Принцип рада асинхроног мотора

Индукциони мотор је електрична машина наизменичне струје која претвара електричну енергију у механичку. Индукциони мотор се широко користи у разним апликацијама, од основних кућних апарата до тешке индустрије. Машина има толико апликација које је тешко избројати, а размере можете замислити знајући да скоро 30% електричне енергије генерисане у свету троши сам асинхрони мотор. Ову невероватну машину изумео је велики научник Никола Тесла и овај проналазак трајно је променио ток људске цивилизације.

Ево неколико примена једнофазних и трофазних асинхроних мотора које можемо наћи у свакодневном животу.

Примена једнофазних индукционих мотора:

• Електрични вентилатори у кући
• Машине за бушење
• Пумпе
• Брусилице
• Играчке
• УСИСИВАЧ
• Издувни вентилатори
• Компресори и електрични бријачи

Примена трофазних индукционих мотора:

• Мале индустрије, средње и велике индустрије.
• Лифтови
• Дизалице
• Вожња стругова
• Млинови за вађење уља
• Роботско оружје
• Систем транспортних трака
• Тешке дробилице

У индукциони мотори долазе у разним величинама & облика имају релативну карактеристике и електричне оцене. Величине су од неколико центиметара до неколико метара и имају снагу од 0,5 до 10000 КС. Корисник може изабрати најприкладнији из океана модела како би удовољио својим захтевима.

О основама мотора и њиховом раду већ смо разговарали у претходном чланку. Овде ћемо детаљно разговарати о конструкцији и раду индукционог мотора.

Принцип рада асинхроног мотора

Да бисмо разумели принцип рада асинхроног мотора, размотримо прво једноставно постављање као што је приказано на слици.

Ево,

• Узимају се две гвоздене или феритне језгре једнаких величина и суспендују се у ваздуху на даљину.
• На горњу језгру је намотана емајлирана бакарна жица, а затим доња и два краја су изведена на једну страну, као што је приказано на слици.
• Језгро овде делује као медиј за ношење и концентрирање магнетног флукса који ствара завојница током рада.

Сада, ако на два краја бакра повежемо извор наизменичног напона, имаћемо нешто попут доле.

Током позитивног циклуса АЦ:

Овде ће током првог полуциклуса позитивни напон у тачки 'А' постепено ићи од нуле до максимума, а затим се враћа на нулу. Током овог периода тренутни проток у намотају може се представити као.

Ево,

• Током позитивног циклуса извора напајања наизменичном струјом, струја у оба намотаја се постепено повећава са нуле на максимум, а затим се постепено враћа са максимума на нулу. То је зато што је према Охмовом закону струја у проводнику директно пропорционална напонском напону и о томе смо много пута разговарали у претходним чланцима.
• Намотаји су намотани на начин да струја у оба намотаја тече у истом смеру, а можемо видети исте представљене на дијаграму.

Сада се сетимо закона који се звао Ленцов закон који смо раније проучавали пре него што смо кренули напред. Према Ленцовом закону, „ проводник који носи струју генерисаће магнет који се испуњава око његове површине“,

а ако применимо овај закон у горњем примеру, тада ће свака петља у обе завојнице генерисати магнетно поље. Ако додамо магнетни флукс који ствара цела завојница, тада ће добити знатну вредност. Читав овај ток ће се појавити на гвозденом језгру док је калем намотан на тело језгра.

Ради погодности, ако повучемо линије магнетног флукса концентрисане на гвоздено језгро на оба краја, имаћемо нешто попут доле.

Овде можете видети како се магнетне линије концентришу на језгре гвожђа и како се крећу кроз ваздушни јаз.

Овај интензитет флукса је директно пропорционалан струји која тече у калемима намотаним на оба тела гвожђа. Тако током позитивног полуциклуса флукс прелази са Нула на Максимум, а затим се смањује са Максимума на Нулту. Једном када позитивни циклус заврши интензитет поља у ваздушном размаку такође достигне нулу и после овога имаћемо негативан циклус.

Током негативног циклуса АЦ:

Током овог негативног циклуса синусног напона, позитивни напон у тачки 'Б' постепено ће ићи од нуле до максимума, а затим се враћа на нулу. Као и обично, због овог напона ће доћи до струјног тока и смер овог струјног тока можемо видети у намотајима на доњој слици.

Будући да је струја линеарно пропорционална напону, њена величина у оба намотаја се постепено повећава од нуле до максимума, а затим опада од максимума до нуле.

Ако узмемо у обзир Ленцов закон, тада ће се око намотаја појавити магнетно поље због протока струје сличног случају проучаваном у позитивном циклусу. Ово поље ће се концентрисати у центру феритних језгара, као што је приказано на слици. Будући да је интензитет флукса директно пропорционалан струји која тече у калемима намотаним на оба тела гвожђа, овај флукс ће такође ићи од Нуле до Максимума, а затим умањен од Максимума до Нуле пратећи величину струје. Иако је ово слично позитивном циклусу, постоји разлика и то је правац линија магнетног поља. Ову разлику у смеру флукса можете уочити на дијаграмима.

Након његовог негативног циклуса долази позитивни циклус, а затим још један негативни циклус и он тако иде све док се не уклони синусоидални напон наизменичне струје. И због овог наизменичног напонског циклуса, магнетно поље у средишту гвоздених језгара се мења и у величини и у смеру.

У закључку употребом овог подешавања,

• Развили смо концентрисано подручје магнетног поља у средишту гвоздених језгара.
• Интензитет магнетног поља на ваздушном зазору стално се мења и у величини и у смеру.
• Поље прати таласни облик синусоидног напона наизменичне струје.

Фарадејев закон електромагнетне индукције

Ова поставка о којој смо до сада разговарали је најприкладнија за реализацију Фарадаиевог закона електромагнетне индукције. То је зато што је магнетско поље које се стално мења најосновнији и најважнији захтев за електромагнетну индукцију.

Овде проучавамо овај закон јер индукциони мотор ради на принципу Фарадаиевог закона електромагнетне индукције.

Да бисмо сада проучавали феномен електромагнетне индукције, размотримо доњу поставку.

• Узме се проводник који га обликује у квадрат са кратко спојеним крајевима.
• Метална шипка је учвршћена у средини квадрата проводника који делује као осовина поставке.
• Сада се квадрат проводника може слободно окретати дуж осе и назива се ротор.
• Ротор је постављен у средиште ваздушног размака тако да проводничка петља може да искуси максимално поље генерисано завојницама ротора.

Према Фарадаиевом закону електромагнетне индукције знамо да „ када променљиво магнетно поље пресече метални проводник, тада се у проводнику индукује ЕМФ или напон“ .

Сада, применимо овај закон да бисмо разумели рад асинхроног мотора:

• Према овом закону електромагнетне индукције, ЕМП би требало да се индукује у проводнику ротора смештеном у центру због променљивог магнетног поља које он доживљава.
• Због овог ЕМФ-а и проводника који су кратко спојени струја тече у целој петљи као што је приказано на слици.
• Овде долази кључ за рад асинхроног мотора. Знамо да према Ленцовом закону проводник који носи струју ствара око себе магнетно поље чији је интензитет пропорционалан величини струје.
• Будући да је закон универзалан, проводничка петља ротора такође мора да генерише магнетно поље јер кроз њега тече струја због електромагнетне индукције.
• Ако магнетно поље генерисано намотајима статора и подешавањем језгра гвожђа називамо главним флуксом или флуором статора. Тада магнетно поље генерисано проводничком петљом ротора можемо назвати флуксом ротора.
• Због интеракције између главног флукса и флукса ротора, ротор доживљава силу. Ова сила покушава да се супротстави ЕМФ индукцији у ротор подешавањем положаја ротора. Отуда ћемо у овом тренутку доживети кретање у положају осовине.
• Сада се магнетно поље непрестано мења због наизменичног напона, сила такође непрестано подешава положај ротора без заустављања.
• Дакле, ротор наставља да се окреће због наизменичног напона и самим тим имамо механички излаз на осовини или оси ротора.

Уз то, видели смо како због електромагнетне индукције у ротор имамо механички излаз на осовини. Дакле, име дато за ову поставку назива се индукциони мотор.

До сада смо разговарали о принципу рада асинхроног мотора, али се сећамо да су и теорија и практичност различити. А за рад асинхроног мотора потребно је додатно подешавање о којем ћемо говорити у наставку.

Једнофазни индукциони мотор

Индукциони мотор који ради на једнофазном наизменичном напајању назива се једнофазни индукциони мотор.

Електрични вод који нам је доступан у домовима је једнофазни далековод од 240В / 50Хз, а индукциони мотори које користимо у свакодневном животу у нашим домовима називају се једнофазни индукциони мотори.

Да бисмо боље разумели принцип рада једнофазног асинхроног мотора, погледајмо конструкцију једнофазног асинхроног мотора.

Ево,

• Узећемо више проводника и поставити их на слободно ротирајућу осовину као што је приказано на слици.
• Такође ћемо крајеве крајева свих проводника оградити металним прстеном стварајући тако вишеструке петље проводника које смо раније проучавали.
• Овакав постав ротора изблиза изгледа попут кавеза са веверицама и отуда се назива индукциони мотор са веверицама у кавезу. Овде ћемо погледати 3Д структуру ротора кавеза са веверицама.

• Статор за који се сматрало да је комплетан комад гвожђа заправо је група танких гвоздених листова сложених заједно. Тако су тесно стиснути да између њих буквално неће бити ваздуха. Користимо гомилу гвоздених лимова уместо појединачног гвозденог комада из истог разлога као што користимо ваљане гвоздене лимове у случају енергетског трансформатора који жели да смањи губитке гвожђа. Коришћењем методе слагања знатно ћемо смањити губитак енергије задржавајући исте перформансе.

Рад ове поставке сличан је поставци која се користи у објашњавању принципа рада асинхроног мотора.

• Прво ћемо обезбедити наизменични напон и због тог напона струја протиче кроз намотај статора намотан на горњи и доњи сегмент.
• Због струје, магнетно поље се генерише и на горњем и на доњем намотају.
• Главнина гвоздених лимова делује као језгро језгра за ношење магнетног поља генерисаног калемима.
• Ово наизменично магнетно поље које носи гвоздено језгро концентрише се у централном ваздушном размаку због намерног структурног дизајна.
• Пошто је ротор смештен у овај ваздушни размак, кратко спојени проводници фиксирани на ротору такође доживљавају ово наизменично поље.
• Због поља се у проводницима ротора индукује струја.
• Пошто струја пролази кроз проводнике ротора, магнетно поље ће се такође генерисати око ротора.
• Након интеракције између генерисаног магнетног поља ротора и магнетног поља статора, ротор доживљава силу.
• Ова сила помера ротор дуж осе и тиме ћемо имати ротационо кретање.
• Будући да се напон непрестано мења синусоидални напон, ротор се такође непрекидно окреће дуж своје осе. Тако ћемо имати континуирани механички излаз за задати једнофазни улазни напон.

Иако смо претпоставили да ће се ротор аутоматски окретати након што снага добије једнофазни мотор, што није случај. Пошто је поље генерисано једнофазним индукционим мотором наизменично магнетно поље а не ротирајуће магнетно поље. Дакле, на почетку мотора, ротор се блокира у свом положају, јер ће сила коју искуси због доње завојнице и горње завојнице бити исте величине и супротна у смеру. Дакле, на почетку је нето сила коју доживљава ротор једнака нули. Да бисмо то избегли, користићемо помоћни намотај за асинхрони мотор како бисмо га учинили самопокретачким мотором. Овај помоћни намотај ће пружити потребно поље за покретање ротора на старту. Пример за овај случај је електрични вентилатор који видимо у свакодневном животу,који је кондензаторски старт и покреће асинхрони мотор са помоћним намотајем повезан у серију са кондензатором.

Трофазни асинхрони мотор

Индукциони мотор који ради на трофазну наизменичну струју назива се трофазни асинхрони мотор. Обично се трофазни индукциони мотори користе у индустрији и нису погодни за кућну употребу.

Доступни струјни вод је 400В / 50Хз Трофазни четвороводни наизменични напон, а индукциони мотори који раде на овом напајању у индустрији називају се трофазни индукциони мотори.

Да бисмо боље разумели принцип рада трофазног асинхроног мотора, погледајмо конструкцију трофазног асинхроног мотора.

Ево,

• Фаза А намотавање почиње од горњег сегмента праћеног доњим сегментом као што је приказано на слици.
• Што се тиче два краја фазе, један намотај је повезан са фазним далеководом трофазног напајања, док је други крај повезан са неутралном снагом истих три фазе четвороводног напајања. То је могуће јер у трофазном четвороводном напајању имамо прве три линије које носе три линијска напона, док је четврта линија неутрална.
• Остали двофазни намотаји следе исти образац као и фаза А. На два краја намотаја фазе Б један је повезан на фазни вод далековода трофазног напајања, док је други крај спојен на неутралну мрежу истих три фазе четвороводно напајање.
• Структура ротора слична је кавезу и иста је врста ротора који се користи у једнофазном асинхроном мотору.

Сада, ако електричну енергију дајемо трофазним намотајима статора, тада струја почиње да тече у сва три намотаја. Због овог струјног тока, калеми ће генерисати магнетно поље и оно ће тећи кроз путању мање магнетне отпорности коју пружа ламинирано језгро. Овде је структура мотора тако пројектована да се магнетно поље које носи језгро концентрише на ваздушни отвор у центру где је постављен ротор. Дакле, магнетно поље концентрисано језгром у средишњем зазору утиче на проводнике у ротору, индукујући тако струју у њима.

У присуству проводничке струје, ротор такође генерише магнетно поље које у било ком тренутку реагује са статорским пољем. И због ове интеракције ротор доживљава силу која доводи до ротације мотора.

Овде је магнетно поље које генерише статор ротирајућег типа због трофазне снаге, за разлику од наизменичног типа који смо разматрали у једнофазном мотору. И због овог ротирајућег магнетног поља, ротор почиње да се окреће сам од себе чак и у одсуству почетног притиска. То чини трофазни мотор самопокретачким типом и није нам потребан помоћни намотај за овај тип мотора.