Nauka w dziedzinie elektryczności w XIX i XX wieku szybko się rozwijała, co doprowadziło do powstania elektrycznych silników indukcyjnych. Dzięki takim urządzeniom rozwój przemysłu przemysłowego posunął się daleko do przodu i obecnie nie można sobie wyobrazić zakładów i fabryk bez maszyn energetycznych wykorzystujących asynchroniczne silniki elektryczne.
Zawartość
Historia pojawienia się
Historia powstania asynchronicznego silnika elektrycznego rozpoczyna się w 1888 roku, kiedy Nikola Tesla opatentował obwód silnika elektrycznego, w tym samym roku inny naukowiec w dziedzinie elektrotechniki Gallileo Ferraris opublikował artykuł na temat teoretycznych aspektów działania maszyny asynchronicznej.
W 1889 rosyjski fizyk Michaił Osipowicz Doliwo-Dobrowolski otrzymał patent w Niemczech na asynchroniczny trójfazowy silnik elektryczny.
Wszystkie te wynalazki umożliwiły udoskonalenie maszyn elektrycznych i doprowadziły do masowego wykorzystania maszyn elektrycznych w przemyśle, co znacznie przyspieszyło wszystkie procesy technologiczne w produkcji, zwiększyło wydajność pracy i zmniejszyło jej pracochłonność.
W chwili obecnej najczęściej używanym w przemyśle silnikiem elektrycznym jest prototyp maszyny elektrycznej stworzonej przez Dolivo-Dobrovolsky.
Urządzenie i zasada działania silnika asynchronicznego
Głównymi elementami silnika indukcyjnego są stojan i wirnik, które są oddzielone od siebie szczeliną powietrzną. Aktywną pracę w silniku wykonują uzwojenia i rdzeń wirnika.
Asynchroniczność silnika rozumiana jest jako różnica między prędkością wirnika a częstotliwością wirowania pola elektromagnetycznego.
stojan - jest to stała część silnika, której rdzeń jest wykonany ze stali elektrotechnicznej i montowany w ramie. Łóżko wykonane jest w sposób odlewany z materiału niemagnetycznego (żeliwo, aluminium). Uzwojenia stojana to układ trójfazowy, w którym przewody ułożone są w rowkach o kącie ugięcia 120 stopni. Fazy uzwojeń są standardowo podłączone do sieci zgodnie ze schematami „gwiazdy” lub „trójkąta”.
Wirnik Jest to ruchoma część silnika. Wirniki asynchronicznych silników elektrycznych są dwojakiego rodzaju: z wirnikami klatkowymi i fazowymi. Te typy różnią się między sobą konstrukcjami uzwojenia wirnika.
Asynchroniczny silnik klatkowy
Ten typ maszyny elektrycznej został po raz pierwszy opatentowany przez M.O. Dolivo-Dobrovolsky i jest popularnie nazywany „koło wiewiórki” ze względu na wygląd konstrukcji. Zwarte uzwojenie wirnika składa się z prętów miedzianych zwartych pierścieniami (aluminium, mosiądz) i włożony w rowki uzwojenia rdzenia wirnika. Ten typ wirnika nie posiada ruchomych styków, dzięki czemu silniki te są bardzo niezawodne i trwałe w eksploatacji.
Silnik indukcyjny z wirnikiem fazowym
Takie urządzenie pozwala w szerokim zakresie dostosować szybkość pracy. Wirnik fazowy jest uzwojeniem trójfazowym, które jest połączone zgodnie ze schematami „gwiazdy” lub trójkąta. W takich silnikach elektrycznych w konstrukcji znajdują się specjalne szczotki, za pomocą których można regulować prędkość wirnika. Jeśli do mechanizmu takiego silnika zostanie dodany specjalny reostat, to po uruchomieniu silnika opór czynny zmniejszy się, a tym samym zmniejszą się prądy rozruchowe, co niekorzystnie wpływa na sieć elektryczną i samo urządzenie.
Zasada działania
Gdy do uzwojeń stojana zostanie doprowadzony prąd elektryczny, pojawia się strumień magnetyczny. Ponieważ fazy są przesunięte względem siebie o 120 stopni, z tego powodu przepływ w uzwojeniach obraca się. Jeśli wirnik jest zwarty, to przy takim obrocie w wirniku pojawia się prąd, który wytwarza pole elektromagnetyczne. Oddziałując ze sobą, pola magnetyczne wirnika i stojana powodują obracanie się wirnika silnika elektrycznego. Jeśli wirnik jest fazowy, wówczas napięcie jest jednocześnie przykładane do stojana i wirnika, w każdym mechanizmie pojawia się pole magnetyczne, oddziałują one ze sobą i obracają wirnik.
Zalety silników asynchronicznych
| z wirnikiem klatkowym | Z wirnikiem fazowym |
|---|---|
| 1. Proste urządzenie i obwód uruchamiający | 1. Mały prąd rozruchowy |
| 2. Niski koszt produkcji | 2. Możliwość regulacji prędkości obrotowej |
| 3. Wraz ze wzrostem obciążenia prędkość wału nie zmienia się | 3. Pracuj z małymi przeciążeniami bez zmiany prędkości |
| 4. Wytrzymuje krótkotrwałe przeciążenia | 4. Można zastosować automatyczny start |
| 5. Niezawodny i trwały w działaniu | 5. Ma duży moment obrotowy |
| 6. Nadaje się do wszystkich warunków pracy | |
| 7. Ma wysoką wydajność |
Wady silników asynchronicznych
| z wirnikiem klatkowym | Z wirnikiem fazowym |
|---|---|
| 1. Prędkość wirnika nie jest regulowana | 1. Duże wymiary |
| 2. Mały początkowy moment obrotowy | 2. Wydajność jest niższa |
| 3. Wysoki prąd rozruchowy | 3. Częsta konserwacja z powodu zużycia szczotek |
| 4. Pewna złożoność projektu i obecność ruchomych kontaktów |
Silniki asynchroniczne to bardzo wydajne urządzenia o doskonałych właściwościach mechanicznych, co czyni je liderami pod względem częstotliwości użytkowania.
Tryby pracy
Silnik elektryczny typu asynchronicznego jest mechanizmem uniwersalnym i ma kilka trybów na czas działania:
- Ciągły;
- krótkoterminowe;
- Okresowy;
- Powtarzające się krótkoterminowe;
- Specjalny.
Tryb ciągły - główny tryb pracy urządzeń asynchronicznych, który charakteryzuje się ciągłą pracą silnika elektrycznego bez przestojów przy stałym obciążeniu. Ten tryb działania jest najczęstszy, stosowany wszędzie w przedsiębiorstwach przemysłowych.
Tryb chwilowy - działa do osiągnięcia stałego obciążenia przez określony czas (10 do 90 minut), nie mając czasu na rozgrzanie się tak bardzo, jak to możliwe. Potem się wyłącza. Ten tryb jest używany podczas podawania substancji roboczych (woda, olej, gaz) i innych sytuacjach.
Tryb okresowy - czas pracy ma określoną wartość i jest wyłączany na koniec cyklu pracy. Tryb pracy start-praca-stop. Jednocześnie może wyłączyć się na czas, w którym nie zdąży schłodzić się do temperatur zewnętrznych i ponownie włączyć.
Tryb przerywany - silnik nie nagrzewa się do maksimum, ale też nie ma czasu na schłodzenie do temperatury zewnętrznej. Znajduje zastosowanie w windach, schodach ruchomych i innych urządzeniach.
specjalny reżim - czas trwania i okres włączenia jest dowolny.
W elektrotechnice obowiązuje zasada odwracalności maszyn elektrycznych - oznacza to, że urządzenie może zarówno przekształcać energię elektryczną w energię mechaniczną, jak i wykonywać przeciwne działania.
Asynchroniczne silniki elektryczne również odpowiadają tej zasadzie i mają tryb pracy silnika i generatora.
Tryb silnika - główny tryb pracy asynchronicznego silnika elektrycznego. Po przyłożeniu napięcia do uzwojeń powstaje moment elektromagnetyczny, ciągnący wirnik za wałem, a tym samym wał zaczyna się obracać, silnik osiąga stałą prędkość, wykonując użyteczną pracę.
tryb generatora - oparty na zasadzie wzbudzania prądu elektrycznego w uzwojeniach silnika podczas obrotu wirnika. Jeżeli wirnik silnika jest obracany mechanicznie, to na uzwojeniach stojana powstaje siła elektromotoryczna, w obecności kondensatora w uzwojeniach występuje prąd pojemnościowy.Jeśli pojemność kondensatora ma określoną wartość, w zależności od charakterystyki silnika, generator sam się wzbudzi i pojawi się trójfazowy układ napięciowy. W ten sposób silnik klatkowy będzie działał jako generator.
Kontrola prędkości silników asynchronicznych
Aby regulować prędkość obrotową asynchronicznych silników elektrycznych i kontrolować ich tryby pracy, istnieją następujące metody:
- Częstotliwość - gdy zmienia się częstotliwość prądu w sieci elektrycznej, zmienia się częstotliwość obrotu silnika elektrycznego. W tej metodzie używane jest urządzenie zwane przemiennikiem częstotliwości;
- Reostatyczny - gdy zmienia się rezystancja reostatu w wirniku, zmienia się prędkość obrotowa. Ta metoda zwiększa początkowy moment obrotowy i krytyczny poślizg;
- Impuls - metoda sterowania, w której do silnika przykładany jest specjalny rodzaj napięcia.
- Przełączanie uzwojeń podczas pracy silnika elektrycznego z obwodu „gwiazdy” na obwód „trójkąta”, co zmniejsza prądy rozruchowe;
- Sterowanie zmianą pary biegunów dla wirników klatkowych;
- Podłączenie reaktancji indukcyjnej dla silników z uzwojonym wirnikiem.
Wraz z rozwojem systemów elektronicznych sterowanie różnymi silnikami asynchronicznymi staje się coraz bardziej wydajne i dokładne. Takie silniki są używane na całym świecie, różnorodność zadań wykonywanych przez takie mechanizmy rośnie z każdym dniem, a zapotrzebowanie na nie nie maleje.
Podobne artykuły:
