Асинхрона машина

Из Википедије, слободне енциклопедије

Асинхрони мотори

Асинхрона (индукциона) машина је врста електричне машине за наизменичну струју. Код асинхроних машина, брзина обртања ротора и брзина обртања обртног магнетног поља нису сихнронизоване, па отуда име. Асинхроне машине за разлику од синхроне машине не могу да производе реактивну снагу, па се у главном користе као електромотори.

Садржај

[уреди] Принцип рада

Растављени кавезни краткоспојени мотор снаге 250 W машине за прање веша. 12 статорских намотаја је у кућишту лево. До њега је кавезни ротор.

Нека је статор машине прикључен на систем наизменичних трофазних напона. Када кроз намотаје статора протичу трофазне наизменичне струје које стварају обртно магнетско поље, које обрће ротор брзином Ω. Обртно поље ротира у зазору и затвара се кроз статор и ротор, због чега се у проводницима индукују одговарајуће електромоторне силе.

У намоту статора јавља се контраелектромоторна сила Es која држи равнотежу прикљученом напону статора U и чији се модуо разликује за неколико процената од доведеног напона за пад напона на омској отпорности и реактанси расипања. У намотају ротора се такође индукује електромоторна сила. Ако је електрично коло ротора затворено, кроз њега ће протицати струја Ir, чија је активна компонента истог смера као и индукована електромоторна сила. Пошто се проводник са струјом Ir налази у магнетском пољу, на њега ће деловати електромагнетна сила F која ће обртати ротор у смеру обртања обртног магнетног поља. Збир свих производа појединачних сила у проводницима ротора и полупречника представља обртни моменат електромагнетних сила машине. Како се енергија са статора на ротор преноси путем електромагнетне индукције, асинхроне машине се често називају и индукционе машине.

Ротор не може никада постићи синхрону брзину, односно брзину обртања магнетног поља. Ако би се ротор окретао синхроном брзином, онда не би било релативне брзине између обртног поља и ротора, због чега магнетни флукс не би пресецао проводнике ротора и не би постојала индукована електромоторна сила у намотајима ротора, а без ње ни струја, електромагнетна сила и обртни моменат. Због тога би ротор почео да заостаје, због чега би проводници поново пресецали магнетни флукс и појавио би се обртни моменат. Када ротор није оптерећен радном машином (асинхрони мотор у празном ходу), тада ротор мора да савлада само механичке губитке услед трења у лежајевима и трења ротора о ваздух. Како су губици услед трења и вентилације мали, тада се ротор окреће брзином која је блиска синхроној брзини.

Намотаји су по својој природи омско-индуктивног карактера. За магнећење магнетног материјала и ваздушног зазора између статора и ротора потребна је реактивна енергија. Како асинхрона машина не може да производи реактивну енергију, она је мора узимати из мреже. Струја коју напон мреже тера кроз намот ће увек бити индуктивна. Због тога је асинхрона машина у и моторском и у генераторском режиму потрошач реактивне енергије, што је један од основних разлога зашто се асинхрона машина користи претежно као мотор. У генераторском режиму асинхрона машина се користи у оквиру аутономних електроенергетских система и тада се реактивна енергија обезбеђује из кондензаторске батерије. У великим индустријским потрошачима са пуно асинхроних мотора великих снага, често се постављају статички компензатори (углавном кондензаторска батерија) за поправку фактора снаге, да се реактивна енергија не повлачи из мреже, са обзиром да се плаћа.

[уреди] Клизање

Разлика између брзине обртања ротора и брзине обртног поља описује се величином која се назива клизање. Клизање се израчунава по формули:

S = (N_{sin} - N_{AM})/N_{sin} \cdot 100

где је:

  • Nsin - синхрона механичка брзина обртања
  • NAM - асинхрона (стварна) механичка обртања ротора

Синхрона механичка брзина обртања зависи од број пари полова и износи

N_{sin} = \frac {60 \cdot f_2}{p}
Број полова Број пари полова nsync 50 Hz nsync 60 Hz
2 1 3000 min-1 3600 min-1
4 2 1500 min-1 1800 min-1
6 3 1000 min-1 1200 min-1
8 4 750 min-1 900 min-1

Клизање при називном оптерећењу Sn износи од 10 % до 2 % за моторе номиналних снага. Како је

N_{sin} = N_{AM} + S \cdot N_{sin},
\omega_2 = \omega_m + S \cdot \omega_2 = \omega_m + \omega_1
\omega_1 = S \cdot \omega_2

добија се да је фреквенција струје у ротору

f_1=S \cdot f_2 .

Вредност фреквенције струје у ротору у номиналном режиму износи неколико херца, па су губици у ротору услед хистерезиса и вртложних струја занемарљиви у односу на губитке у статору.

[уреди] Конструкција

Ротор асинхроне машине са полузатвореним жљебовима

Статор асинхроне машине се израђује од феромагнетног материјала у облику лимова, који се слажу у пакете потребне дужине, при чему се између лимова поставља изолација. Овакво ламелирање се врши како би се смањили губици услед хистерезиса и вртложних струја . Магнетни лимови од којих се прави језгро су легирани силицијумом ради сузбијања губитака због хистерезиса, пошто додатак силицијума сужава хистерезисну петљу, а легирањем се повећава електрична отпорност лимова, због чега се смањују вртложне струје и губици услед њих. Жљебови у које се смештају намотаји статора могу бити полузатворени за снаге до 200 kW, а изнад 200 kW се користе отворени. Отворени жљебови се користе и у нисконапонским, а нарочито у високонапонским асинхроним машинама. Подела на облик жљеба (утора) у зависности од затворености није стриктно везана за снагу машине, већ се више везује за величину машине и за напон на који се прикључује машина.

Ротор машине се такође прави од феромагнетног материјала пошто у намотају ротора протиче наизменична струја. Намотаји се на ротор смештају на два начина, због чега се разликују две подгрупе асинхроних машина. У зависности од начина смештања намотаја постоје машине са мотаним намотом или клизно-колутне машине и кавезни асинхрони мотори.

Кавезни краткоспојени ротор

Код клизно-колутних машина ротор може имати трофазни намотај, чији се почеци изводе на три клизна колута, док се крајеви веују у звездиште. Сврха клизних колутова је могућност спољног приступа намотају ротора. По клизним колутовима клизе четкице које су причвршћене за статор и чији су крајеви изведени на статор. На овај начин је омогућено довођење и одвођење електричне енергије. Клизни прстенови се могу кратко спојити, чиме трофазни роторски намотај постаје кратко спојен намотај, при чему се четкице подижу.

Код кавезних краткоспојених мотора, намотај ротора се улива у жљебове и спаја са обе стране краткоспојним прстеновима. Намотај је од бакра и алуминијума. Кавезни намотај је потпуно кратко спојен што значи да нема електрични приступ роторском намотају, а тиме ни потребе за четкицама, које су најчешћи разлози отказивања машине. Алуминијумски роторски кавез се улива у набијени лим пакет ротора на вратило ротора под притиском. Бакарни кавезни намотај се прави од бакарних шипки, које се полажу у жљебове и на својим крајевима заварују међуметалом за краткоспојни прстен.

[уреди] Једнофазни асинхрони мотор

Индукцијски мотор може радити и са само једном фазом (без обртног магнетског поља), али у том се случају не може сам покренути (нема полазни момент) и смер обртања зависи од смера спољашњег почетног момента. Услов развијања временски непроменљивог поља за ову машину се не може задовољити због пулсирајућег поља.

Ови проблеми се решавају додавањем полова са кратко спојеним намотом или помоћном фазом у којој се постиже вештачки фазни помак струје - обично серијским спајањем кондензатора (који се након залета мотора може и искључити). Овакви мотори се широко користе у кућним апаратима.

[уреди] Регулација брзине

Како је брзина обртања машине дата формулом:

N_{sin} = \frac {60 \cdot f_2}{p}

следи да се на брзину машине може утицати променом броја пари полова или мењањем учестаности струје. Пре развоја јевтиних уређаја енергетске електронике, било је тешко мењати фреквенцију струје мотора, па је употреба оваквих машина била ограничена.

За контролу брзине обртања асинхорне машине користе се инвертори. Најкоришћенија техника за регулацију фреквенције је импулсно-ширинска модулација (енгл. Pulse Width Modulation, PWM). Пошто инвертор претвара једносмерни напон у наизменични, погодним избором периода дозволе провођења једносмерног напона се добијају правоугаони импулси одређене ширине и учестаности. Овом методом је могуће регулисати и вредност напона који ће се довести на мотор, јер машина захтева константан обртни момент, који зависи од односа квадрата напона и фреквенције. Употребом филтара се може издвојити синусоидни напон потребан за исправан рад асинхроне машине.

Обични асинхрони мотори се могу користити са инвертерима, али због високих напонских импулса који прате њихов рад, препоручује се кориштење асинхроних мотора посебно тестираних за ту сврху (енг. inverter-rated motor), са бољом изолацијом намотаја.

[уреди] Однос напон - фреквенција

При кориштењу уређаја за промену брзине асинхроне машине, мора се водити рачуна о односу између напона и учестаности, V/Hz. Овај однос мора бити константан да не би дошло до прегоревања намотаја због превелике струје.

У континенталној Европи уобичајене вредности су за напон 220 V и 50 Hz за учестаност струје, што даје однос 4,4. Ако машина мора да ради са половином брзине (25 Hz), онда напон мора да се смањи на 110 V. Ако ово није урађено, двострука називна струја ће потећи и брзо уништити мотор. Овај однос напона и фреквенције мора да се прати при свим брзинама мотора.

[уреди] Литература

  • „Основи електроенергетике - електроенергетски претварачи“ - Емил Леви, Владан Вучковић, Владимир Стрезоски

[уреди] Спољашње везе

Викимедија остава
Викимедија остава има још мултимедијалних фајлова везаних за:

- Добављено из „http://sr.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%81%D0%B8%D0%BD%D1%85%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%B0_%D0%BC%D0%B0%D1%88%D0%B8%D0%BD%D0%B0“