Typy asynchronních motorů, odrůdy, jaké typy motorů existují

Střídavé elektromotory, které ke své činnosti využívají točivé magnetické pole statoru, jsou v současnosti velmi rozšířené elektrické stroje. Ty z nich, jejichž otáčky rotoru se liší od rychlosti otáčení magnetického pole statoru, se nazývají asynchronní motory.

Vzhledem k velké kapacitě energetických systémů a velké délce elektrických sítí je dodávka energie spotřebitelům vždy prováděna pomocí střídavého proudu. Proto je přirozené usilovat o maximální využití střídavých elektromotorů. Zdá se, že to eliminuje potřebu vícenásobných přeměn energie.

Bohužel střídavé motory jsou svými vlastnostmi a především ovladatelností výrazně horší než stejnosměrné motory, proto se používají především v instalacích, kde není vyžadována regulace otáček.

Poměrně nedávno se začaly aktivně využívat regulované střídavé systémy s připojením střídavých elektromotorů přes frekvenční měniče.

Asynchronní elektromotor s rotorem nakrátko je rotační transformátor, jehož primárním vinutím je stator a sekundárním vinutím je rotor. Mezi statorem a rotorem je vzduchová mezera. Stejně jako v každém skutečném transformátoru má každé vinutí také svůj vlastní aktivní odpor.

Při připojení motoru k elektrické síti vzniká ve statoru magnetické pole, které se otáčí synchronně s frekvencí napájecí sítě. Vlivem jevu elektromagnetické indukce vzniká vlivem magnetického pole statoru v elektricky uzavřených vinutích rotoru elektrický proud.

Indukovaný elektrický proud rotoru vytvoří vlastní magnetické pole, které interaguje s rotujícím magnetickým polem statoru. V důsledku toho se rotor začne otáčet a na hřídeli motoru vzniká mechanický točivý moment úměrný proudu statoru.

Model třífázového asynchronního motoru v řezu

Charakteristickým znakem asynchronního motoru je, že v důsledku interakce statorových a rotorových polí je rychlost otáčení hřídele motoru poněkud nižší než frekvence napájecí sítě. Rozdíl mezi frekvencí napájení a rychlostí otáčení se nazývá skluz.

Asynchronní motory jsou díky jednoduchosti výroby a vysoké spolehlivosti široce používány v různých odvětvích hospodářství a výroby. Mezitím lze rozlišit čtyři hlavní typy asynchronních motorů:

• jednofázový asynchronní motor s rotorem nakrátko;
• dvoufázový asynchronní motor s rotorem nakrátko;
• třífázový asynchronní motor s rotorem nakrátko;
• Třífázový asynchronní motor s fázovým rotorem.

Jednofázový asynchronní motor obsahuje pouze jedno pracovní vinutí na statoru, do kterého je při provozu motoru přiváděn střídavý proud. Pro nastartování motoru je ale na jeho statoru ještě přídavné vinutí, které je přes kondenzátor nebo indukčnost krátkodobě připojeno k síti, případně zkratováno. To je nutné pro vytvoření počátečního fázového posunu, aby se rotor začal otáčet, jinak by pulzující magnetické pole statoru nevytlačilo rotor z místa.

Rotor takového motoru, stejně jako jakýkoli jiný asynchronní motor s rotorem nakrátko, je válcové jádro se štěrbinami vyplněnými hliníkem, se současně odlévanými ventilačními lopatkami. Tento typ rotoru, nazývaný rotor s veverkou, se nazývá rotor s veverkou. Jednofázové motory se používají u spotřebičů s nízkým výkonem, jako jsou pokojové ventilátory nebo malá čerpadla.

Dvoufázové indukční motory jsou nejúčinnější při provozu z jednofázového střídavého napájení. Obsahují dvě pracovní vinutí na statoru, která jsou umístěna kolmo, a jedno z vinutí je připojeno k síti střídavého proudu přímo a druhé – přes kondenzátor s fázovým posunem, takže se získá rotující magnetické pole a bez kondenzátoru by se samotný rotor nepohyboval.

Tyto motory mají také rotor s kotvou nakrátko a jejich použití je mnohem širší než u jednofázových motorů. Už tady jsou pračky a různé stroje. Dvoufázové motory pro napájení z jednofázových sítí se nazývají kondenzátorové motory, protože kondenzátor s fázovým posunem je často jejich nedílnou součástí.

Třífázový asynchronní motor obsahuje na statoru tři pracovní vinutí, posunutá vůči sobě tak, že při zapojení do třífázové sítě jsou jejich magnetická pole posunuta v prostoru vůči sobě o 120 stupňů. Když je třífázový motor připojen k třífázové síti střídavého proudu, vzniká rotující magnetické pole, které uvádí rotor s kotvou nakrátko do pohybu.

Vinutí statoru třífázového motoru lze zapojit do hvězdy nebo trojúhelníku a pro napájení motoru do hvězdy je potřeba vyšší napětí než u konfigurace do trojúhelníku, a proto jsou na motoru indikována dvě napětí, například: 127/220 nebo 220/380. Třífázové motory jsou nepostradatelné pro pohon různých strojů, navijáků, kotoučových pil, jeřábů atd.

Třífázový asynchronní motor s fázovým rotorem má stator podobný výše popsaným typům motorů – v jeho štěrbinách je uložen vrstvený magnetický obvod se třemi vinutími, do fázového rotoru však nejsou zalité hliníkové tyče, ale plnohodnotné třífázové vinutí je uloženo do „hvězdového“ zapojení. Konce hvězdice vinutí fázového rotoru jsou vyvedeny na tři kontaktní kroužky namontované na hřídeli rotoru a od ní elektricky izolovány.

1 — pouzdro se žaluziemi, 2 — kartáče, 3 — příčka kartáče s držáky kartáčů, 4 — montážní čep příčníku kartáče, 5 — koncovky kartáče, 6 — blok, 7 — izolační pouzdro, 8 — sběrací kroužky, 9 — vnější víko ložiska, 10 — ložisková skříň a čep uchycení víka, 11 — zavětrovací čep rotoru 12 — rotor, rotor rotoru, 13 — vinutí rotoru, 14 — , 15 — štít předního ložiska, 16 — vnější víko ložiska, 7 — ventilační otvory, 18 — rám, 19 — jádro statoru, 20 — čepy vnitřního krytu ložiska, 21 — bandáž, 22 — vnitřní víko ložiska, 23 — ložisko, 21 — hřídel, 25 — sběrací kroužky, 26 — koncovky vinutí rotoru

Pomocí kartáčků je na kroužky přiváděno i třífázové střídavé napětí a spojení lze provést buď přímo, nebo přes reostaty. Motory s vinutým rotorem jsou samozřejmě dražší, ale jejich rozběhový moment při zatížení je výrazně vyšší než u motorů s kotvou nakrátko. Právě kvůli zvýšenému výkonu a vysokému rozběhovému momentu našel tento typ motoru uplatnění u pohonů výtahů a jeřábů, tedy tam, kde zařízení startuje pod zatížením, nikoli naprázdno.

Více o tomto typu motorů čtěte zde: Asynchronní elektromotory s fázovým rotorem

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Třífázové motory na střídavý proud jsou elektromagnetické měniče elektrické energie na energii mechanickou a naopak v souladu se zákony elektromagnetické indukce. V souladu s tím mohou pracovat v režimu motoru i generátoru. Třífázové motory jsou široce používány v průmyslu, zemědělství a každodenním životě. Jejich výkon se pohybuje od několika W až po stovky kW.

Zařízení třífázového elektromotoru

Hlavní součásti zařízení jsou:

• tělo (rám),
• stator (induktor),
• rotor,
• fanoušek.

Jádro statoru je vyrobeno z jednotlivých plechů elektrooceli o tloušťce 0,3–0,5 mm a má na vnitřní straně drážky. Tato konstrukce snižuje energetické ztráty způsobené vířivými proudy. Třífázová vinutí jsou měděná a umístěna v drážkách jádra a jejich konce jsou vyvedeny do svorkovnice. Vinutí jsou od sebe izolována a indukují rotující magnetické pole. Konce tří fázových vinutí jsou spojeny dohromady do hvězdy nebo trojúhelníku, pokud je konec každého vinutí připojen k začátku dalšího.

Rotor je rotační částí elektromotoru. Je umístěn ve střední části a má tvar dlouhé hřídele, ke které je připevněn kovový válec nepravidelného tvaru, obklopený tenkými plechy, které fungují jako komutátor. Stejně jako stator se jádro rotoru skládá z tenkých feromagnetických plechů. U prstencových jednotek jsou konce vinutí vyvedeny do sběracích kroužků na hřídeli. Toto řešení umožňuje řídit proud v rotoru změnou odporu obvodu. Na konce vinutí lze přiložit příslušné odpory. K tomu se používají speciální startéry. Zahrnutí dodatečného odporu do vinutí rotoru vede ke snížení otáček motoru při zachování vysokého točivého momentu. To zajišťuje hladký start silně zatížených zařízení.

Klecové rotory používají kovové tyče místo vinutí. Taková zařízení se skládají z válcového jádra s paralelními štěrbinami, ve kterých jsou umístěny vodiče – těžké měděné nebo hliníkové tyče umístěné ve vlastních zásuvkách a uzavřené koncovými kroužky. Tyče neběží rovnoběžně s osou hřídele, ale s mírným sklonem pro snížení magnetického šumu a zablokování motoru.

Třífázové střídavé motory lze rozdělit na asynchronní a synchronní. U obou typů zařízení je princip činnosti statoru stejný, ale konstrukce rotoru a jeho pohyb vůči magnetickému poli jsou odlišné. U synchronního motoru jsou rychlosti otáčení rotoru a magnetické pole stejné, ale u asynchronního motoru jsou odlišné. Tento rozdíl je klíčovou podmínkou pro indukci proudů. Asynchronní motory jsou nejrozšířenější, protože jsou spolehlivé, ekonomické, mají vysoký výkon a nevyžadují prakticky žádnou údržbu.

Princip činnosti

U asynchronního třífázového motoru se při připojení napětí z třífázové sítě na vinutí statoru vytváří točivé magnetické pole. Protože je vinutí rotoru uzavřeno buď vnějším odporem nebo přímo koncovým kroužkem, křižuje rotující magnetické pole statoru. V důsledku toho se v tyči rotoru nebo vinutí indukuje elektromotorická síla, díky které proud prochází vodičem.

Rotující pole ve statoru indukuje proud v tyčích rotoru. Elektromotorická síla spouští točivý moment rotoru. Rychlost jeho otáčení u asynchronního třífázového motoru je vždy menší než rychlost točivého pole. Tento rozdíl se nazývá skluz.

Poloha magnetického pole v jádru statoru je pevná, ale mění se směr jeho otáčení. Rychlost změny směru otáčení je dána frekvencí napájecího napětí. Při frekvenci 50 Hz se směr otáčení mění 50krát za sekundu. Tyto tři fáze generují tři magnetická pole ve statoru, která jsou vzájemně posunuta o 120°.

Prstencový motor pracuje podle Faradayova zákona elektromagnetické indukce. Když je vinutí statoru buzeno třífázovým střídavým proudem, vytváří střídavé magnetické pole. Vinutí rotoru se indukuje a začne jím protékat proud. Indukované elektromagnetické pole pak vytváří točivý moment, který pohání rotor motoru a zvyšuje jeho rychlost otáčení.

K samotnému rozběhu motoru s prstencovým rotorem dochází použitím přídavného odporu odporového spouštěče. Toto řešení umožňuje snížit rotorový proud a následně i proud odebíraný ze sítě. Po dokončení startu dojde v důsledku činnosti odpovídajícího spínače ke zkratu ve vinutí rotoru.

Díky možnosti měnit odpor v okruhu vinutí rotoru můžete plynule měnit i otáčky motoru. Zvýšení odporu má za následek nižší maximální točivý moment v důsledku větších energetických ztrát ve spouštěči a výrazného snížení výkonu při jmenovitých otáčkách.

Při použití krokových spouštěčů se dosáhne náhlé změny odporu. Výsledkem je, že motor pracuje s maximálním točivým momentem téměř v celém rozsahu otáček. Pro dosažení zvýšení otáček motoru se sníží odpor, čímž se dosáhne jmenovitých otáček. Tento princip činnosti prstencového motoru zajišťuje snížení rozběhového proudu a současné zvýšení točivého momentu.

Vícerychlostní motory mají přídavná vinutí, která umožňují změnu počtu párů pólů změnou zapojení vinutí. To se děje prostřednictvím stykačů nebo spínačů. Změna převodového stupně takového motoru je spojena se změnou jeho výkonu.

Když jsou statorová vinutí připojena k třífázovému napájení, magnetická pole z jednotlivých vinutí vytvářejí rotující, symetrické magnetické pole. Jeho amplituda je konstantní a 1,5krát větší než amplituda pole jednoho vinutí.

Výhody třífázových asynchronních elektromotorů

Třífázové motory dominují těžkému průmyslu, kde mají zásadní význam spolehlivost, vysoký výkon a účinnost. Takové elektromotory se vyznačují složitější konstrukcí. Třífázové napájení střídavým proudem poskytuje vyšší výkon a energetickou účinnost.

Indukční motory se sběracím kroužkem mají své výhody a nevýhody. Vyznačují se stabilním provozem, nízkými provozními náklady a dlouhou životností. Dalšími výhodami jsou nižší rozběhový proud, možnost nastavení rozběhového momentu v rozsahu do maximálních otáček a možnost prokluzu rotoru. Prstencové motory se také vyznačují vysokou odolností proti poruchám a univerzálním použitím. Ve srovnání s motory s kotvou nakrátko však mají nižší účinnost a nízký účiník.

Stále existuje významná skupina aplikací, ve kterých jsou kroužkové motory široce používány. Je to dáno vlastnostmi těchto pohonných jednotek, tedy schopností regulovat otáčky a točivý moment. Motory s prstencovými rotory jsou pomalu vytlačovány z trhu, ale nyní jsou široce používány v aplikacích, kde je vyžadován vysoký rozběhový moment s nízkým rozběhovým proudem. Jedná se o různá průmyslová zařízení, zejména:

• těžké stroje,
• kohoutky,
• výtahy,
• vysokovýkonná čerpadla.

Třífázové motory s kotvou nakrátko se vyznačují nižšími energetickými ztrátami, zlepšenými dynamickými vlastnostmi, ale i snadným ovládáním, změnou směru otáčení nebo rychlejším rozběhem. Možnosti zahrnují široký výběr jednotek s různým výkonem a provozními parametry od průmyslových motorů pro všeobecné použití až po speciální motory, jako jsou lodní motory, motory odolné proti výbuchu a brzdové motory.

Nejmodernější elektrické průmyslové motory jsou vybaveny moduly zpětného chodu energie a inteligentním řízením. Provoz motorů lze ovládat na dálku. Zařízení sama předpovídají možnost poruchy a hlásí to obsluze.

Naše společnost je spolehlivým dodavatelem zařízení. Poskytujeme široký sortiment asynchronních třífázových motorů s dodávkou do všech regionů republiky. Můžete zadat objednávku za výhodných podmínek a získat to nejlepší importované a domácí vybavení za dostupnou cenu.