Synchronní a asynchronní elektromotory: princip činnosti a rozdíly v charakteristikách

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.