Jak pochopit, že motor je asynchronní?

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.

Asynchronní a synchronní střídavé elektrické stroje se používají jako pohony pro obráběcí stroje a všechny druhy mechanismů v těžebním a zpracovatelském průmyslu, v potravinářském a textilním průmyslu, v podnicích ropného a plynárenského komplexu, jakož i v kovoobráběcích nebo dřevozpracujících závodech. Provádění výrobních procesů s maximální energetickou účinností závisí na správném přístupu při volbě typu elektromotoru pro pohon strojů.

Obrázek 1 Synchronní motor

Obrázek 2 Asynchronní motor

Asynchronní motory

Zjednodušenou konstrukci střídavých elektromotorů lze znázornit ve formě statoru pevně upevněného v pouzdře (rámu), který je vyroben z litiny nebo hliníkových slitin, a pohyblivého rotoru upevněného na hřídeli.

U elektromotorů tohoto typu je jádro statoru sestaveno z desek vyrobených z elektrooceli, izolovaných speciálním lakem. V drážkách tvořených profilovými výřezy je umístěna jedna nebo více skupin vinutí.

U třífázového elektromotoru je vzájemné uspořádání skupin vinutí ve statoru provedeno pod úhlem 120°. Díky tomu po přivedení napájecího napětí na svorky vinutí vytváří jimi procházející proud střídavě dvojici magnetických pólů s různou polaritou. V důsledku toho se ve vinutí generuje magnetické pole, které se otáčí ve směru nebo proti směru hodinových ručiček. Směr jeho otáčení závisí na pořadí zapojení fází napájecího napětí.

Obrázek 3 Stator elektromotoru s vinutím v rámu

Rotor motorů této skupiny je také sestaven z elektroocelových plechů, které jsou upnuty v „kleci nakrátko“ – uzavřeném rámu z mědi nebo slitin hliníku. Tyče klece nakrátko jsou nakloněny vzhledem k ose otáčení hřídele. To se provádí za účelem snížení vlivu vyšších harmonických na provoz elektromotoru a stabilizace magnetického pole rotoru.

Obrázek 4 Rotor s klecí nakrátko

Vzhledem ke konstrukci rotoru se asynchronní motory řadí mezi samospouštěcí elektrické stroje. To znamená, že po připojení napětí motor okamžitě začne pracovat.

Synchronní motory

Stator tohoto typu motoru má podobnou konstrukci jako u asynchronních strojů. Rotor v těchto elektromotorech má však jinou konstrukci, která je dána výkonem a rychlostí otáčení. Rotory nízkovýkonových modelů jsou vyrobeny ve formě několika párů permanentních magnetů. U výkonných synchronních strojů jsou rotory vybaveny budicími vinutími umístěnými v samostatných cívkách (vyčnívající pól) nebo ve štěrbinách profilovaného jádra z elektrotechnických ocelových plechů (rozmístěné).

Obrázek 5 Rotor s vyčnívajícími pólovými vinutími pole

Rozdíly mezi asynchronními a synchronními motory

Rozdíly mezi motory spočívají ve způsobu interakce magnetických polí statoru a rotoru.

U asynchronních elektromotorů rotující magnetické pole generované ve vinutí statoru indukuje EMF (elektromotorickou sílu) v uzavřeném obvodu rotoru „klece nakrátko“, pod jehož vlivem se v něm vytváří vlastní magnetické pole. V důsledku vzájemného působení protilehlých polí statoru a rotoru vzniká krouticí moment, který stahuje rotor a hřídel motoru do kruhového pohybu.

Při dosažení stejných rychlostí otáčení magnetického pole statoru a rotoru se zastaví indukce EMF v tyčích „klece nakrátko“, což vede ke zpomalení rychlosti otáčení rotoru v důsledku tendence točivý moment na nulu. Snížení rychlosti rotoru vede k opětovnému vzniku elektromotorické síly v uzavřené smyčce. Z tohoto důvodu není u asynchronních elektromotorů možné dosáhnout stejné rychlosti otáčení magnetického pole statoru a rychlosti rotoru.

U synchronních elektrických strojů je budicí vinutí rotoru přiváděno konstantní napětí bezkontaktní metodou nebo přes jednotku kartáč-komutátor. V důsledku toho se na pólových cívkách objeví konstantní magnetické pole. Opačné polární póly magnetických polí statoru a rotoru se k sobě přitahují a „zabírají“. Proto se rychlost otáčení rotoru vždy shoduje s frekvencí otáčení magnetického pole statoru.

Synchronní stroje bohužel nemají schopnost samočinného spouštění, protože frekvence rotace magnetického pole statoru neumožňuje, aby se rotor, který je v klidu, dostal do pohybu. Zrychlení motoru se proto provádí v asynchronním režimu. Pro tento účel obsahuje konstrukce rotoru vinutí nakrátko. Když motor zrychlí na asynchronní otáčky rotoru, přivede se napětí na budicí vinutí pomocí automatických ovládacích skříní a motor začne pracovat v synchronním režimu.

Výhody asynchronních motorů

Asynchronní elektrické stroje jsou pro svou jednoduchost konstrukce a ovládání a také nízké nároky na údržbu nejrozšířenější ve všech průmyslových odvětvích. Takové motory jsou žádané tam, kde je vyžadován nejen dlouhodobý provoz, ale také v podmínkách častých startů a zastavení. Mezi nevýhody asynchronních strojů patří citlivost na změny napájecího napětí a nemožnost udržet jmenovité otáčky rotoru při velkém zatížení hřídele.

Výhody synchronních motorů

Synchronní stroje mají vyšší účinnost a větší výkon ve srovnání s asynchronními stroji. Provoz takových motorů je minimálně ovlivněn kolísáním napájecího napětí. Kromě toho zůstává rychlost otáčení hřídele nezměněna i při vysokém zatížení. Mezi nevýhody lze identifikovat složitější konstrukci, která je způsobena přítomností jednotky kartáč-kolektor nebo vlastního generátoru stejnosměrného proudu (budiče). K ovládání synchronních motorů je navíc zapotřebí speciální zařízení.

Přihlaste se k odběru novinek, newsletteru: