XIX ir XX a. sparčiai vystėsi elektros mokslas, todėl buvo sukurti asinchroniniai elektros varikliai. Naudojant šiuos įrenginius pramonės vystymasis padarė didžiulį šuolį į priekį, todėl dabar neįmanoma įsivaizduoti gamyklų ir gamyklų be asinchroninių mašinų pagalbos.
Turinys
Istorija
Asinchroninio variklio istorija siekia 1888 m., kai Nikola Tesla užpatentavo elektros variklio grandinę, tais pačiais metais kitas elektrotechnikos mokslininkas Gallileo Ferrari Gallileo Ferraris paskelbė straipsnį apie asinchroninės mašinos teorinius aspektus.
1889 m. rusų fizikas Michailas Osipovičius Dolivo-Dobrovolskis Vokietijoje buvo suteiktas patentas asinchroniniam trifaziam elektros varikliui.
Visi šie išradimai leido patobulinti elektros mašinas ir paskatino masinį elektros mašinų naudojimą pramonėje, nes jos labai pagreitino visus pramonės procesus, padidino našumą ir sumažino darbo imlumą.
Šiuo metu pramonėje dažniausiai naudojamas elektros variklis yra Dolivo-Dobrovolskio sukurtos elektros mašinos prototipas.
Asinchroninio variklio konstrukcija ir veikimo principas
Pagrindiniai asinchroninio elektros variklio komponentai yra statorius ir rotorius, kuriuos vienas nuo kito skiria oro tarpas. Variklio aktyvųjį darbą atlieka apvijos ir rotoriaus šerdis.
Variklio asinchroniškumas apibrėžiamas kaip skirtumas tarp rotoriaus greičio ir elektromagnetinio lauko greičio.
Statorius - tai nejudanti variklio dalis, kurios šerdis pagaminta iš elektrotechninio plieno ir yra sumontuota pagrindiniame rėme. Rėmas liejamas iš nemagnetintos medžiagos (pvz.ketaus, aliuminio). Statoriaus apvijos - tai trifazė sistema, kurioje laidai išdėstyti 120 laipsnių išlinkimo kampu. Apvijų fazės prie tinklo standartiškai jungiamos žvaigždės arba trikampio grandinėmis.
Rotorius - yra judanti variklio dalis. Asinchroninių variklių rotoriai yra dviejų tipų: voverės narvelio ir faziniai rotoriai. Šie tipai skiriasi rotoriaus apvijos konstrukcija.
Indukcinis variklis su voverės narvelio rotoriumi
Tokio tipo elektrinę mašiną pirmą kartą užpatentavo M.O. Dolivo-Dobrovolskio ir populiariai vadinamas "voverės ratas" dėl savo išvaizdos. Trumpai sujungtą rotoriaus apviją sudaro trumpai sujungti variniai strypai (aliuminis, žalvaris) ir įterpiami į rotoriaus šerdies apvijų lizdus. Šio tipo rotorius neturi judančių kontaktų, todėl šie varikliai yra labai patikimi ir ilgaamžiai.
Asinchroninis variklis su faziniu rotoriumi
Šiuo prietaisu galima keisti greitį plačiame diapazone. Fazinis rotorius yra trifazė apvija, sujungta žvaigžde arba delta. Šie varikliai turi specialius šepečius, kuriais galima valdyti rotoriaus greitį. Jei prie tokio variklio mechanizmo pridedamas specialus reostatas, sumažėja variklio paleidimo varža ir iki minimumo sumažėja įjungimo srovės, kurios turi žalingą poveikį elektros tinklui ir pačiam įrenginiui.
Veikimo principas
Statoriaus apvijas veikiant elektros srovei, susidaro magnetinis srautas. Kadangi fazės viena kitos atžvilgiu yra pasislinkusios 120 laipsnių kampu, dėl to sukasi apvijų srautas. Jei rotorius yra trumpai sujungtas, sukimasis sukelia rotoriuje srovę, kuri sukuria elektromagnetinį lauką. Rotoriaus ir statoriaus magnetiniai laukai, sąveikaudami tarpusavyje, verčia elektros variklio rotorių suktis. Jei rotorius yra fazinis, statoriui ir rotoriui vienu metu tiekiama įtampa, kiekviename mechanizme atsiranda magnetinis laukas, jie sąveikauja tarpusavyje ir suka rotorių.
Asinchroninių variklių privalumai
| Su voverės narvelio rotoriumi | Su faziniu rotoriumi |
|---|---|
| 1. Paprastas paleidimo įtaisas ir grandinė | 1. Maža paleidimo srovė |
| 2. Maža gamybos kaina | 2. Kintamas greitis. |
| 3. Didėjant apkrovai veleno greitis nekinta. | 3. Darbas su mažomis perkrovomis be greičio svyravimų. |
| 4. Gali atlaikyti trumpalaikes perkrovas. | 4. Gali būti taikomas automatinis paleidimas |
| 5. Patikimas ir ilgaamžis veikimas | 5. Turi didelį sukimo momentą |
| 6. Tinka bet kokioms darbo sąlygoms | |
| 7. pasižymi dideliu efektyvumu |
Asinchroninių variklių trūkumai
| Su voverės narvelio rotoriumi | Su faziniu rotoriumi |
|---|---|
| 1. Rotoriaus sukimosi greičio valdyti negalima | 1. per didelis |
| 2. Mažas paleidimo momentas | 2. Mažesnis efektyvumas |
| 3. Didelė paleidimo srovė | 3. Dažna techninė priežiūra dėl susidėvėjusių šepečių |
| 4. Tam tikras konstrukcijos ir judančių kontaktų sudėtingumas |
Asinchroniniai varikliai yra labai efektyvūs įrenginiai, pasižymintys geromis mechaninėmis savybėmis, todėl jie yra dažniausiai naudojamas variklių tipas.
Veikimo režimai
Asinchroninis elektros variklis yra universalus mechanizmas, turintis kelis darbo trukmės režimus:
- Nuolatinis;
- Trumpalaikis;
- Pertraukiamas; Periodinis;
- Pertraukiamas;
- Specialus.
Nepertraukiamas veikimas - Pagrindinis asinchroninių įtaisų veikimo režimas, kuriam būdingas nuolatinis elektros variklio veikimas be išjungimų, esant pastoviai apkrovai. Šis darbo režimas yra labiausiai paplitęs ir naudojamas pramonės įmonėse visame pasaulyje.
Trumpalaikis veikimas - Veikia tol, kol per nustatytą laiką pasiekiama pastovi apkrova (Nuo 10 iki 90 minučių), nespėjus pakankamai laiko įkaisti. Praėjus šiam laikui, jis išjungiamas. Šis režimas naudojamas skysčiams (vandeniui, alyvai, dujoms ir kt.) transportuoti.vanduo, nafta, dujos) ir kitose situacijose.
Pertraukiamas veikimas - Veikimo trukmė yra fiksuota, o baigus darbo ciklą, jis išjungiamas. Paleidimo-išjungimo-išjungimo darbo režimas. Jį galima išjungti tam tikram laikui, kol jis atvės iki lauko temperatūros, ir vėl įjungti.
Pertraukiamas veikimas - Variklis neįkaista iki maksimalios temperatūros, bet ir neatvėsta iki aplinkos temperatūros. Jis naudojamas liftuose, eskalatoriuose ir kt.
Specialusis režimas - Įjungimo trukmė ir laikotarpis yra savavališki.
Elektrotechnikoje galioja elektros mašinų grįžtamumo principas, kuris reiškia, kad įrenginys gali ir paversti elektros energiją mechanine, ir atlikti atvirkštinį veiksmą.
Asinchroniniai varikliai taip pat atitinka šį principą ir turi variklio režimą ir generatoriaus režimą.
Variklio veikimas - tai pagrindinis asinchroninio elektros variklio veikimo režimas. Kai į apvijas įjungiama įtampa, susidaro elektromagnetinis sukimo momentas, kuris sujungia rotorių su velenu, todėl velenas pradeda suktis, variklis pasiekia pastovų greitį ir atlieka naudingą darbą.
Generatoriaus režimas - pagrįstas principu, kad elektros srovė variklio apvijose susidaro sukantis rotoriui. Jei variklio rotorius sukamas mechaniškai, statoriaus apvijose sukuriama elektromagnetinė jėga, o apvijose esančiame kondensatoriuje susidaro talpinė srovė. Jei kondensatoriaus talpa yra tam tikros vertės, priklausomai nuo variklio charakteristikų, generatorius savaime sužadina ir atsiranda trifazė įtampos sistema. Todėl vijoklinis variklis veikia kaip generatorius.
Asinchroninių variklių greičio valdymas
Asinchroninių elektros variklių greičiui reguliuoti ir jų darbo režimams valdyti taikomi šie būdai:
- Dažnis - keičiant elektros tinklo srovės dažnį, keičiamas elektros variklio greitis. Šiam metodui naudojamas dažnio keitikliu vadinamas prietaisas;
- Reostatas - keičiant rotoriuje esančio reostato varžą, keičiamas sukimosi greitis. Šis metodas padidina paleidimo momentą ir kritinį slydimą;
- Impulsinis - valdymo būdas, kai varikliui taikoma specialaus tipo įtampa.
- Elektros varikliui veikiant apvijos perjungiamos iš žvaigždės į trišakę, todėl sumažėja paleidimo srovės;
- Vėtrinio narvo rotorių valdymas keičiant polių poras;
- Indukcinio rezistoriaus prijungimas prie fazinių rotorių variklių.
Tobulėjant elektroninėms sistemoms, įvairių asinchroninių variklių valdymas tampa vis efektyvesnis ir tikslesnis. Tokie varikliai naudojami visame pasaulyje, tokių mechanizmų atliekamų užduočių įvairovė kasdien didėja, o jų poreikis nemažėja.
Susiję straipsniai:
