Striedavé elektromotory: Časti, typy, zapojenie a ako fungujú

Ako AC motor funguje

Striedavý motor premieňa elektrickú energiu striedavého prúdu na mechanickú rotačnú energiu na princípe elektromagnetickej indukcie. Keď sa na vinutia statora privedie striedavé napájacie napätie, generuje sa točivé magnetické pole (RMF). Rýchlosť, ktorou sa toto pole otáča, sa nazýva synchrónna rýchlosť , určené napájacou frekvenciou a počtom párov magnetických pólov v statore: Ns = 120f / P , kde f je frekvencia napájania v Hz a P je počet pólov.

V indukčnom motore - najbežnejšom type motora na striedavý prúd - rotujúce magnetické pole pretína vodiče rotora a indukuje v nich prúd podľa Faradayovho zákona. Tento indukovaný prúd vytvára svoje vlastné magnetické pole a interakcia medzi poľom rotora a rotačným poľom statora vytvára krútiaci moment, ktorý poháňa rotor do otáčania. Rotor vždy beží o niečo pomalšie ako synchrónna rýchlosť; tento rýchlostný rozdiel sa nazýva sklzu , typicky 2–8 % v štandardných indukčných motoroch. Bez sklzu neexistuje žiadny relatívny pohyb medzi vodičmi poľa a rotora, neindukuje sa žiadny prúd a nevytvára sa žiadny krútiaci moment.

V synchrónnych striedavých motoroch je rotor namiesto toho budený jednosmerným poľom alebo používa permanentné magnety, ktoré ho zablokujú, aby sa otáčal presne synchrónnou rýchlosťou s nulovým sklzom. Vďaka tomu sú synchrónne motory preferovanou voľbou tam, kde je kritická presná prevádzka s konštantnou rýchlosťou, ako napríklad v hodinových mechanizmoch, určitých textilných strojoch a vysoko účinných pohonoch s premenlivou rýchlosťou.

Časti striedavého motora

Pochopenie vnútornej architektúry striedavého motora pomáha pri špecifikácii správnej jednotky, diagnostike porúch a plánovaní intervalov údržby. Hlavnými komponentmi sú:

• Stator: Stacionárna vonkajšia zostava, ktorá obsahuje vrstvené železné jadro a medené vinutia. Jadro statora je vyrobené z tenkých lamiel z kremíkovej ocele naskladaných dohromady, aby sa minimalizovali straty vírivými prúdmi. Vinutia sú navinuté do štrbín v jadre a pripojené k zdroju striedavého prúdu.
• Rotor: Otočná vnútorná zostava namontovaná na výstupnom hriadeli. V indukčných motoroch s kotvou nakrátko pozostáva rotor z hliníkových alebo medených vodičových tyčí, ktoré sú na každom konci skratované koncovými krúžkami. V motoroch s vinutým rotorom nesie rotor trojfázové vinutia pripojené k externým odporom cez zberacie krúžky.
• Výstupný hriadeľ: Pevný oceľový hriadeľ, ktorý prenáša mechanický krútiaci moment na poháňanú záťaž. Priemer hriadeľa a rozmery drážky sú štandardizované podľa špecifikácií veľkosti rámu IEC alebo NEMA.
• Ložiská: Typické guľôčkové ložiská s hlbokými drážkami na hnacej (DE) a nehnacej strane (NDE). Ložiská podporujú radiálne a axiálne zaťaženie rotora a hnaného zaťaženia a sú najbežnejším náhradným dielom údržby.
• Koncové štíty (koncové zvony): Liatinové alebo hliníkové kryty, ktoré zakrývajú každý koniec rámu motora, držia ložiská na mieste a uzatvárajú vnútornú zostavu.
• Ventilátor a kryt ventilátora: Väčšina motorov na striedavý prúd má dizajn TEFC (Totally Enclosed Fan Cooled), s externým chladiacim ventilátorom namontovaným na nástavci koncového hriadeľa bez pohonu, ktorý je uzavretý krytom ventilátora z lisovanej ocele. Ventilátor nasáva okolitý vzduch cez rebrá rámu motora, aby odvádzal teplo.
• Svorkovnica (spojovacia skrinka): Kryt odolný voči poveternostným vplyvom na ráme motora, ktorý obsahuje pripojovacie svorky vinutia (zvyčajne označené U1, V1, W1, U2, V2, W2 podľa konvencie IEC). Tu sa pripájajú napájacie káble a akékoľvek konfiguračné prepojenia hviezda/trojuholník.
• Rám: Vonkajšie konštrukčné teleso, zvyčajne z rebrovanej liatiny alebo hliníkovej zliatiny, ktoré poskytuje mechanickú podporu, funguje ako chladič a nesie montážne nožičky alebo prírubu na inštaláciu.

Medzi ďalšie komponenty prítomné v konkrétnych typoch motorov patria sklzu rings and brushes (indukčné motory s vinutým rotorom), odstredivé štartovacie spínače (jednofázové kondenzátorové štartovacie motory), a kondenzátory (jednofázový chod-kondenzátor a kondenzátor-štart/beh).

Typy striedavých elektromotorov

Striedavé motory sa delia na dve primárne rodiny – indukčné (asynchrónne) a synchrónne – každá s niekoľkými podtypmi optimalizovanými pre rôzne prevádzkové požiadavky.

Pre väčšinu priemyselných aplikácií je trojfázový indukčný motor s kotvou nakrátko zostáva predvolenou voľbou. Nevyžaduje žiadne kefy, klzné krúžky ani externé budenie, čo z neho robí najmenšiu údržbu a nákladovo najefektívnejšiu možnosť pre záťaže s konštantnou rýchlosťou. Pohony s premenlivou frekvenciou (VFD) rozšírili svoju použiteľnosť na aplikácie s premenlivou rýchlosťou, ktoré predtým vyžadovali jednosmerné motory alebo motory s vinutým rotorom.

Základy schémy zapojenia striedavého motora

Správne zapojenie striedavého motora je nevyhnutné pre bezpečnú prevádzku a dosiahnutie správnych charakteristík krútiaceho momentu a otáčok. Konfigurácia svorkovnice sa líši v závislosti od typu motora a napájacieho napätia, ale ďalej uvádza najbežnejšie scenáre.

Trojfázové motory s dvojitým napätím (hviezda / trojuholník)

Väčšina trojfázových indukčných motorov je navinutá pre dve úrovne napätia — bežne 230V/400V alebo 400V/690V — a svorkovnica obsahuje šesť vodičov označených U1, V1, W1 (začiatok vinutia) a U2, V2, W2 (konce vinutia). Napájacie napätie určuje pripojenie:

• Zapojenie do hviezdy (Y) – vyššie napätie: Spojte U2, V2 a W2 dohromady, aby vytvorili neutrálny hviezdicový bod. Trojfázové napájanie pripojte na U1, V1, W1. Každé vinutie vidí fázovo-nulové napätie. Používa sa, keď sa napájacie napätie zhoduje s vyšším menovitým napätím motora (napr. napájanie 400 V na motore 230/400 V).
• Zapojenie do trojuholníka (Δ) – nižšie napätie: Prepojenie U1 s W2, V1 s U2, W1 s V2, tvoriace uzavretú slučku. Pripojte trojfázové napájanie cez každý pár spojených svoriek. Každé vinutie vidí plné medzifázové napätie. Používa sa, keď sa napájacie napätie zhoduje s nižším menovitým napätím motora (napr. napájanie 230 V na motore 230/400 V).

Štartovanie hviezda-trojuholník je bežná metóda mäkkého štartu pre veľké motory: motor sa spustí do hviezdy (znížené napätie na každom vinutí = nižší štartovací prúd, zvyčajne 1/3 priameho zapínania), potom sa prepne na trojuholník, keď sa priblíži k plnej rýchlosti. To znižuje poruchu napájania, ale tiež znižuje rozbehový moment o rovnaký 1/3 faktor, takže je vhodný len pre štartovacie aplikácie s nízkym zaťažením.

Zapojenie jednofázového motora

Jednofázové motory na striedavý prúd vyžadujú pomocný štartovací obvod, pretože jednofázové napájanie samo o sebe nemôže produkovať rotujúce magnetické pole. Usporiadanie terminálu zvyčajne zahŕňa:

• Svorky hlavného vinutia (M): Pripojené priamo cez čiaru a neutrál.
• Spustite navíjacie svorky (S): Zapojené paralelne s hlavným vinutím, ale v sérii so štartovacím kondenzátorom. Kondenzátor vytvára fázový posun (približne 90°) medzi hlavným a pomocným vinutím a vytvára dostatočne silné točivé pole na vyvinutie štartovacieho krútiaceho momentu.
• Odstredivý spínač alebo relé PTC: Odpojí štartovacie vinutie, keď motor dosiahne približne 75–80 % synchrónnych otáčok. Porucha tohto spínača - buď zostane otvorený (motor sa nespustí) alebo zostane zatvorený (prehriatie štartovacieho vinutia a vyhorenie) - je jednou z najčastejších porúch jednofázového motora.

Reverzácia otáčania motora

Obrátenie smeru otáčania trojfázového motora si vyžaduje výmenu akýchkoľvek dvoch z troch napájacích fáz na svorkách motora – napríklad výmenu pripojení na U1 a V1. Tým sa obráti smer rotujúceho magnetického poľa a následne rotor. Pri jednofázových motoroch sa reverzácia dosiahne výmenou pripojení štartovacieho vinutia vzhľadom na hlavné vinutie; niektoré motory majú na tento účel špeciálne označenia svoriek, zatiaľ čo iné vyžadujú interné opätovné pripojenie.

Uzemnenie a ochrana proti preťaženiu

Každá inštalácia striedavého motora musí obsahovať a pripojenie ochranného uzemnenia (PE). pripojené k rámu motora, pripojené k napájaciemu uzemneniu na svorkovnici. Navyše riadne ohodnotený relé tepelného preťaženia alebo elektronické relé ochrany motora by malo byť nainštalované v napájacom obvode, nastavené na hodnotu prúdu motora pri plnom zaťažení (FLC). Ochrana proti preťaženiu je primárnou obranou proti najbežnejšiemu režimu zlyhania motora: dlhotrvajúci nadprúd spôsobený mechanickým preťažením, jednofázové alebo obmedzené vetranie, ktoré zvyšuje teplotu vinutia nad limit triedy izolácie.