Jak pochopit, že motor je asynchronní?

Asynchronní elektromotor je elektrická jednotka s rotujícím rotorem. Rychlost otáčení rotoru se liší od rychlosti otáčení magnetického pole statoru. To je jedna z důležitých vlastností provozu jednotky, protože pokud se otáčky vyrovnají, magnetické pole neindukuje proud v rotoru a působení síly na rotorovou část se zastaví. Proto se motor nazývá asynchronní (synchronní motory mají stejnou rychlost otáčení).

V tomto článku se zaměříme na to, jaké je provozní schéma takového motoru a hlavně, jak efektivní je při jeho provozu.

Zařízení a princip činnosti

Proud ve vinutí statoru vytváří rotující magnetické pole. Toto pole indukuje v rotoru proud, který začne interagovat s magnetickým polem takovým způsobem, že se rotor začne otáčet ve stejném směru jako magnetické pole.

Relativní rozdíl mezi otáčkami rotoru a frekvencí střídavého magnetického pole se nazývá skluz. V ustáleném stavu je skluz malý: 1-8% v závislosti na výkonu.

Indukční motor

Více o principech činnosti asynchronního elektromotoru – zejména na příkladu trojfázového agregátu si můžete přečíst zde na webových stránkách v jednom z našich materiálů. Dále se podíváme na to, jaké typy asynchronních elektrických strojů existují.

Typy asynchronních motorů

Existují 3 základní typy asynchronních elektromotorů:

• 1-fázový – s rotorem nakrátko
• 3-fázový – s rotorem nakrátko
• 3-fázový – s vinutým rotorem

Schéma konstrukce asynchronního motoru s rotorem nakrátko

To znamená, že motory jsou klasifikovány podle počtu fází (1 a 3) a podle typu rotoru – klec nakrátko a fáze. V tomto případě není počet fází s instalovaným typem rotoru nijak propojen.

Dalším typem je asynchronní motor s masivním rotorem. Rotor je celý vyroben z feromagnetického materiálu a je to vlastně ocelový válec, který plní roli jak magnetického jádra, tak i vodiče (místo vinutí). Tento typ motoru je velmi odolný a má vysoký rozběhový moment, ale v rotoru může docházet k velkým ztrátám energie a může se velmi zahřát.

Který rotor je lepší, fázový nebo veverčí klec?

• Víceméně konstantní rychlost bez ohledu na různé zatížení
• Přijatelnost krátkodobých mechanických přetížení
• Jednoduchý design, snadné spouštění a automatizace
• Vyšší cos φ (účiník) a účinnost než motory s vinutým rotorem

• Potíže s regulací rychlosti otáčení
• Vysoký startovací proud
• Nízký koeficient výkonu při nízké zátěži

• Vysoký rozběhový moment
• Přijatelnost krátkodobých mechanických přetížení
• Víceméně konstantní otáčky při různém přetížení
• Nižší startovací proud než motory s kotvou nakrátko
• Možnost použití automatických startovacích zařízení

• Velké rozměry
• Účiník a účinnost jsou nižší než u motorů s kotvou nakrátko

Jaký motor je lepší vybrat?

Asynchronní nebo kolektorový? Synchronní nebo asynchronní? Nelze jednoznačně říci, že určitý typ motoru je lepší. Ve prospěch asynchronních modelů hovoří následující výhody.

• Relativně nízké náklady
• Nízké provozní náklady
• Při připojení k síti nejsou potřeba převodníky (pouze pro zátěže, které nevyžadují regulaci rychlosti)
• Není potřeba další zdroj energie – na rozdíl od synchronních analogů

Asynchronní systémy však mají nevýhody. A to:

• Nízký rozběhový moment
• Vysoký startovací proud
• Nedostatek možnosti upravit rychlost při připojení k síti
• Omezení maximální rychlosti frekvencí sítě
• Vysoká závislost elektromagnetického momentu na napájecím napětí
• Nízký účiník – na rozdíl od synchronních jednotek

Všechny výše uvedené nevýhody však lze odstranit, pokud je asynchronní motor napájen ze statického frekvenčního měniče. Pokud navíc dodržíte provozní řád a jednotky nepřetěžujete, budou vám dobře sloužit dlouhou dobu.

Ale i když mají synchronní stroje docela konkurenční výhody, většina motorů je dnes asynchronních. Průmysl, zemědělství, bydlení a komunální služby a mnoho dalších sektorů je využívá pro jejich vysokou efektivitu. Účinnost však může být výrazně snížena v důsledku takových parametrů, jako jsou:

• Vysoký startovací proud
• Slabý startovací moment
• Nesoulad mezi mechanickým točivým momentem na hnacím hřídeli a mechanickým zatížením (to vyvolává vysoký nárůst proudové síly a nadměrné zatížení během spouštění, stejně jako snížení účinnosti při sníženém zatížení)
• Neschopnost přesně nastavit rychlost zařízení

Další faktory, na kterých závisí účinnost asynchronního elektromotoru, jsou:

• stupeň zatížení motoru ve vztahu ke jmen
• design a model
• stupeň opotřebení
• odchylka síťového napětí od jmenovitého.

Jak se vyhnout snížení účinnosti?

• Zajištění stabilní úrovně zatížení – ne nižší než 75 %
• Zvyšující se účiník
• Upravte napětí a frekvenci dodávaného proudu

Chcete-li to provést, použijte:

• Frekvenční měniče – plynule mění otáčky motoru změnou frekvence napájecího napětí
• Softstartéry – omezují rychlost náběhu startovacího proudu a jeho maximální hodnotu, jako jeden z faktorů, kvůli kterému klesá účinnost

Asynchronní motor má tedy poměrně širokou škálu použití a používá se v mnoha ekonomických a průmyslových oblastech činnosti. U nás v RUSELT máme široký výběr elektromotorů tohoto typu, které můžete pořídit za výrazně výhodnější ceny než konkurence.

Elektromotory jsou stroje, které přeměňují elektrickou energii na mechanickou energii. Přeměněná energie pohání rotor motoru, který přenáší rotaci přes převod přímo na hřídel pohonu. Hlavními typy elektromotorů jsou synchronní a asynchronní motory. Rozdíly mezi nimi určují možnosti použití v různých zařízeních a technologických postupech.

Principy práce

Všechny elektromotory mají pevný stator a rotující rotor. Rozdíl mezi asynchronními a synchronními motory spočívá v principech vytváření pólů. V asynchronním elektromotoru jsou vytvářeny jevem indukce. Všechny ostatní elektromotory využívají k vytvoření magnetického pole permanentní magnety nebo cívky s proudem.

Vlastnosti synchronních motorů

Vedoucí jednotky synchronního stroje – kotva a induktor. Kotva je stator a induktor je umístěn na rotoru. Vlivem střídavého proudu vzniká v kotvě točivé magnetické pole. Spáruje se s magnetickým polem induktoru, tvořeným póly permanentních magnetů nebo cívek se stejnosměrným proudem. V důsledku této interakce se energie elektřiny přeměňuje na kinetickou energii rotace.

Rotor synchronního stroje má stejnou rychlost jako pole statoru. Výhody synchronních motorů:

• Konstrukčně se používá jako motor i jako generátor.
• Rychlost nezávislá na zatížení.
• Velká účinnost.
• Nízká pracnost při opravách a údržbě.
• Vysoký stupeň spolehlivosti.

Synchronní stroje jsou široce používány jako vysokovýkonné motory pro nízké otáčky a konstantní zatížení. Generátory se používají tam, kde je vyžadován nezávislý zdroj energie.

Synchronní stroj má také nevýhody:

• Vyžaduje stejnosměrný zdroj pro napájení induktoru.
• Neexistuje žádný počáteční točivý moment, spuštění vyžaduje externí točivý moment nebo asynchronní start.
• Štětce a sběrače rychle selhávají.

Moderní synchronní jednotky obsahují v tlumivce kromě vinutí napájeného stejnosměrným proudem také rozběhové vinutí nakrátko, které je určeno pro rozběh v asynchronním režimu.

Charakteristické vlastnosti asynchronních motorů

Rotující magnetické pole statoru asynchronního motoru indukuje v rotoru indukční proudy, které tvoří vlastní magnetické pole. Interakce polí způsobuje rotaci rotoru. V tomto případě rychlost rotoru zaostává za rychlostí magnetického pole. Právě tato vlastnost se odráží v názvu motoru.

Asynchronní motory jsou dvou typů: s klecí nakrátko a s fázovým rotorem.

Domácí spotřebiče, jako je ventilátor nebo vysavač, jsou obvykle vybaveny motory s klecovou klecí, což je “kolečko”. Všechny tyče jsou uzavřeny kotouči navařenými na obou stranách. Interakcí magnetického pole statoru s indukovanými proudy v rotoru vzniká elektromagnetická síla, která působí na rotor ve směru otáčení pole statoru. Točivý moment na hřídeli motoru je vytvářen všemi elektromagnetickými silami z každého vodiče.

U elektromotoru s fázovým rotorem je použit stejný stator jako u motoru s rotorem nakrátko. A k rotoru jsou přidána vinutí tří fází spojených do “hvězdy”. Při startování motoru je lze připojit k reostatům, které regulují startovací proudy. Pomocí reostatů můžete nastavit i otáčky motoru.

Mezi výhody asynchronních motorů patří:

• Napájení přímo ze sítě AC.
• Jednoduchost zařízení a relativně nízká cena.
• Možnost použití v domácích spotřebičích pomocí jednofázového zapojení.
• Nízká spotřeba energie a ekonomické.

Vážné nevýhody – komplexní regulace otáček a velké tepelné ztráty. Aby se zabránilo přehřátí, je tělo jednotky žebrované a na hřídeli motoru je instalováno oběžné kolo pro chlazení.

Rozdíl ve vlastnostech elektromotorů

Při výběru jednotek jsou rozhodující konstrukční vlastnosti a výkonnostní charakteristiky elektromotorů. Na tom závisí konstrukce převodů a všech pohonných jednotek mechanismů. Při výběru motoru se musíte spolehnout na společné vlastnosti a hlavní rozdíly ve vlastnostech strojů:

• Hlavním rozdílem mezi synchronním a asynchronním motorem je konstrukce rotoru. Je to permanentní nebo elektrický magnet. U asynchronního stroje se magnetická pole v rotoru indukují pomocí elektromagnetické indukce.
• U synchronních motorů je rychlost otáčení hřídele konstantní, u asynchronních motorů se může měnit při změně zatížení.
• Synchronizátory nemají rozběhový moment. Chcete-li zadat synchronizaci, musíte použít asynchronní spuštění.

Synchronní a asynchronní elektromotory nacházejí své vlastní uplatnění. Synchronní motory se doporučují pro použití všude s vysokým výkonem, kde probíhá nepřetržitý výrobní proces a není potřeba často restartovat jednotky nebo upravovat otáčky. Používají se v dopravnících, válcovnách, kompresorech, drtičích kamene atd. Moderní synchronní elektromotor má stejně rychlý náběh jako asynchronní, ale je menší a ekonomičtější než indukční motor stejného výkonu.

Asynchronní elektromotory s vinutým rotorem se používají tam, kde je potřeba vysoký rozběhový moment a časté zastavování agregátů. Například ve výtazích a věžových jeřábech. Asynchronní elektromotory s rotorem nakrátko jsou široce používány kvůli jednoduchosti zařízení a snadnému ovládání.

S využitím výhod různých jednotek a toho, jak se synchronní motor liší od asynchronního motoru, můžete při navrhování strojů, obráběcích strojů a dalších zařízení informovaně vybrat ten či onen motor.