- Princíp činnosti indukčného motora
- Zákon o elektromagnetickej indukcii
- Jednofázový indukčný motor
- Trojfázový indukčný motor
Indukčný motor je elektrický stroj na striedavý prúd, ktorý premieňa elektrickú energiu na mechanickú. Indukčný motor sa široko používa v rôznych aplikáciách od základných domácich spotrebičov po ťažký priemysel. Stroj má toľko aplikácií, ktoré sa ťažko dajú spočítať. Stupnicu si môžete predstaviť tak, že budete vedieť, že takmer 30% globálne vyrobenej elektrickej energie sa spotrebuje samotnými indukčnými motormi. Tento úžasný stroj vynašiel veľký vedec Nikola Tesla a tento vynález natrvalo zmenil priebeh ľudskej civilizácie.
Tu je niekoľko aplikácií jednofázových a trojfázových indukčných motorov, ktoré nájdeme v každodennom živote.
Aplikácie jednofázových indukčných motorov:
- Elektrické ventilátory v domácnosti
- Vŕtacie stroje
- Čerpadlá
- Mlynčeky
- Hračky
- Vysávač
- Výfukové ventilátory
- Kompresory a elektrické holiace strojčeky
Aplikácie trojfázových indukčných motorov:
- Malé, stredné a veľké priemyselné odvetvia.
- Výťahy
- Žeriavy
- Vedenie sústruhov
- Mlyny na ťažbu oleja
- Robotické ramená
- Systém dopravných pásov
- Ťažké drviče
Tieto asynchrónne motory prichádzajú v mnohých veľkostiach a tvary, ktoré majú relatívnu funkcie a elektrický výkon. Pohybujú sa od niekoľkých centimetrov do niekoľkých metrov a majú výkon od 0,5 HP do 10 000 HP. Užívateľ si môže vybrať ten najvhodnejší z oceánu modelov, aby uspokojil jeho / jej dopyt.
Základom motorov a ich práci sme sa už venovali v predchádzajúcom článku. Tu si povieme niečo o konštrukcii a práci indukčného motora.
Princíp činnosti indukčného motora
Pre pochopenie princípu práce indukčného motora zvážime najskôr jednoduché nastavenie, ako je znázornené na obrázku.
Tu,
- Odoberú sa dve železné alebo feritové jadrá rovnakej veľkosti a sú zavesené vo vzduchu na diaľku.
- Smaltovaný medený drôt je navinutý na horné jadro, za ktorým nasleduje spodný a dva konce sú odvedené na jednu stranu, ako je to znázornené na obrázku.
- Jadro tu funguje ako médium na prenášanie a koncentráciu magnetického toku generovaného cievkou počas prevádzky.
Teraz, ak pripojíme zdroj striedavého napätia na dva konce medi, budeme mať niečo ako dole.
Počas pozitívneho cyklu AC:
Tu počas prvej polovice cyklu bude kladné napätie v bode „A“ postupne prechádzať od nuly k maximu a potom sa vráti k nule. Počas tohto obdobia môže byť prúdový tok vo vinutí predstavovaný ako.
Tu,
- Počas kladného cyklu zdroja striedavého prúdu sa prúd v oboch vinutiach zvyšuje postupne od nuly do maxima a potom sa postupne vracia z maxima do nuly. Je to preto, lebo podľa Ohmovho zákona je prúd vo vodiči priamo úmerný svorkovému napätiu a v minulých článkoch sme o ňom mnohokrát diskutovali.
- Vinutia sú navinuté tak, aby prúd v obidvoch vinutiach tiekol rovnakým smerom a na schéme ich môžeme vidieť rovnako.
Teraz si pripomeňme zákon, ktorý sa volá Lenzov zákon a ktorý sme študovali skôr, ako sme išli dopredu. Podľa Lenzovho zákona „ vodič vedúci prúd vytvorí okolo svojho povrchu magnetický náboj“,
a ak použijeme tento zákon vo vyššie uvedenom príklade, potom bude každá slučka v oboch cievkach generovať magnetické pole. Ak k tomu pripočítame magnetický tok generovaný celou cievkou, potom získa značnú hodnotu. Celý tento tok sa objaví na železnom jadre, keď bola cievka navinutá na telo jadra.
Pre pohodlie, ak nakreslíme čiary magnetického toku sústredené na železnom jadre na oboch koncoch, budeme mať niečo ako dole.
Tu vidíte, ako sa magnetické čiary koncentrujú na železné jadrá a ako sa pohybujú cez vzduchovú medzeru.
Táto intenzita toku je priamo úmerná prúdu pretekajúcemu v cievkach navinutých na oboch železných telieskach. Takže počas pozitívneho polovičného cyklu smeruje tok od nuly k maximu a potom sa zmierňuje od maxima k nule. Keď pozitívny cyklus dokončí, intenzita poľa vo vzduchovej medzere tiež dosiahne nulu a potom budeme mať negatívny cyklus.
Počas negatívneho cyklu AC:
Počas tohto negatívneho cyklu sínusového napätia sa kladné napätie v bode „B“ postupne zmení z nuly na maximum a potom sa vráti na nulu. Ako obvykle, kvôli tomuto napätiu bude prúdiť prúd a na obrázku nižšie môžeme vidieť smer tohto prúdenia vo vinutích.
Pretože prúd je lineárne úmerný napätiu, jeho veľkosť v obidvoch vinutiach sa postupne zvyšuje z nuly na maximum a potom klesá z maxima na nulu.
Ak vezmeme do úvahy Lenzov zákon, potom sa okolo cievok objaví magnetické pole z dôvodu prúdového toku podobného prípadu skúmanému v pozitívnom cykle. Toto pole sa sústredí do stredu feritových jadier, ako je to znázornené na obrázku. Pretože intenzita toku je priamo úmerná prúdu pretekajúcemu v cievkach navinutých na obidvoch železných telieskach, bude tento tok tiež prechádzať od nuly k maximu a potom sa bude znižovať z maxima na nulu podľa veľkosti prúdu. Aj keď je to podobné ako pozitívny cyklus, existuje rozdiel a tým je smer siločiar magnetického poľa. Tento rozdiel v smere toku môžete pozorovať na diagramoch.
Po jeho negatívnom cykle prichádza pozitívny cyklus, po ktorom nasleduje ďalší negatívny cyklus a pokračuje tak ďalej, až kým sa neodstráni sínusové napätie AC. A kvôli tomuto zámennému napäťovému cyklu sa magnetické pole v strede na železných jadrách stále mení v rozsahu aj v smere.
Na záver, použitím tohto nastavenia
- Vyvinuli sme oblasť sústredenú na magnetické pole v strede železných jadier.
- Intenzita magnetického poľa vo vzduchovej medzere sa neustále mení v rozsahu aj v smere.
- Toto pole sleduje priebeh sínusového napätia AC.
Zákon o elektromagnetickej indukcii
Toto nastavenie, o ktorom sme diskutovali až doteraz, je najvhodnejšie na realizáciu Faradayovho zákona elektromagnetickej indukcie. Je to preto, lebo neustále sa meniace magnetické pole je najzákladnejšou a najdôležitejšou požiadavkou na elektromagnetickú indukciu.
Tento zákon tu študujeme, pretože indukčný motor pracuje na princípe Faradayovho zákona elektromagnetickej indukcie.
Teraz, keď chceme študovať fenomén elektromagnetickej indukcie, zvážme nastavenie uvedené nižšie.
- Vezme sa vodič a vytvaruje ho do štvorca, pričom obidva jeho konce sú skratované.
- V strede štvorca vodiča je upevnená kovová tyč, ktorá slúži ako os nastavenia.
- Teraz sa štvorec vodiča môže voľne otáčať pozdĺž osi a nazýva sa rotor.
- Rotor je umiestnený v strede vzduchovej medzery, aby vodičová slučka mohla zažívať maximum poľa generovaného cievkami rotora.
Podľa Faradayovho zákona o elektromagnetickej indukcii vieme, „ keď rôzne magnetické pole preruší kovový vodič, potom sa vo vodiči indukuje EMF alebo napätie“ .
Teraz použijeme tento zákon, aby sme pochopili fungovanie indukčného motora:
- Podľa tohto zákona elektromagnetickej indukcie by mal byť EMF indukovaný vo vodiči rotora umiestnenom v strede z dôvodu meniaceho sa magnetického poľa, ktoré zažíva.
- Z dôvodu tohto skratu indukovaného EMF a vodiča prúdi prúd v celej slučke, ako je to znázornené na obrázku.
- Tu prichádza kľúč k činnosti indukčného motora. Vieme, že podľa Lenzovho zákona vodič prenášajúci prúd vytvára okolo neho magnetické pole, ktorého intenzita je úmerná veľkosti prúdu.
- Pretože zákon je univerzálny, potom vodičová slučka rotora musí tiež generovať magnetické pole, pretože ním preteká prúd z dôvodu elektromagnetickej indukcie.
- Ak nazveme magnetické pole generované statorovými vinutiami a nastavením železného jadra ako hlavný tok alebo tok statora. Potom môžeme magnetické pole generované vodičovou slučkou rotora nazvať Tok rotora.
- Kvôli interakcii medzi hlavným tokom a tokom rotora dostane rotor silu. Táto sila sa pokúša postaviť proti indukcii EMF do rotora nastavením polohy rotora. Preto v tomto okamihu zažijeme pohyb v polohe hriadeľa.
- Teraz sa magnetické pole neustále mení kvôli striedavému napätiu a sila tiež neustále prispôsobuje polohu rotora bez zastavenia.
- Takže rotor sa stále otáča kvôli striedavému napätiu, a tým máme mechanický výkon na hriadeli alebo na osi rotora.
S tým sme videli, ako kvôli elektromagnetickej indukcii do rotora máme mechanický výstup na hriadeli. Názov pre toto nastavenie sa teda volá Indukčný motor.
Doteraz sme diskutovali o pracovnom princípe indukčného motora, nezabudnite však, že teória aj praktická podstata sa líšia. A pre prácu s indukčným motorom je potrebné ďalšie nastavenie, ktoré si rozoberieme nižšie.
Jednofázový indukčný motor
Indukčný motor, ktorý pracuje na jednofázové striedavé napájanie, sa nazýva jednofázový indukčný motor.
V domácnostiach je k dispozícii elektrické vedenie s jednofázovým elektrickým vedením s napätím 240 V / 50 Hz a indukčné motory, ktoré používame v každodennom živote v našich domácnostiach, sa nazývajú jednofázové indukčné motory.
Pre lepšie pochopenie princípu fungovania jednofázového indukčného motora sa pozrime na konštrukciu jednofázového indukčného motora.
Tu,
- Vezmeme viac vodičov a namontujeme ich na voľne sa otáčajúci hriadeľ, ako je to znázornené na obrázku.
- Tiež skrátime konce všetkých vodičov kovovým krúžkom, čím vytvoríme niekoľko slučiek vodičov, ktoré sme už študovali skôr.
- Toto nastavenie rotora vyzerá pri bližšom pohľade ako veveričia klietka, a preto sa nazýva indukčný motor vevericovej klietky. Tu sa pozrime na 3D štruktúru rotora klietky vo veveričke.
- Stator, ktorý sa považoval za úplný železný kus, je v skutočnosti skupina tenkých železných plechov naskladaných dohromady. Sú tak tesne stlačené, že medzi nimi nebude doslova žiadny vzduch. Namiesto jedného kusu železa používame hromadu železných plechov, z toho istého dôvodu používame plechy z valcovaného železa v prípade výkonového transformátora, ktorý má znižovať straty železa. Použitím stohovacej metódy výrazne znížime straty energie pri zachovaní rovnakého výkonu.
Fungovanie tohto nastavenia je podobné ako nastavenie použité pri vysvetlení princípu práce indukčného motora.
- Najprv poskytneme striedavé napätie a kvôli tomuto napätiu preteká prúd statorovým vinutím navinutým na hornom aj spodnom segmente.
- Kvôli prúdu sa vytvára magnetické pole na hornom aj spodnom vinutí.
- Prevažná časť železných plechov funguje ako jadrové médium na prenos magnetického poľa generovaného cievkami.
- Toto striedavé magnetické pole nesené železným jadrom sa kvôli zámernému štruktúrnemu návrhu koncentruje v centrálnej vzduchovej medzere.
- Teraz, keď je rotor umiestnený v tejto vzduchovej medzere, zažívajú toto striedavé pole aj skratované vodiče upevnené na rotore.
- Kvôli poľu sa indukuje prúd vo vodičoch rotora.
- Pretože prúd prechádza vodičmi rotora, magnetické pole sa bude tiež generovať okolo rotora.
- Pri interakcii medzi generovaným magnetickým poľom rotora a statorovým magnetickým poľom dostane rotor silu.
- Táto sila posúva rotor pozdĺž osi, a tým budeme mať rotačný pohyb.
- Pretože napätie kontinuálne mení sínusové napätie, rotor sa tiež neustále nepretržite otáča pozdĺž svojej osi. Tým budeme mať nepretržitý mechanický výstup pre dané jednofázové vstupné napätie.
Aj keď sme predpokladali, že rotor sa bude automaticky otáčať po napájaní jednofázového motora, nie je to tak. Pretože pole generované jednofázovým indukčným motorom je striedavé magnetické pole a nie rotujúce magnetické pole. Takže na začiatku motora sa rotor zafixuje na svoju pozíciu, pretože sila, ktorú zažíva kvôli spodnej a hornej cievke, bude mať rovnakú veľkosť a bude opačná v smere. Takže na začiatku je čistá sila, ktorú zažíva rotor, nulová. Aby sme tomu zabránili, použijeme pomocné vinutie pre indukčný motor, aby sa z neho stal samočinný motor. Toto pomocné vinutie poskytne potrebné pole, aby sa rotor mohol pohybovať na začiatku. Príkladom pre tento prípad je elektrický ventilátor, ktorý vidíme v našom každodennom živote,čo je štart kondenzátora a beží indukčný motor s pomocným vinutím zapojeným do série s kondenzátorom.
Trojfázový indukčný motor
Indukčný motor, ktorý pracuje na trojfázovom striedavom elektrickom výkone, sa nazýva trojfázový indukčný motor. Trojfázové indukčné motory sa zvyčajne používajú v priemysle a nie sú vhodné pre domáce použitie.
Energetické vedenie dostupné pre priemyselné odvetvia je 400V / 50Hz Trojfázové štvorriadkové striedavé napájanie a indukčné motory, ktoré pracujú na tejto dodávke v priemyselných odvetviach, sa nazývajú trojfázové indukčné motory.
Pre lepšie pochopenie princípu práce trojfázového indukčného motora sa pozrime na konštrukciu trojfázového indukčného motora.
Tu,
- Vinutie fázy A začína od horného segmentu nasledovaného spodným segmentom, ako je znázornené na obrázku.
- Pokiaľ ide o dva konce fázy, jeden z vinutia je pripojený k elektrickému vedeniu fázy A trojfázového napájacieho zdroja, zatiaľ čo druhý koniec je pripojený k neutrálu rovnakých trojfázových štvorriadkových napájacích zdrojov. Je to možné, pretože v trojfázovom štvorriadkovom napájaní máme prvé tri vedenia nesúce tri sieťové napätia, zatiaľ čo štvrtý je neutrálny.
- Ostatné dvojfázové vinutia majú rovnaký priebeh ako fáza A. Na dvoch koncoch vinutia fázy B je jeden pripojený k elektrickému vedeniu fázy B trojfázového napájania, zatiaľ čo druhý koniec je pripojený k neutrálu rovnakých troch fáz. štvorriadkový napájací zdroj.
- Konštrukcia rotora je podobná klietke s veveričkou a je to rovnaký typ rotora, aký sa používa v jednofázovom indukčnom motore.
Teraz, ak dodávame elektrickú energiu do trojfázových vinutí statora, začne prúd tiecť vo všetkých troch vinutiach. Kvôli tomuto prúdovému toku bude cievkami generované magnetické pole a toto pole bude prúdiť cestou s menším magnetickým odporom, ktorú poskytuje laminované jadro. Tu je konštrukcia motora navrhnutá tak, aby sa magnetické pole prenášané jadrom sústredilo na vzduchovú medzeru v strede, kde je umiestnený rotor. Takže magnetické pole koncentrované jadrom v stredovej medzere ovplyvňuje vodiče v rotore, čím indukuje prúd v nich.
Za prítomnosti vodičového prúdu vytvára rotor tiež magnetické pole, ktoré v danom okamihu interaguje s poľom statora. A vďaka tejto interakcii rotor zažíva silu, ktorá vedie k rotácii motora.
Tu je magnetické pole generované statorom rotačného typu kvôli trojfázovému napájaniu, na rozdiel od striedavého typu, o ktorom sme hovorili v jednofázovom motore. A vďaka tomuto rotujúcemu magnetickému poľu sa rotor začne otáčať sám aj bez počiatočného stlačenia. Vďaka tomu je trojfázový motor samočinne sa spúšťajúci a pre tento typ motora nepotrebujeme žiadne pomocné vinutie.