrobce.

Vliv přepnutí schématu zapojení z “Star” na “Delta” na Power

Přepnutí schématu zapojení vinutí z „Hvězda“ na „Trojúhelník“ ovlivňuje spotřebu energie zátěže. Při konstantním napájecím napětí a zátěži se výkon ztrojnásobí. To je způsobeno skutečností, že napětí napříč každou zátěží, stejně jako proud, se zvýší faktorem √3 (přibližně 1.73).

V obvodu “Hvězda” s proudem 1 ampér se celkový výkon rovná:

S=√3×Ul×Iл

S= 1.73 × 380 Volt × 1 Ampér = 657.4 VA

Výkon jedné lampy bude v tomto případě 220 VA.

Při přechodu na obvod „Trojúhelník“ se napětí na každé lampě zvýší na 380 voltů. V souladu s tím se fázový proud také zvýší 1.73krát. Vzhledem k tomu, že lineární proud v obvodu „Hvězda“ je již 1.73krát větší než fázový proud, lze celkový výkon v obvodu „Trojúhelník“ vypočítat jako:

S=√3×Ul×Il=1.73×380 Volt × (1.73 Ampér × 1.73) = 1972 VA

To znamená, že výkon na lampu v obvodu „Trojúhelník“ bude 657 VA.

Je důležité si uvědomit, že i když spotřeba energie roste, neznamená to, že motor bude produkovat více výkonu. Motor, když je připojen k příslušnému napětí (220 voltů pro hvězdu a 380 voltů pro trojúhelník), bude pracovat při svém jmenovitém výkonu, jak je uvedeno v jeho specifikacích. Přepnutím obvodu se změní parametry napětí a proudu, ale neovlivní jmenovitý výkon motoru.

Tepelně odolné keramické svorkovnice od Elemag

Firma Elemag nabízí kvalitní keramické svorkovnice pro elektromotory. Tyto svorky jsou pro svou tepelnou odolnost a spolehlivost ideální pro zajištění bezpečného připojení elektromotorů k elektrickým sítím.

Použití keramických svorkovnic poskytuje řadu výhod:

1. Vysoká teplotní odolnost: Mastkový kámen dobře odolává vysokým teplotám, což je kritické pro elektromotory pracující v intenzivních podmínkách.
2. Spolehlivost a bezpečnost: Keramické podložky odolávají přehřátí a poskytují spolehlivé spojení, čímž se minimalizuje riziko zkratu.
3. Snadná instalace a použití: Naše svorkovnice jsou navrženy tak, aby jejich instalace a připojení byly co nejpohodlnější a nejjednodušší.
4. Trvanlivost: Keramické materiály jsou známé svou trvanlivostí a odolností proti opotřebení, což zajišťuje dlouhou životnost podložky.

Svorkovnice od Elemag bude optimální volbou pro zajištění bezpečného a efektivního připojení elektromotorů různých typů a výkonů.