Jaký je princip činnosti třífázového asynchronního motoru?

Třífázový asynchronní elektromotor se jako každý elektromotor skládá ze dvou hlavních částí – statoru a rotoru. Stator je stacionární část, rotor je rotační část. Rotor je umístěn uvnitř statoru. Mezi rotorem a statorem je malá vzdálenost, nazývaná vzduchová mezera, obvykle 0,5-2 mm.

Stator asynchronního motoru

Rotor asynchronního motoru

Stator sestává z těla a jádra s vinutím. Jádro statoru je sestaveno z tenkého plechu technické oceli, obvykle tloušťky 0,5 mm, potaženého izolačním lakem. Konstrukce laminovaného jádra přispívá k výraznému snížení vířivých proudů vznikajících při procesu obrácení magnetizace jádra rotujícím magnetickým polem. Vinutí statoru je umístěno ve štěrbinách jádra.

Skříň a jádro statoru asynchronního elektromotoru

Návrh vrstveného jádra asynchronního motoru

Rotor sestává z jádra s vinutím nakrátko a hřídele. Jádro rotoru má rovněž laminovaný design. V tomto případě nejsou plechy rotoru lakovány, protože proud má nízkou frekvenci a oxidový film je dostatečný k omezení vířivých proudů.

Princip fungování. Rotující magnetické pole

Princip činnosti třífázového asynchronního elektromotoru je založen na schopnosti třífázového vinutí vytvářet točivé magnetické pole při připojení k síti třífázového proudu.

Rotující magnetické pole je základním konceptem elektromotorů a generátorů.

Rotační magnetické pole asynchronního elektromotoru

Frekvence otáčení tohoto pole neboli synchronní rychlost otáčení je přímo úměrná frekvenci f střídavého proudu₁ a je nepřímo úměrná počtu pólových párů p třífázového vinutí.

• kde n₁ – frekvence otáčení magnetického pole statoru, ot/min,
• f₁ – frekvence střídavého proudu, Hz,
• p – počet pólových párů

Koncept rotujícího magnetického pole

Chcete-li lépe porozumět jevu rotujícího magnetického pole, zvažte zjednodušené třífázové vinutí se třemi závity. Proud procházející vodičem vytváří kolem něj magnetické pole. Obrázek níže ukazuje pole vytvořené třífázovým střídavým proudem v určitém časovém okamžiku

Magnetické pole přímého vodiče se stejnosměrným proudem

Magnetické pole vytvořené vinutím

Složky střídavého proudu se budou časem měnit, což způsobí změnu magnetického pole, které vytvářejí. V tomto případě bude mít výsledné magnetické pole třífázového vinutí různé orientace při zachování stejné amplitudy.

Magnetické pole vytvořené třífázovým proudem v různých časech

Proud tekoucí v otáčkách elektromotoru (posun 60°)
Rotující magnetické pole

Vliv rotujícího magnetického pole na uzavřenou smyčku

Nyní umístíme uzavřený vodič do rotujícího magnetického pole. Podle zákona elektromagnetické indukce způsobí měnící se magnetické pole vznik elektromotorické síly (EMF) ve vodiči. EMF zase způsobí proud ve vodiči. V magnetickém poli tedy bude uzavřený vodič s proudem, na který bude podle Amperova zákona působit síla, v důsledku čehož se obvod začne otáčet.

Vliv rotujícího magnetického pole na uzavřený vodič s proudem

Klecový rotor asynchronního motoru

Na tomto principu funguje i asynchronní elektromotor. Namísto proudovodného rámu je uvnitř asynchronního motoru rotor s klecí nakrátko, jehož konstrukce připomíná veverkové kolo. Rotor nakrátko se skládá z tyčí, které jsou na koncích spojeny nakrátko s kroužky.

Rotor nakrátko nejrozšířenější u indukčních motorů (zobrazeno bez hřídele a jádra)

Třífázový střídavý proud, procházející vinutím statoru, vytváří rotující magnetické pole. Tedy, jak již bylo popsáno dříve, v tyčích rotoru bude indukován proud, který způsobí, že se rotor začne otáčet. Na obrázku níže si můžete všimnout rozdílu mezi indukovanými proudy v tyčích. K tomu dochází v důsledku skutečnosti, že velikost změny magnetického pole se u různých párů tyčí liší v důsledku jejich různého umístění vzhledem k poli. Změna proudu v tyčích se bude měnit s časem.

Rotující magnetické pole pronikající rotorem nakrátko

Magnetický moment působící na rotor

Můžete si také všimnout, že ramena rotoru jsou nakloněna vzhledem k ose otáčení. To se provádí za účelem snížení vyšších harmonických EMF a odstranění zvlnění točivého momentu. Pokud by tyče směřovaly podél osy otáčení, pak by v nich vzniklo pulzující magnetické pole kvůli tomu, že magnetický odpor vinutí je mnohem vyšší než magnetický odpor zubů statoru.

Prokluz asynchronního motoru. Rychlost rotoru

Charakteristickým rysem asynchronního motoru je, že rychlost rotoru n₂ menší než rychlost synchronního otáčení magnetického pole statoru n₁.

To se vysvětluje skutečností, že EMF v tyčích vinutí rotoru se indukuje pouze tehdy, když jsou frekvence otáčení n nestejné₂1. Frekvence otáčení statorového pole vzhledem k rotoru je určena skluzovou frekvencí n_s=n₁-n₂. Zpoždění rotoru od točivého pole statoru je charakterizováno relativní hodnotou s nazývanou skluz:

• kde s je skluz asynchronního elektromotoru,
• n₁ – frekvence otáčení magnetického pole statoru, ot/min,
• n₂ – rychlost rotoru, otáčky za minutu,

Uvažujme případ, kdy se frekvence otáčení rotoru shoduje s frekvencí otáčení magnetického pole statoru. V tomto případě bude relativní magnetické pole rotoru konstantní, takže v tyčích rotoru nevznikne žádné EMF, a tedy žádný proud. To znamená, že síla působící na rotor bude nulová. Tím se zpomalí rotor. Poté bude na tyče rotoru opět působit střídavé magnetické pole, čímž se indukovaný proud a síla zvýší. Ve skutečnosti rotor asynchronního elektromotoru nikdy nedosáhne rychlosti otáčení magnetického pole statoru. Rotor se bude otáčet určitou rychlostí, která je o něco menší než synchronní rychlost.

Skluz asynchronního motoru se může měnit v rozsahu od 0 do 1, tedy 0-100 %. Je-li s~0, pak to odpovídá režimu volnoběhu, kdy rotor motoru nevykazuje prakticky žádný protipůsobící moment; pokud s=1 – režim zkratu, ve kterém je rotor motoru stacionární (n₂ = 0). Prokluz závisí na mechanickém zatížení hřídele motoru a zvyšuje se s jeho růstem.

Skluz odpovídající jmenovitému zatížení motoru se nazývá jmenovitý skluz. U asynchronních motorů s nízkým a středním výkonem se jmenovitý skluz pohybuje od 8 % do 2 %.

Přeměna energie

Asynchronní motor přeměňuje elektrickou energii dodávanou do vinutí statoru na energii mechanickou (rotace hřídele rotoru). Vstupní a výstupní výkon se však navzájem nerovná, protože při přeměně dochází ke ztrátám energie: třením, ohřevem, vířivými proudy a hysterezními ztrátami. Tato energie se rozptýlí jako teplo. Proto má asynchronní elektromotor ventilátor pro chlazení.

Asynchronní třífázový elektromotor můžete zakoupit v našem internetovém obchodě, vždy rádi pomůžeme!