Ο κινητήρας χρησιμοποιείται για τη μετατροπή μιας ηλεκτρικής μορφής ενέργειας σε μηχανική μορφή. Ανάλογα με τον τύπο παροχής, οι κινητήρες ταξινομούνται σε κινητήρες AC και κινητήρες συνεχούς ρεύματος. Στη σημερινή ανάρτηση, θα συζητήσουμε τους διαφορετικούς τύπους τριφασικών κινητήρων επαγωγής με λειτουργία και εφαρμογές.
Ο κινητήρας επαγωγής, ειδικά οι τριφασικοί κινητήρες επαγωγής, χρησιμοποιούνται ευρέως κινητήρας AC για την παραγωγή μηχανικής ισχύος σε βιομηχανικές εφαρμογές. Σχεδόν το 80% του κινητήρα είναι ένας τριφασικός επαγωγικός κινητήρας μεταξύ όλων των κινητήρων που χρησιμοποιούνται στις βιομηχανίες. Επομένως, ο κινητήρας επαγωγής είναι ο πιο σημαντικός κινητήρας μεταξύ όλων των άλλων τύπων κινητήρα.
Τι είναι ένας 3-φασικός κινητήρας επαγωγής;
Ένας τριφασικός επαγωγικός κινητήρας είναι ένας τύπος επαγωγικών κινητήρων AC που λειτουργεί με τριφασική τροφοδοσία σε σύγκριση με τον μονοφασικό επαγωγικό κινητήρα όπου απαιτείται μονοφασική παροχή για τη λειτουργία του. Το τριφασικό ρεύμα τροφοδοσίας παράγει ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο στην περιέλιξη του στάτορα που οδηγεί στη δημιουργία της ροπής στην περιέλιξη του ρότορα ενός τριφασικού επαγωγικού κινητήρα που έχει μαγνητικό πεδίο.
Κατασκευή Τριφασικού Κινητήρα Επαγωγής
Η κατασκευή ενός επαγωγικού κινητήρα είναι πολύ απλή και στιβαρή. Έχει κυρίως δύο μέρη.
- Στάτωρ
- Στροφείο
Στάτωρ
Όπως υποδηλώνει το όνομα, ο στάτορας είναι ένα ακίνητο μέρος του κινητήρα. Ο στάτορας του κινητήρα επαγωγής αποτελείται από τρία κύρια μέρη.
- Πλαίσιο στάτορα
- Πυρήνας στάτορα
- Περιέλιξη στάτορα
Πλαίσιο στάτορα
Το πλαίσιο του στάτορα είναι το εξωτερικό μέρος του κινητήρα. Η λειτουργία του πλαισίου του στάτορα είναι να παρέχει στήριξη στον πυρήνα του στάτορα και στην περιέλιξη του στάτη.
Παρέχει μηχανική αντοχή στα εσωτερικά μέρη του κινητήρα. Το πλαίσιο διαθέτει πτερύγια στην εξωτερική επιφάνεια για απαγωγή θερμότητας και ψύξη του κινητήρα.
Το πλαίσιο είναι χυτό για μικρές μηχανές και είναι κατασκευασμένο για μεγάλο μηχάνημα. Σύμφωνα με τις εφαρμογές, το πλαίσιο αποτελείται από χυτό ή κατασκευασμένο χάλυβα, αλουμίνιο/ κράματα αλουμινίου ή ανοξείδωτο χάλυβα.
Πυρήνας στάτορα
Η λειτουργία του πυρήνα του στάτη είναι να μεταφέρει την εναλλασσόμενη μαγνητική ροή που προκαλεί υστέρηση και απώλεια δινορευμάτων. Για να ελαχιστοποιηθούν αυτές οι απώλειες, ο πυρήνας είναι ελασματοποιημένος με στάμπα χάλυβα υψηλής ποιότητας πάχους 0,3 έως 0,6 mm.
Αυτά τα στάμπα είναι μονωμένα μεταξύ τους με βερνίκι. Όλες οι αποτυπώσεις σφραγίζονται μαζί στο σχήμα του πυρήνα του στάτορα και τον στερεώνουν με το πλαίσιο του στάτορα.
Ένα εσωτερικό στρώμα του πυρήνα του στάτορα έχει έναν αριθμό σχισμών.
Περιέλιξη στάτορα
Η περιέλιξη του στάτορα τοποθετείται μέσα στις υποδοχές του στάτη που είναι διαθέσιμες μέσα στον πυρήνα του στάτη. Η τριφασική περιέλιξη τοποθετείται ως περιέλιξη στάτορα. Και παρέχεται τριφασική τροφοδοσία στην περιέλιξη του στάτορα.
Ο αριθμός των πόλων ενός κινητήρα εξαρτάται από την εσωτερική σύνδεση της περιέλιξης του στάτη και θα καθορίσει την ταχύτητα του κινητήρα. Εάν ο αριθμός των πόλων είναι μεγαλύτερος, η ταχύτητα θα είναι μικρότερη και εάν ο αριθμός των πόλων είναι μικρότερος από την ταχύτητα θα είναι υψηλή. Οι πόλοι είναι πάντα σε ζευγάρια. Επομένως, ο συνολικός αριθμός των πόλων είναι πάντα ζυγός αριθμός. Η σχέση μεταξύ σύγχρονης ταχύτητας και αριθμητικών πόλων είναι όπως φαίνεται στην παρακάτω εξίσωση:
NS = 120f / P
Οπου;
- f = Συχνότητα τροφοδοσίας
- P = Συνολικός αριθμός πόλων
- N s = Σύγχρονη Ταχύτητα
Ως το άκρο της περιέλιξης που συνδέεται με το κιβώτιο ακροδεκτών. Ως εκ τούτου, υπάρχουν έξι ακροδέκτες (δύο από κάθε φάση) στο κουτί ακροδεκτών.
Σύμφωνα με την εφαρμογή και τον τύπο των μεθόδων εκκίνησης των κινητήρων , η περιέλιξη του στάτορα συνδέεται σε αστέρι ή τρίγωνο και γίνεται με τη σύνδεση ακροδεκτών στο κιβώτιο ακροδεκτών.
Rotor
Όπως υποδηλώνει το όνομα, ο ρότορας είναι ένα περιστρεφόμενο μέρος του κινητήρα. Ανάλογα με τον τύπο του ρότορα, ο επαγωγικός κινητήρας ταξινομείται ως:
- Κινητήρας επαγωγής Κλωβού
- Phase Wound (Wound Rotor) Επαγωγικός κινητήρας / Slip-ring Induction Motor
Η κατασκευή του στάτορα είναι ίδια και στους δύο τύπους επαγωγικών κινητήρων. Θα συζητήσουμε τους τύπους ρότορων που χρησιμοποιούνται σε τριφασικούς επαγωγικούς κινητήρες στην επόμενη ενότητα των τύπων τριφασικών κινητήρων επαγωγής.
Τύποι τριφασικών επαγωγικών κινητήρων
Οι τριφασικοί κινητήρες ταξινομούνται κυρίως σε δύο κατηγορίες με βάση την περιέλιξη του ρότορα (Armature coil winding) δηλαδή τον κλωβό σκίουρου και τον δακτύλιο ολίσθησης (τυλίγματος ρότορα).
- Κινητήρας επαγωγής Κλωβού
- Επαγωγικός κινητήρας με δακτύλιο ολίσθησης ή περιτυλιγμένου ρότορα
Κινητήρας επαγωγής Κλωβού
Το σχήμα αυτού του ρότορα μοιάζει με το σχήμα του κλουβιού. Επομένως, αυτός ο κινητήρας είναι γνωστός ως επαγωγικός κινητήρας κλωβού.
Η κατασκευή αυτού του τύπου ρότορα είναι πολύ απλή και στιβαρή. Έτσι, σχεδόν το 80% του επαγωγικού κινητήρα είναι ένας επαγωγικός κινητήρας κλωβού.
Ο ρότορας αποτελείται από έναν κυλινδρικό πολυστρωματικό πυρήνα και έχει εγκοπές στην εξωτερική περιφέρεια. Οι υποδοχές δεν είναι παράλληλες αλλά είναι λοξές σε κάποια γωνία. Βοηθά στην αποφυγή μαγνητικής ασφάλισης μεταξύ των δοντιών του στάτορα και του ρότορα. Έχει ως αποτέλεσμα την ομαλή λειτουργία και μειώνει τον θόρυβο του βουητού. Αυξάνει το μήκος του αγωγού του ρότορα λόγω αυτού η αντίσταση του ρότορα αυξάνεται.
Ο ρότορας του κλωβού αποτελείται από ράβδους ρότορα αντί για την περιέλιξη του ρότορα. Οι ράβδοι του ρότορα αποτελούνται από αλουμίνιο, ορείχαλκο ή χαλκό.
Οι ράβδοι του ρότορα βραχυκυκλώνονται μόνιμα από ακραίους δακτυλίους. Έτσι, κάνει μια πλήρη στενή διαδρομή στο κύκλωμα του ρότορα. Οι ράβδοι του ρότορα συγκολλούνται ή στερεώνονται με τους ακραίους δακτυλίους για να παρέχουν μηχανική υποστήριξη.
Οι ράβδοι του ρότορα είναι βραχυκυκλωμένοι. Επομένως, δεν είναι δυνατό να προστεθεί εξωτερική αντίσταση στο κύκλωμα του ρότορα.
Σε αυτόν τον τύπο ρότορα, οι δακτύλιοι ολίσθησης και οι βούρτσες δεν χρησιμοποιούνται. Ως εκ τούτου, η κατασκευή αυτού του τύπου κινητήρα είναι απλούστερη και πιο στιβαρή.
Επαγωγικός κινητήρας με δακτύλιο ολίσθησης ή περιτυλιγμένου ρότορα
Οι επαγωγικοί κινητήρες με δακτύλιο ολίσθησης είναι επίσης γνωστοί ως κινητήρας περιτυλιγμένου ρότορα . Ο ρότορας αποτελείται από έναν ελασματοποιημένο κυλινδρικό πυρήνα με σχισμές στην εξωτερική περιφέρεια. Η περιέλιξη του ρότορα τοποθετείται μέσα στις υποδοχές.
Σε αυτόν τον τύπο ρότορα, η περιέλιξη του ρότορα τραυματίζεται με τέτοιο τρόπο ώστε ο αριθμός των πόλων της περιέλιξης του ρότορα να είναι ίδιος με τον αριθμό των πόλων της περιέλιξης του ρότορα. Η περιέλιξη του ρότορα μπορεί να συνδεθεί ως αστέρι ή τρίγωνο .
Οι τερματικοί ακροδέκτες των περιελίξεων του ρότορα συνδέονται με τους δακτυλίους ολίσθησης. Έτσι, αυτός ο κινητήρας είναι γνωστός ως επαγωγικός κινητήρας δακτυλίου ολίσθησης.
Η εξωτερική αντίσταση μπορεί εύκολα να συνδεθεί με το κύκλωμα του ρότορα μέσω του δακτυλίου ολίσθησης και των βουρτσών. Και είναι πολύ χρήσιμο για τον έλεγχο της ταχύτητας του κινητήρα και τη βελτίωση της ροπής εκκίνησης του τριφασικού κινητήρα επαγωγής.
Ένα ηλεκτρικό διάγραμμα τριφασικού επαγωγικού κινητήρα με δακτύλιο ολίσθησης με εξωτερική αντίσταση φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Η εξωτερική αντίσταση χρησιμοποιείται μόνο για τον σκοπό εκκίνησης. Εάν παραμείνει συνδεδεμένο κατά τη διάρκεια της λειτουργίας, θα αυξήσει την απώλεια χαλκού του ρότορα.
Η υψηλή αντίσταση του ρότορα είναι καλή για την κατάσταση εκκίνησης. Έτσι, η εξωτερική αντίσταση συνδέεται με το κύκλωμα του ρότορα κατά την κατάσταση εκκίνησης.
Όταν ο κινητήρας λειτουργεί κοντά στην ταχύτητα της πραγματικής ταχύτητας, οι δακτύλιοι ολίσθησης βραχυκυκλώνονται από το μεταλλικό κολάρο. Με αυτή τη διάταξη, οι βούρτσες και η εξωτερική αντίσταση αφαιρούνται από το κύκλωμα του ρότορα.
Αυτό μειώνει την απώλεια χαλκού του ρότορα καθώς και την τριβή στις βούρτσες. Η κατασκευή του ρότορα είναι λίγο περίπλοκη σε σύγκριση με τον κινητήρα του κλωβού σκίουρου λόγω της παρουσίας βουρτσών και δακτυλίων ολίσθησης.
Η συντήρηση αυτού του κινητήρα είναι περισσότερη. Έτσι, αυτός ο κινητήρας χρησιμοποιείται μόνο όταν απαιτείται έλεγχος μεταβλητής ταχύτητας και υψηλή ροπή εκκίνησης. Διαφορετικά, ο επαγωγικός κινητήρας του κλωβού σκίουρου προτιμάται περισσότερο από τον επαγωγικό κινητήρα με δακτύλιο ολίσθησης.
Αρχή Λειτουργίας Τριφασικού Επαγωγικού Κινητήρα
Η περιέλιξη του στάτορα επικαλύπτεται κατά 120˚ (ηλεκτρικά) μεταξύ τους. Όταν παρέχεται τριφασική τροφοδοσία στην περιέλιξη του στάτη, το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο (RMF) προκαλείται στο κύκλωμα του στάτη.
Η ταχύτητα του περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου είναι γνωστή ως σύγχρονη ταχύτητα (N S ).
Σύμφωνα με το νόμο του Faraday, το EMF επάγεται στον αγωγό λόγω του ρυθμού μεταβολής της ροής (dΦ/dt). Το κύκλωμα του ρότορα έκοψε το μαγνητικό πεδίο του στάτορα και ένα EMF που προκαλείται στη ράβδο του δρομέα ή στην περιέλιξη του ρότορα.
Το κύκλωμα του ρότορα είναι μια στενή διαδρομή. Έτσι, λόγω αυτού του EMF ρεύμα θα ρέει μέσω του κυκλώματος του ρότορα.
Τώρα, γνωρίζουμε ότι ο αγωγός που μεταφέρει ρεύμα επάγει το μαγνητικό πεδίο. Έτσι, το ρεύμα του ρότορα προκαλεί ένα δεύτερο μαγνητικό πεδίο.
Η σχετική κίνηση μεταξύ της ροής του στάτη και της ροής του ρότορα, ο ρότορας αρχίζει να περιστρέφεται για να μειώσει την αιτία της σχετικής κίνησης. Ο ρότορας προσπαθεί να πιάσει τη ροή του στάτη και αρχίζει να περιστρέφεται.
Η φορά περιστροφής δίνεται από το νόμο του Lenz . Και είναι προς την κατεύθυνση του περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου που προκαλείται από τον στάτορα.
Εδώ, το ρεύμα του ρότορα παράγεται λόγω επαγωγής. Επομένως, αυτός ο κινητήρας είναι γνωστός ως κινητήρας επαγωγής.
Η ταχύτητα του ρότορα είναι μικρότερη από την ταχύτητα της σύγχρονης ταχύτητας. Ο ρότορας προσπαθεί να πιάσει το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτορα. Αλλά δεν το πιάνει ποτέ. Ως εκ τούτου, η ταχύτητα του ρότορα είναι ελαφρώς μικρότερη από την ταχύτητα της σύγχρονης ταχύτητας.
Η σύγχρονη ταχύτητα εξαρτάται από τον αριθμό των πόλων και τη συχνότητα παροχής. Η διαφορά μεταξύ της πραγματικής ταχύτητας του ρότορα και της σύγχρονης ταχύτητας είναι γνωστή ως ολίσθηση.
Γιατί η ολίσθηση δεν είναι ποτέ μηδενική σε έναν επαγωγικό κινητήρα;
Όταν η πραγματική ταχύτητα του ρότορα είναι ίση με τη σύγχρονη ταχύτητα, η ολίσθηση είναι μηδέν. Για τον επαγωγικό κινητήρα, αυτή η κατάσταση δεν θα συμβεί ποτέ.
Γιατί όταν η ολίσθηση είναι μηδέν, και οι δύο ταχύτητες είναι ίσες και δεν υπάρχει σχετική κίνηση. Επομένως, κανένα EMF που προκαλείται στο κύκλωμα του δρομέα και το ρεύμα του δρομέα δεν είναι μηδενικό. Ως εκ τούτου, ο κινητήρας δεν μπορεί να λειτουργήσει.
Ο επαγωγικός κινητήρας είναι ένας ευρέως χρησιμοποιούμενος κινητήρας στις βιομηχανίες. Γιατί έχει περισσότερα πλεονεκτήματα παρά μειονεκτήματα.
Πλεονεκτήματα & Μειονεκτήματα Επαγωγικών κινητήρων 3-Φ
Τα πλεονεκτήματα του κινητήρα επαγωγής αναφέρονται παρακάτω:
- Η κατασκευή ενός κινητήρα είναι πολύ απλή και στιβαρή.
- Η λειτουργία ενός επαγωγικού κινητήρα είναι πολύ απλή.
- Μπορεί να λειτουργήσει σε οποιαδήποτε περιβαλλοντική συνθήκη.
- Η απόδοση του κινητήρα είναι πολύ υψηλή.
- Η συντήρηση ενός επαγωγικού κινητήρα είναι μικρότερη σε σύγκριση με άλλους κινητήρες.
- Είναι ένας μόνο διεγερμένος κινητήρας. Ως εκ τούτου, χρειάζεται μόνο μία προμήθεια πηγής. Δεν απαιτεί εξωτερική παροχή DC για διέγερση όπως ένας σύγχρονος κινητήρας .
- Ο επαγωγικός κινητήρας είναι ένας κινητήρας αυτόματης εκκίνησης. Έτσι, δεν απαιτεί επιπλέον βοηθητικά για τον σκοπό εκκίνησης για κανονική λειτουργία.
- Το κόστος αυτού του κινητήρα είναι πολύ μικρότερο σε σύγκριση με άλλους κινητήρες.
- Η διάρκεια ζωής αυτού του κινητήρα είναι πολύ υψηλή.
- Η αντίδραση του οπλισμού είναι μικρότερη.
Μειονεκτήματα
Τα μειονεκτήματα του κινητήρα αναφέρονται παρακάτω.
- Σε συνθήκες ελαφρού φορτίου, ο συντελεστής ισχύος είναι πολύ μικρότερος. Και αντλεί περισσότερο ρεύμα. Έτσι, η απώλεια χαλκού είναι μεγαλύτερη, γεγονός που μειώνει την απόδοση σε συνθήκες ελαφρού φορτίου.
- Η ροπή εκκίνησης αυτού του κινητήρα (μοτέρ επαγωγής κλωβού σκίουρου) δεν είναι μικρότερη.
- Ο επαγωγικός κινητήρας είναι κινητήρας σταθερής ταχύτητας. Για την εφαρμογή όπου απαιτείται μεταβλητή ταχύτητα, αυτός ο κινητήρας δεν χρησιμοποιείται.
- Ο έλεγχος της ταχύτητας αυτού του κινητήρα είναι δύσκολος.
- Ο επαγωγικός κινητήρας έχει υψηλό ρεύμα εκκίνησης. Αυτό προκαλεί μείωση της τάσης κατά την εκκίνηση.
Εφαρμογή τριφασικών επαγωγικών κινητήρων
Ο επαγωγικός κινητήρας χρησιμοποιείται κυρίως σε βιομηχανικές εφαρμογές. Οι επαγωγικοί κινητήρες squirrel cage χρησιμοποιούνται σε οικιακές αλλά και βιομηχανικές εφαρμογές, ειδικά όπου δεν απαιτείται ο έλεγχος της ταχύτητας των κινητήρων όπως:
- Αντλίες και υποβρύχια
- Πρεσαριστή μηχανή
- Μηχάνημα τόρνου
- Μηχανή λείανσης
- Μετακομιστής
- Αλευρόμυλοι
- Συμπιεστής
- Και άλλες εφαρμογές χαμηλής μηχανικής ισχύος
Οι κινητήρες δακτυλίου ολίσθησης χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές μεγάλου φορτίου όπου απαιτείται υψηλή αρχική ροπή όπως:
- Χαλυβουργεία
- Ανελκυστήρας
- Μηχανή γερανού
- Ανυψωτήρας
- Άξονες γραμμής
- και άλλα βαρέα μηχανουργεία κ.λπ.
Παράθεση: CLASSIC AUTOMATION & PLC - dkavalieros.tech