Wat is een inductiemotor en hoe werkt het?
De inductiemotor is eenvoudig en betrouwbaar en wordt daarom vaak gebruikt in de productie en in huishoudelijke apparaten, van de klepaandrijving tot het draaien van de trommel in de wasmachine. In dit artikel vertellen we je in eenvoudige bewoordingen over wat asynchrone elektromotoren zijn, wat het is en hoe dit type elektrische machines werkt.
Soorten
Inductiemotoren (AM) zijn onderverdeeld in twee hoofdgroepen:
- eekhoorn kooi rotor
- met een faserotor.
Als we de nuances weglaten, is het verschil dat de eekhoornkooi-rotormotor geen borstels en uitgesproken wikkelingen heeft, het is minder veeleisend in onderhoud. Terwijl bij asynchrone motoren met een faserotor drie wikkelingen zijn verbonden met sleepringen, waarvan de stroom wordt verwijderd door borstels. In tegenstelling tot de vorige, is het beter om het koppel op de as te regelen en is het gemakkelijker om een soepele start te realiseren om de inschakelstromen te verminderen.
De rest van de motoren classificeren:
- door het aantal voedingsfasen - eenfasig en tweefasig (gebruikt in het dagelijks leven wanneer gevoed door een 220V-netwerk) en driefasig (het meest gebruikt in productie en in werkplaatsen).
- door middel van bevestiging - flens of op poten.
- per bedrijfsmodus - voor een lange, korte of herhaaldelijk korte termijn modus.
En een aantal andere factoren die van invloed zijn op de keuze van een bepaald product voor gebruik onder specifieke omstandigheden.
Er kan veel worden gezegd over enkelfasige elektromotoren: sommige worden gelanceerd via een condensator en sommige vereisen een start- en werkcapaciteit. Er zijn ook opties met een kortsluitingsdraai, die werken zonder condensator en bijvoorbeeld worden gebruikt in afzuigkappen. Als je geïnteresseerd bent, schrijf dan in de comments en we zullen er een artikel over schrijven.
Apparaat
Per definitie verwijst 'asynchroon' naar een AC-motor waarbij de rotor langzamer draait dan het magnetische veld van de stator, dat wil zeggen asynchroon. Maar deze definitie is niet al te informatief. Om het te begrijpen, moet je erachter komen hoe deze motor is ontworpen.
Een inductiemotor bestaat, net als elke andere, uit twee hoofdonderdelen - rotor en stator. “For Dummies” in elektriciteit ontcijferen we:
- De stator wordt het vaste deel van een generator of elektromotor genoemd.
- De rotor wordt het roterende deel van de motor genoemd, dat de mechanismen aandrijft.
De stator bestaat uit een behuizing waarvan de uiteinden zijn afgesloten met lagerschilden waarin de lagers zijn geïnstalleerd. Afhankelijk van het doel en het vermogen van de motor worden glij- of rollagers gebruikt. De kern bevindt zich in de behuizing, er is een wikkeling op geïnstalleerd. Het wordt een statorwikkeling genoemd.
Omdat de stroom afwisselend is om verliezen als gevolg van zwerfstromen (Foucault-stromen) de statorkern wordt getrokken uit dunne staalplaten die door schaal zijn geïsoleerd van elkaar en met vernis zijn verbonden.Een voedingsspanning wordt geleverd aan de statorwikkelingen, de stroom die daarin stroomt wordt de statorstroom genoemd.
Het aantal wikkelingen is afhankelijk van het aantal voedingsfasen en het ontwerp van de motor. Dus een driefasige motor heeft minstens drie wikkelingen die zijn verbonden door een ster- of driehoekscircuit. Hun aantal kan groter zijn en het beïnvloedt de rotatiesnelheid van de as, maar we zullen hier later over praten.
Maar met de rotor zijn de dingen interessanter, zoals eerder vermeld, het kan kortsluiting of fase zijn.
Een eekhoornkooirotor is een set metalen staven (meestal aluminium of koper), in de bovenstaande afbeelding worden ze aangegeven met het nummer 2, gesoldeerd of gevuld in de kern (1), gesloten door ringen (3). Dit ontwerp lijkt op een wiel waarin gedomesticeerde knaagdieren lopen, daarom wordt het vaak de "eekhoornkooi" of "eekhoornwiel" genoemd en deze naam is geen jargon, maar vrij literair. Om de hogere harmonischen van de EMF en pulsatie van het magnetische veld te verminderen, worden de staven niet langs de as gelegd, maar onder een bepaalde hoek ten opzichte van de rotatieas.
De faserotor verschilt van de vorige doordat hij al drie windingen heeft, zoals op een stator. Het begin van de wikkelingen is verbonden met de ringen, meestal koper, ze worden op de motoras gedrukt. We zullen later kort uitleggen waarom ze nodig zijn.
In beide gevallen is een van de uiteinden van de as verbonden met een door beweging aangedreven mechanisme, het is conisch of cilindrisch van vorm met of zonder groeven om een flens, een poelie en andere mechanische aandrijfonderdelen te installeren.
Op het "achterste" deel van de as is een waaier aangebracht die nodig is voor blazen en koelen, boven de waaier wordt een omhulsel geplaatst. Zo wordt koude lucht langs de ribben van de inductiemotor geleid, als deze waaier om de een of andere reden niet draait, zal hij oververhit raken.
Het ontwerp van de eerste inductiemotor is ontwikkeld door M.O. Dolivo-Dobrovolsky en hij patenteerde het in 1889. Het is tot op heden ongewijzigd gebleven.
Werkend principe
Asynchrone elektrische machines worden vaak inductie genoemd, dit komt door hun werkingsprincipe. Elke elektromotor wordt in rotatie gedreven als gevolg van de interactie van de magnetische velden van de rotor en de stator, evenals door de Ampere-kracht. Een magnetisch veld kan op zijn beurt bestaan rond een permanente magneet of rond een geleider waardoorheen stroom vloeit. Maar hoe werkt een asynchrone machine precies?
In een inductiemotor is er, in tegenstelling tot andere, geen excitatie-wikkeling op zich, terwijl heeft het een magnetisch veld? Het antwoord is simpel: een inductiemotor is een transformator.
Overweeg het principe van de werking ervan op het voorbeeld van een driefasige machine, omdat zij vaker worden gevonden dan andere.
In de onderstaande afbeelding ziet u de locatie van de wikkelingen op de statorkern van een driefasige asynchrone motor.
Door de stroming van een driefasenstroom verschijnt er een roterend magnetisch veld in de statorwikkelingen. Vanwege de faseverschuiving stroomt de stroom ofwel de ene of de andere wikkeling, in overeenstemming hiermee is er een magnetisch veld, waarvan de polen zijn gericht volgens de regel van de rechterhand. En in overeenstemming met de stroomverandering in een of andere wikkeling, worden de polen in de overeenkomstige richting gestuurd. Zoals de volgende animatie laat zien:
In het eenvoudigste (tweepolige) geval zijn de wikkelingen zo gestapeld dat ze elk 120 graden worden verschoven ten opzichte van de vorige, net als de fasehoek van de spanning in het AC-netwerk.
De rotatiesnelheid van het magnetische veld van de stator wordt synchroon genoemd. Lees meer over hoe het roteert en waarom je leert van de volgende video. Merk op dat in tweefasige (condensator) en enkelfasige motoren - het niet roteert, maar elliptisch of pulserend, en de wikkelingen zijn niet 3, maar 2.
Als we een asynchrone motor met een eekhoornkooirotor beschouwen, veroorzaakt het magnetische veld van de stator een EMV in zijn staven, omdat ze gesloten zijn, stroomt er stroom.Hierdoor ontstaat ook een magnetisch veld.
Als resultaat van de interactie van twee velden en Ampere krachtwerkt op de rotor en begint te roteren na het roterende magnetische veld van de stator, maar het ligt altijd iets achter de rotatiesnelheid van de stator MP, deze vertraging wordt slip genoemd.
Als de rotatiesnelheid van het magnetische veld synchroon wordt genoemd, is de rotatiesnelheid van de rotor al asynchroon, vanwaar hij deze naam heeft gekregen.
In AD met een faserotor zijn de dingen vergelijkbaar, behalve dat een reostaat is verbonden met zijn ringen, die, nadat de motor in de bedrijfsmodus is gekomen, uit het circuit wordt verwijderd en de wikkelingen worden kortgesloten. Dit wordt weergegeven in het onderstaande diagram, maar in plaats van een reostaat worden constante weerstanden gebruikt, aangesloten of geshunt door contactors KM3, KM2, KM1.
Deze aanpak zorgt voor een soepele start en vermindert inschakelstromen door de actieve elektrische weerstand van de rotor te vergroten.
Samenvattend:
- De stroom in de statorwikkelingen wekt een magnetisch veld op.
- Het magnetische veld leidt tot stroom in de rotor.
- De stroom in de rotor leidt tot het verschijnen van een veld eromheen.
- Omdat het statorveld roteert, begint vanwege zijn veld de rotor daarachter te draaien.
Slip- en rotatiesnelheid
De rotatiefrequentie van het magnetische statorveld (n1) is groter dan de rotatiefrequentie van de rotor (n2). Het verschil tussen hen wordt slip genoemd en wordt aangegeven met de Latijnse letter S en berekend met de formule:
S = (n1-n2) * 100% / n1
Schuiven is geen nadeel van deze elektromotor, want als zijn as met dezelfde frequentie roteerde als het magnetische veld van de stator (synchroon), dan zou er geen stroom in zijn staven worden opgewekt en zou hij gewoon niet draaien.
Nu over een belangrijker concept - het toerental van de rotor van een asynchrone elektromotor. Het hangt af van 3 waarden:
- voedingsspanningsfrequentie (f);
- het aantal paren magnetische polen (p);
- slip (S).
Het aantal paren magnetische polen bepaalt de synchrone rotatiesnelheid van het veld en is afhankelijk van het aantal statorwikkelingen. Schuiven hangt af van de belasting en het ontwerp van een bepaalde elektromotor en ligt in het bereik van 3-10%, dat wil zeggen dat de asynchrone snelheid iets minder is dan synchroon. Welnu, de frequentie van de wisselstroom is vast ingesteld op 50 Hz.
Daarom is het toerental van de as van een inductiemotor moeilijk te regelen, je kunt alleen de frequentie van het lichtnet beïnvloeden, dat wil zeggen door in te stellen frequentieomvormer. Het is mogelijk om de statorspanning te verlagen, maar dan neemt het vermogen op de as af, maar toch wordt een dergelijke techniek gebruikt bij het starten van de AM met het omschakelen van de wikkelingen van ster naar delta om startstromen te verminderen.
De rotatiefrequentie van het statorveld (synchrone snelheid) wordt bepaald door de formule:
n = 60 * f / p
Dus in een motor met één paar magnetische polen (twee polen) is de synchrone snelheid:
60 * 50/1 = 3000 tpm
De meest voorkomende opties voor elektromotoren met:
- een paar polen (3000 tpm);
- twee (1500 tpm);
- drie (1000 tpm);
- vier (750 tpm).
Het werkelijke rotortoerental zal iets lager zijn, bij een echte inductiemotor wordt dit bijvoorbeeld op het typeplaatje aangegeven - 2730 tpm. Desondanks noemen de mensen zo'n asynchrone motor volgens synchrone snelheid of simpelweg 'drieduizend meter'.
Dan is de slip gelijk aan:
3000-2730*100%/3000=9%
Toepassingsgebied
Asynchrone elektromotor heeft toepassing gevonden op alle gebieden van menselijke activiteit. Degenen die worden gevoed vanuit één fase (vanaf 220 V) zijn te vinden in actuatoren met een laag vermogen of in huishoudelijke apparaten en gereedschappen, bijvoorbeeld:
- in een wasmachine van het "baby" -type en andere oude Sovjet-modellen;
- in een betonmixer;
- in de ventilator;
- in de kap;
- en zelfs bij grasmaaiers van het hogere prijssegment.
In productie in driefasige netwerken:
- automatische schuifafsluiters;
- hijsmechanismen (kranen en lieren);
- ventilatie
- compressoren;
- Pompen
- hout- en metaalbewerkingsmachines en meer.
AD wordt ook gebruikt in elektrische voertuigen, en recentelijk worden de asynchrone motor met een Slavyanka-type wikkeling en het zogenaamde Duyunov-motorwiel actief geadverteerd op internet, wat je kunt lezen in de video van de ontwikkelaar.
De reikwijdte van asynchrone motoren is zo groot dat de lijst alleen langer zal zijn dan dit artikel, dus elke elektricien moet weten hoe het werkt, waar het voor is en waar het wordt gebruikt. Om de voor- en nadelen van deze apparaten samen te vatten en op te sommen.
Voordelen:
- Eenvoudige constructie.
- Lage kosten
- Bijna geen onderhoud.
Het grootste nadeel is de moeilijkheid om de snelheid aan te passen in vergelijking met dezelfde DC-motoren of universele collectormachines. Dienovereenkomstig is het moeilijk om een grote opstart van grote machines te organiseren, en vaker gebeurt dit met een dure frequentieomvormer.
Dit is waar we eindigen met de overweging van inductiemotoren en hun reikwijdte. We hopen dat je na het lezen van het artikel begrijpt wat het is en hoe deze elektrische machine werkt!
Gerelateerde materialen:
Bezig met laden ...
