Wirnik silnika asynchronicznego z wirnikiem fazowym: zastosowanie w maszynach asynchronicznych

Silnik indukcyjny to maszyna elektryczna, przeznaczona do zamiany energii elektrycznej na mechaniczną. Konstrukcja składa się z kilku części, ale dziś przyjrzymy się tylko ruchomej części silnika elektrycznego - wirnikowi.Przyjrzymy się również wirnikowi silnika asynchronicznego z wirnikiem fazowym.

Konstrukcja wirnika

Najczęściej spotykana konstrukcja wirnika silnika indukcyjnego jest następująca: wirnik jest stalowym wałem, na który wciśnięte są płyty z walcowanej na zimno anizotropowej stali elektrotechnicznej. Wirnik wykonany jest z płytek, które są izolowane między sobą warstwą tlenku. Jest to konieczne dla Redukcja prądów wirowych, które wpływają na sprawność silnika.

Uzwojenia wirnika silnika asynchronicznego

Dalej rozważamy kolejną kwestię. Dowiemy się czym są uzwojenia wirnika silnika indukcyjnego, do czego służą, jakie mają rodzaje i cechy konstrukcyjne oraz jak można je zamontować. Istnieją 2 rodzaje uzwojeń wirnika: wirnik klatkowy i wirnik fazowy. wirnik klatkowy jest bardziej powszechny i tańszy w produkcji niż wirnik fazowy.

Silniki z tym wirnikiem wymagają mniejszej konserwacji niż te z wirnikiem fazowym. Wirniki fazowe są rzadziej spotykane, są nieco droższe w produkcji i wymagają częstszej konserwacji ze względu na ich pierścienie ślizgowe. Wtedy staje się jasne, dlaczego inżynierowie wprowadzili tę konstrukcję. Omówmy każdy z wirników bardziej szczegółowo.

Zwarcie wirnika

Wirnik silnika asynchronicznego posiada uzwojenia, które są osadzone lub wlutowane w szczeliny. Materiałem uzwojenia jest zazwyczaj aluminium dla maszyn o małej i średniej mocy oraz miedź dla maszyn o większej mocy. Jest to konieczne, aby stworzyć elektromagnes, który podąża za wirującym strumieniem magnetycznym. Wirnik jest namagnesowany przez pole magnetyczne obracające się w przestrzeni.

Zatem wirnik posiada własne pole magnetyczne, które będzie podążać za wirującym polem magnetycznym znajdującym się w stojanie.Taka konstrukcja uzwojenia wirnika nazywana jest "klatką wiewiórczą". Klatka wiewiórcza ma bezpośredni kontakt z wirnikiem i podobnie jak transformator indukuje pole magnetyczne, a tym samym pewną siłę napędową. Mimo to, napięcie jest zerowe. Prąd wirnika silnika asynchronicznego zmienia się w zależności od obciążenia mechanicznego na wale. Im większe obciążenie, tym większy prąd płynie w uzwojeniach wirnika.

Wirnik fazowy

Główna część konstrukcji zbudowana jest podobnie jak wirnik klatkowy. Stalowy wałek ma jeszcze wytłoczone na nim rowkowane listwy ze stali elektrycznej. Szczególną cechą silnika asynchronicznego z wirnikiem fazowym jest to, że w szczelinach nie znajduje się uzwojenie odlewane lub lutowane, lecz konwencjonalne uzwojenie miedziane, jak w stojanie. Uzwojenia te są połączone w gwiazdę.

Czyli wszystkie końce są skręcone razem, a pozostałe 3 końce są wyprowadzone na pierścień ślizgowy. Wirnik fazowy jest wykonany w celu ograniczenia prądu rozruchowego. Miedziane szczotki grafitowe są przymocowane do pierścienia ślizgowego i przesuwają się po nim. Ze szczotek styki są następnie rutynowo doprowadzane do skrzynki króćców, gdzie prąd rozruchowy jest regulowany za pomocą reostatu lub reostatu cieczowego poprzez zmianę głębokości elektrod zanurzonych w elektrolicie.

Jak już wspomniano, środek ten służy do ograniczenia prądu rozruchowego. W celu zmniejszenia zużycia szczotek, nowoczesne silniki elektryczne posiadają konstrukcję, która umożliwia wychylenie szczotek po uruchomieniu i zwarcie wszystkich uzwojeń. Podczas postoju silnika szczotki wracają do swojej pierwotnej pozycji.

Szczegóły dotyczące konserwacji napędu z wirnikiem fazowym

Konserwacja wirnika silników asynchronicznych z wirnikiem fazowym polega na regularnym sprawdzaniu szczotek, pierścieni ślizgowych, stanu lub poziomu cieczy w reostacie. Warto też sprawdzić elektrody zanurzeniowe. Podczas kontroli wirnika silnika indukcyjnego biegunowego należy w razie potrzeby wymienić szczotki, ale zaleca się również, aby operator maszyny wytarł szmatą pierścienie ślizgowe i wnękę, w której znajdują się pierścienie ślizgowe. Ponieważ ścierniwo jest przewodnikiem elektrycznym, stwarza to ryzyko zakłócenia pracy lub nawet zwarcia.

Jeśli pierścienie ślizgowe są zużyte, należy je wymienić. Jeśli pierścienie zużywają się zbyt szybko, oznacza to, że szczotki są używane w niewłaściwym materiale. Mogą też mieć zapadnięcia, ale te należy usunąć i przeszlifować kilkoma przejściami, tak aby powierzchnia przylegająca do szczotek była gładka. Praca ta jest wykonywana na tokarce w celu zachowania osiowości.

Prędkość obrotowa

Prędkość obrotowa wirnika silnika asynchronicznego jest określona przez liczbę par biegunów, liczba odnóg wynosi maks. 3000 przy włączaniu bezpośrednio do naszej sieci. Wynika to z częstotliwości sieciowej 50Hz. Jest to prędkość, z jaką strumień magnetyczny obraca się w stojanie silnika. Wirnik jest opóźniony, dlatego silnik jest silnikiem asynchronicznym. Opóźnienie jest spowodowane przez strukturę i musi być ustawione oddzielnie dla każdego silnika.

Para 1-biegunowa wytworzy prędkość pola magnetycznego 3000 obr/min, para 2-biegunowa wytworzy 1500 obr/min, para 4-biegunowa wytworzy 750 obr/min. Jeśli liczba obrotów na minutę musi być zwiększona lub kontrolowana bez znaczących zmian, w silniku instaluje się przetwornicę częstotliwości. Częstotliwość wyjściowa z przetwornicy częstotliwości może wynosić 100 Hz lub 200 Hz. Aby znaleźć prędkość, należy skorzystać ze wzoru (60*50)/1 =3000, gdzie:

- 1 - liczba par biegunów

- 60 jest stałą;

- 50 - częstotliwość;

- 3000 to obrót na minutę pola magnetycznego przy tej częstotliwości.

Załóżmy, że możemy regulować częstotliwość jakiegoś silnika i podnieśliśmy ją do 75 Hz. Użyj wzoru, aby znaleźć prędkość obrotową: 1/(60*75) = 4,500 obrotów na minutę. Teraz przełamaliśmy fakt, że prędkość wirnika silnika indukcyjnego nie zależy od samego wirnika, ale od liczby par biegunów.

Na zakończenie chcielibyśmy powiedzieć, że w zastosowaniach domowych maszyny elektryczne z wirnikami fazowymi są praktycznie niespotykane. Urządzenia te przeznaczone są do użytku przemysłowego w miejscach, gdzie skoki napięcia są niepożądane. Znajduje również zastosowanie w przypadku ogromnych maszyn, których prąd rozruchowy może być nawet 20-krotnie większy od prądu znamionowego. Instalacja tych maszyn oznacza oszczędność środków i kosztów instalacji. Na prędkość nie ma wpływu to, czy silnik indukcyjny jest wyposażony w wirnik klatkowy czy fazowy.