asihroni motori

Dević Nemanja E4a

Princip rada asinhronog motora

1. Uvod Asinhrone Asinhrone mašine mašine se pretežno pretežno upotrebljava upotrebljavaju ju kao motor, motor, a jako rijetko rijetko kao generator. generator. Asinhrone mašine dobile su svoje ime zbog toga, što brzina rotacionog magnetskog toka i brzina rotora nije ista, kao što je slučaj kod sinhronih mašina. Asinhrona mašina se izrađuje u serijskoj proizvodnji kao jednofazna ili trofazna, vrlo je jednostavana za proizvodnju i održavanje i ralativno niske proizvodne cijene. Rad asinhrone mašine temelji se na rotirajuem magnetskom toku, a velike zasluge za pronalazak ima !ikola "esla. "esla. #ilj ovog rada je opisati princip rada asihronog motora.

1

Dević Nemanja E4a


2. Princip Princip rada rada asinhr asinhroni onih h motora motora

$lika % Rotacioni magnetizam

Ako se obre permanentni magnet &!$', obrtae se i bakarna ploča koja se nalazi ispod njegovih polova, u istom smjeru. (vu pojavu otkrio je fizičar Arago i nazvao )rotacioni magnetizam* &slika %'. (bjašnjenje (bjašnjenje++ zajedno sa magnetom obru se i njegove njegove linije linije magnetne magnetne indukcije, indukcije, koje sijeku bakarnu ploču i u njoj indukuju struje &čije putanje su kružne', jer je ploča masivan provodnik. agnetni polovi statora rotiraju i stvaraju obrtno magnetno polje. !a provodnik rotora u kome teče struja i kada se nalazi u magnetnom polju djeluje elektromagnetna sila. Relativna brzina obrtanja provodnika manja je od brzine obrtanja magneta. -rovodnik rotora i magnet ne obru se sinhrono sinhrono &u taktu', taktu', ve asihrono. asihrono. Ako bi se izjednači izjednačile le brzine obrtanja obrtanja provodnik provodnikaa i magneta, linije magnetne indukcije ne bi sjekle provodnik, u njemu se ne bi indukovale struje, nestala bi elektromagnetna sila, provodnik bi počeo da se zaustavlja. Ali sa zaustavljanjem, linije magnetne indukcije bi veom brzinom sjekle provodnik i opet bi se indukovale struje. rajnji rezultat je da se brzina obrtanja provodnika provodnika veoma približava približava brzini obrtanja magneta, ali je uvijek uvijek manja od nje. !ikola !ikola "esla "esla je uspio da obrtno obrtno magnetno magnetno polje dobije bez obrtanja obrtanja magneta, magneta, pomou nepomičnih kalemova kroz koje su proticale naizmjenične struje, međusobno fazno pomjerene. (vaj veliki pronalazak nazvan je asinhroni ili indukcioni motor &slika /'.

$lika / "eslin elektromotor &indukcioni motor' 2

Dević Nemanja E4a


2.1 Stvaranje obrtnog magnetnog polja Obrtno magnetno polje stvoreno dvoa!nom str"jom

0a stvaranje obrtnog magnetnog polja potrebne su najmanje dvije naizmjenične struje fazno pomjerene jedna prema drugoj. $tator asinhronog motora sa najjednostavnijim dvofaznim namotajem+ svaki fazni namotaj ima samo jedan zavojak &po dva aktivna provodnika u žljebovima statora'. $a 1 i 2 ozačeni su početak i kraj prvog faznog namotaja, a sa 3 i 4 isto za drugi fazni namotaj 1 i 3 su počeci, a 2 i 4 završeci faznih namotaja.

!a dijagramu su struje u namotajima, koje se fazno razlikuju za 567 agnetni polovi ! i $ obrtnog magnetnog polja obr.u se zbog promjena smjerova struja u faznim namotajima 12 i 34.

#

Dević Nemanja E4a


$lika 8 Raspored faznih namotaja na statoru dvopolnog motora

!amotaj statora tako je raspoređen, da obrtno polje ima dva magnetna pola prikazano na sliku 8 &sjeverni ! 9 mjesto odakle izlaze linije magnetne indukcije i južni $ : gdje linije indukcije ulaze'. -rovodnici faznog namotaja 12 i namotaja 34 na međusobnoj su udaljenosti od %;/ unutrašnjeg obima statora. -olje načini jedan obrt za vrijeme jedne periode. 0a vrijeme od <6 perioda u sekundi, obrtno magnetno polje obrnue se <6 puta u sekundi, ili =6 > <6 ? 8666 puta u minute. !amotaj na statoru može biti i tako raspoređen, da obrtno polje ima četiri magnetna pola+ fazni namotaj 12 ima @ provodnika koji su međusobno udaljeni za %;@ unutrašnjeg obima statora &isto važi i za fazni namotaj 34'.

$lika @ Raspored faznih namotaja na statoru četvoropolnog motora 4

Dević Nemanja E4a


$truje kroz ove fazne namotaje iste su kao i u prethodnom slučaju. etvoropolno magnetno polje načini za vrijeme jedne periode %;/ obrta, ili za frekvenciju od <6 per;sek obrnue se /< puta;sek, ili =6>/< ? %<66 puta;minute. Ba bi se dobilo šestopolno obrtno magnetno polje, provodnici svakog faznog namotaja treba da su udaljeni za %;= unutrašnjeg obima statora, a kod osmopolnog obrtnog polja za %;C i tako dalje &slika @'. 2.2 Obrtno magnetno polje stvoreno troa!nom str"jom

"rofazne struje stvaraju, po intenzitetu, ravnomernije obrtno magnetno polje od dvofaznih struja. $tator ima tri fazna namotaja 12, 34 i D0. 1 ovom primjeru svaki od njih ima po @ provodnika, tako da se dobija četvoropolno obrtno magnetno polje prikazano na slici <.

$lika < Raspored faznih namotaja na statoru trofaznog četvoropolnog motora

!a dijagramu su struje u namotajima, koje se fazno razlikuju za %/6E.

$

Dević Nemanja E4a


2.# Osnovni elementi %onstr"%cije i vrste

Bva osnovna dijela+ nepokretni &stator' i obrtni &rotor'. $tator se priključuje na mrežu i po funkciji je induktor, jer stvara magnetno polje. Rotor je indukt, jer se u njegovim provodnicima indukuju struje. $tator je izrađen u vidu šupljeg valjka, od dinamo limova debljine oko 6,< mm &da bi se na najmanju mjeru smanjile vrtložne struje i gubici u gvožđu'. !a unutrašnjem obimu statora nalaze se žljebovi u kojima je smješten namotaj statora. roz namotaje statora protiču višefazne &najčeše trofazne' struje, koje stvaraju obrtno magnetno polje. $tator se stavlja u oklop &kuište' motora, koji je u obliku tanjeg cilindra. !a oklopu obično postoje rebra, da bi se poveala površina za hlađenje. $a obje bočne strane oklopa dolaze poklopci, koji u svom centru nose ležišta za vratilo rotora.

$lika = Flektromotor

!a donjem dijelu oklopa nalaze se noge &stopala' motora koje služe za pričvršivanje motora za specijalne šine na odgovarajuoj čvrstoj podlozi. !a zadnjem poklopcu je otvor sa rešetkom za strujanje vazduha kojim se hladi unutrašnjost motora. $nažno strujanje proizvodi ventilator, naglavljen na vratilu motora. !a gornjoj strani nalazi se priključna kutija sa kablovskom uvodnicom. 1 kutiji je priključna pločica, koja služi za vezivanje dovodnih provodnika kabla sa jedne strane i krajeva faznih provodnika statora sa druge. Raspored ulaznih i izlaznih krajeva namotaja je standardizovan : da bi se namotaj statora mogao pomou metalnih lamela po potrebi jednostavno vezati u zvezdu ili u trougao &slika ='.

&

Dević Nemanja E4a


$lika G Asinhroni motor u presjeku

3ide se i putevi strujanja vazduha za hlađenje motora. (n se usisava kroz rešetku zadnjeg poklopca i struji preko rebara za hlađenje na oklopu motora. Hedan dio ovog vazduha prolazi kroz prostor između statora i rotora. agnetno kolo rotora sastavljeno je od istih limova kao i za stator i u magnetnom pogledu čine cjelinu koja se naglavljuje na vratilo. Rotor po svom obimu ima žljebove, koji kao i kod statora, mogu biti različitih oblika, a u njima su smješteni namotaji. -rema vrsti električnog kola, rotori se mogu podijeliti na+ 1. kratkospojene 2. namotane

2.4 'rat%ospojeni rotor

!amotaj rotora sastoji se od neizolovanih štapova od bakra ili aluminijuma, koji su na obje čeone strane rotora međusobno kratko spojeni masivnim prstenovima. "akav namotaj rotora ima oblik kaveza i naziva se *kavezni namotaj* &slika C'. otori sa ovom vrstom namotaja na rotoru : asinhroni motori sa kratkospojenim rotorom &slika 5', ili prosto kratko spojeni motori. (va vrsta elektromotora je najjednostavnija, najtrajnija i najjeftinija. -rilikom rada, samo su im ležišta izložena trošenju. !amotaj sa bakarnim provodnicima realizuje se tako što se okrugle bakarne šipke postavljaju u okrugle žljebove, a sa obje bočne strane stavljaju se prstenovi i tvrdo leme. !a prstenove se još stavljaju i krilca koja služe kao ventilator. esto se koriste i aluminijumski provodnici. Ivozdeni (

Dević Nemanja E4a


dio rotora sa okruglim žljebovima zaliva se aluminijumom. "ako se dobija aluminijumski kavez kao cjelina sa kratkospajajuim prstenovima.

$lika C Rotorski kavezni namotaj od bakarnih štapova i prstenova

$lika 5 !amotaj kratkospojenog rotora sa nekoliko limova

-od uticajem obrtnog magnetnog polja, stvorenog strujama iz mreže u namotaju statora, indukuju se struje u provodnicima rotora, otuda i drugi naziv za ove motore :ind"%cioni motori prikazan na slici %6. -ošto se provodnici rotora nalaze u magnetnom polju, na njih djeluju elektromagnetne sile i dolazi do obrtanja rotora u smjeru obrtanja magnetnog polja. Rotor se ne može obrtati istom brzinom kao i obrtno polje. ada bi rotor dostigao sinhronu brzinu, ne bi postojala relativna brzina između njegovih provodnika i obrtnog magnetnog polja, ne bi bilo indukovanih struja, niti elektromagnetne sile, pa bi rotor počeo da usporava. $lika %6 Jndukcioni motor

"ada bi opet došlo do poveanja relativne brzine između rotora i polja, indukovanja struje i pojave sile. ao krajnji rezultat, rotor asinhronog motora obre se sa nešto manjim brojem obrtaja n, nego što je broj obrtaja ns obrtnog magnetnog polja. (brtno magnetno polje kod asinhronog motora obre se sinhronim brojem obrtaja ns+ )

Dević Nemanja E4a


KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK%  : frekvencima pobudne struje &namotaja statora' p : broja pari magnetnih polova

Rotor asinhronog motora obre se asinhronim brojem obrtaja n+ n ˂ ns. Razlika između sinhronog i asinhronog broja obrtaja naziva se klizanjeasinhronog motora s, koje se najčeše izražava u procentima sinhronog brojaobrtaja ns+

KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK./

!ominalna vrednost klizanja pod punim optereenjem reda je veličine+ =L za male motore, 8L za srednje i 6,
2.$ Namotani rotor

1 žljebove ovih rotora stavljaju se namotaji &obično trofazni', čije je izvođenje isto kao i za namotaje statora, odnosno, kao višefazni namotaj. Ako je na rotoru trofazni namotaj, njegova tri kraja vezana su za tri mesingana klizna prstena, izolovana međusobno i od vratila za koje su učvršeni.

$lika %% Asinhroni motor sa kliznim prstenovima

!a klizne prstenove&slika %%' prislonjene su četkice koje su u vezi sa trofaznim rotorskim otpornikom. otori sa ovom vrstom namotaja na rotoru nazivaju se i asinhroni motori sa kliznim prstenovima. od ovih rotora, preko kliznih prstenova, postoji veza namotaja sa okruženjem. *

Dević Nemanja E4a


3eza namotaja rotora može biti u )zvijezdu* ili )trougao*. Ako se namotaj spregne u zvezdu, tri kraja faznih namotaja spoje se u neutralnu tačku na samom namotu, a ostala tri izvode do tri klizna prstena. od sprege u trougao, njegova tjemena vezuju se za klizne prstenove.

2.& Po%retanje asinhronih motora

-ri pokretanju kratkospojenih motora, njihov rotor se nalazi u stanju mirovanja, dok je namotaj statora priključen na mrežu i obrtno magnetno polje ve ima puni sinhroni broj obrtaja. -ri pokretanju motora relativna brzina kojom linije magnetne indukcije sijeku bakarne štapove namotaja rotora najvea je, pa su indukovana elektromotorna sila i struja u namotaju rotora vrlo velike. eđutim, moment pokretanja je prilično mali, često manji od nominalnog : nepovoljno, naročito ako se motor pokree pod veim opterečenjem. -ri pokretanju motora, zbog velike struje u namotaju rotora, mora se pojaviti i velika jačina struje u namotaju statora, te se kod velikih motora pojavljuju tzv. *udari struje *, koji izazivaju neprijatne varijacije napona u mreži. 3arijacije napona predstavljaju smetnju u mrežama u kojima se kratkospojeni motori često pokreu i zaustavljaju.

1+

Dević Nemanja E4a


#. Po%retanje %rat%opojeniih asinhroniih motora otori sa kratkospojenim rotorom smiju se priključivati na električne mreže samo sa ograničenom veličinom snage, primenom propisanog načina pokretanja. -rilikom puštanja u rad asinhronog motora, moraju se ispuniti dva uslova+ 1. pola!ni moment mora imati vrijednost već" od potrebne donje granice 2. str"ja po%retanja mora biti ispod do!voljene ma%simalne vrijednosti. ,roa!ni asinhroni motori male snage do %,% kD mogu se puštati u rad bez pomonih

pokretačkih aparata, mada i oni pri pokretanju mogu povui iz mreže struju JmaM koja može biti i do = puta vea od nominalne struje J n. 0bog toga osigurači ovih motora moraju biti za nominalnu jačinu struje Jn, ali sa )usporenim dejstvom*, potrebno je da izdržavaju kratkotrajnu, veliku jačinu struje JmaM pri pokretanju motora, ne prekidajui strujno kolo. od asinhronih motora vee snage : za smanjenje jačine struje pri pokretanju primenjuju se razna pomona sredstva : pokretači motora. 1- Po%retanje pre%idaem !vije!da / tro"gao

-ri pokretanju, namotaj statora trofaznog asinhronog motora sa kratkospojenim rotorom vezuje se u )zvijezduN : uzima iz mreže tri puta manju jačinu struje, nego da je vezan u )trougaoN. ada motor razvije nominalan obrta, namotaj statora prevezuje se u )trougaoN i sa tom vezom motor dalje trajno radi. 3ezivanje i prevezivanje namotaja statora, kao i isključenje motora sa mreže vrši se prekidačem zvijezda:trougao. !edostatak+ u sprezi )zvijezdaN moment je tri puta manji od momenta kada je namotaj statora u sprezi )trougaoN. 2- Po%retanje promenjivim otporni%om

-romenljivi otpornik sastoji se od tri jednaka otpora, vezana ispred tri fazna namotaja statora, a čija veličina se može mijenjati. -ri pokretanju motora, da bi se smanjila suviše velika jačina struje, uključuju se cijeli otpori. $a porastom broja obrtaja motora, smanjuje se jačina struje, pa se otpori mogu postepeno isključivati, a pri nominalnom broju obrtaja sasvim se isključuju. (vaj način pokretanja ima prednost nad prekidačem zvijezda : trougao, jer se jačina struje može mijenjati kontinualno ili sa malim skokovima. !edostaci+ : pri pokretanju motor razvija manji obrtni moment, nego pri pokretanju sa prekidačem zvijezda : trougao : u otpornicima se javljaju veliki gubici snage. -rimjenjuje se ređe i to za motore koji se pokreu sa vrlo malim optereenjem i za motore koji se ređe zaustavljaju i ponovo pokreu. 11

Dević Nemanja E4a


#- Po%retanje pomoć" a"totransormatora

-uštanje u rad pod sniženim naponom i praktično bez Bžulovih gubitaka. Jspred namotaja statora vezuje se trofazni autotransformator, čiji se napon na sekundarnoj strani može regulisati. -ri pokretanju napon se smanjuje na oko <6L vrijednosti, a time i jačina struje koju motor uzima iz mreže, napon se zatim postepeno poveava i na kraju se motor neposredno priključuje na mrežu. !edostaci+ : pokretanje je mogue samo sa smanjenim momentom : vea cijena -rimjenjuje se kod kaveznih motora svih snaga, kada se pokreu u praznom hodu ili pod malim optereenjem. 4- Po%retanje sa centri"galnom spojnicom

Jdeja centrifugalne spojnice je da se motor pokrene u praznom hodu &neoptereen' i kasnije se optereti. )1darN struje je manji i traje krae. #entrifugalna spojnica taj zadatak izvršava automatski : počinje da djeluje kada motor postigne puni broj obrtaja i spaja motor sa mašinom radilicom koju treba pokrenuti pod punim optereenjem mirno i ujednačeno. $- Po%retanje sa dvostr"%im i d"bo%im 0ljebovima

$pecijalne konstrukcije kratkospojenih rotora : poveanje omskog otpora rotora i smanjenje faznog pomjeraja između njegove ems i struje, što utiče na poboljšanje karakteristika pri puštanju motora u rad. !ajbolje osobine pokazali su dvokavezni &slika %/' &Oušero' motori i motori sa dubokim žljebovima prikazan na slici %8.

$lika %/ Bvokavezni &Oušero'motori

$lika %8 otori sa dubokim žljebovima

Bvostruki kavez ima i dvojaku ulogu+ : da smanji polaznu struju 12

Dević Nemanja E4a


: da povea polazni momet. Iornji provodnik &A' obuhvaen je manjim magnetnim fluksom, indukovana ems u njemu znatno je manja, izrađen je od materijala veeg specifičnog otpora, polazni moment je veliki &polazni kavez'. Bonji provodnik &O' obuhvaen je veim magnetnim fluksom, njegova ems je vea, pa je i njegov induktivni otpor vei, što kao rezultat daje vrlo malu struju koja teče kroz ovaj provodnik, koja je znatno pomjerena od ems, pa donji kavez pri pokretanju razvija mali obrtni moment &radni kavez' slika %@.

$lika %@ Bvostruki kavez

4. Po%retanje motora sa namotaniim rotorom

1#

Dević Nemanja E4a


$l. %< Rotorski otpornik

3eličina polazne struje ograničava se pomou rotorskog otpornika, čiji krajevi su vezani preko četkica i kliznih prstenova za krajeve pojedinih faza rotora, a ostala tri su spojena u zvezdište preko kliznog prstena  prikazano na slici %<. -re uključivanja motora na mrežu, ručice pokretačkog otpornika treba da su u položaju maksimalnog otpora. -o uključenju, trokraka ručica se postepeno pomjera, čime se u skokovima smanjuju vrijednosti otpora uključenih u pojedine faze. Ako se na vrijeme i pravilno isključuju pojedine sekcije pokretačkog otpornika, promjena momenta u toku pokretanja vrši se po krivoj, koju čine vršni djelovi pojedinih karakteristika za različite vrijednosti pokretačkog otpornika. #io tok puštanja u rad, odnosno promjena momenta do postizanja nominalnog režima označen je crvenom linijom.

14

Dević Nemanja E4a


Pema % : oment ne pada ispod neke granice &Q' : -olazni moment &s ? %' na prirodnoj &neregulisanoj' karakteristici &<' znatno je manji od momenta optereenja &t', tako da bez poveanja otpora u kolu rotora motor, pod datim optereenjem, ne bi mogao da se pokrene' prikazano na šemi %. Prednosti asinhronih motora sa %li!nim prstenovima

: : : :

smanjena struja pokretanja veliki polazni moment &jednak maksimalnom' polazni moment se može po potrebi podešavati mogue podešavanje brzine. Nedostaci " odnos" na %rat%ospojene motore

: složenija i skuplja konstrukcija : Bžulovi gubici : neizbježno varničenje na kliznim prstenovima &nepogodni za primjenu u eksploziono ugroženim sredinama, gdje su u prednosti kratkospojeni motori : jedini motori koji po principu rada ne varniče'. Asinhroni motori sa namotanim rotorom i kliznim prstenovima primjenjuju se za sve snage, a naročito za velike i najvee, sa teškim pokretanjem, kada je potreban veoma veliki polazni moment. (vakvi motori za visoke napone ne smiju se isključiti iz mreže sa otvorenim namotajem rotora zbog opasnosti naponskog proboja izolacije. 1$

Dević Nemanja E4a


$. 3eg"lacija br!ine obrtanja asinhronih motora

-romjena brzine obrtanja + KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK.8 • • •

promjenom klizanja &promjenom napona statora ili otpora u kolu rotora' promjenom broja pari polova promjenom frekvencije napona napajanja.

$.1 Promjena br!ine obrtanja promenom napona statora

Pema /

"rofazni pretvarač napona prikazan na šemi / izveden pomou antiparalelnog spoja tiristora koji napaja stator asinhronog motora. Bodavanjem otpora u kolu rotora : poveava se prekretno klizanje. 3eliki gubici : veliki dio energije troši se na rotorskim otporima. $amo za motore malih snaga, ili za motore veih snaga ako ne rade dugo sa sniženim brzinama obrtanja.

1&

Dević Nemanja E4a


$.2 Promjena br!ine obrtanja promenom otpora " %ol" rotora

-romjena omskog otpora rotora prikazan na šemi 8 : ubacivanjem promenljivog otpornika u njegovo strujno kolo &kod motora sa kliznim prstenovima'. -ovoljnije je rešenje sa impulsnom promjenom otpora u kolu rotora+ asinhroni motor &%', trofazni dvostrani ispravljač &/' i pretvarač za impulsno uključivanje otpornika otpornosti R r.

Pema 8

$.# Promjena br!ine obrtanja promenom broja pari polova

!ije mogue obezbijediti kontinualnu promjenu brzine, ve samo diskretnu, i to za dvije do četiri različite brzine.

$.4 Promjena br!ine obrtanja promenom re%vencije napona napajanja

$koro isključivo se vrši kao istovremena promjena napona i frekvencije : skalarna : 1;f regulacija.

1(

Dević Nemanja E4a


Pema @

0a tu svrhu koriste se invertori : regulišu napon i frekvenciju na motoru, pri čemu njihov odnos ostaje konstantan &šema@'. ehaničke karakteristike motora za različite frekvencije i konstantan odnos 1;f+ 3eličina prekretnog momenta praktično se ne mijenja, jer je odnos statorskog napona i frekvencije konstantan. !agib mehaničkih karakteristika ne mijenja se pri promjeni frekvencije statora, tj. karakteristike se translatorno pomjeraju po apscisnoj osi.

1)

Dević Nemanja E4a


=. re%ventni pretvarai !a "pravljanje asinhronim motorima +

$l. %= -retvarač za upravljanje trofaznim asinhronim motorima male snage

$l. %G -retvarači koji pokrivaju širok spektar snaga motora, od %,% do <66 kD

$l. %C $erija pretvarača za snage motora od <,< kD do%C6 kD

!a slikama%=, %G i %C prikazani su frekventni pretvarači za pokretanje motora različitih snaga.

1*

Dević Nemanja E4a


(. 5a%lj"a% Banas su najčeše upotrebljavane električne mašine. -rincip rada zasniva se na indukcijskom djelovanju između statora i rotora &rotirajuem magnetskom polju'. Razvoj tehnike omoguuje izradu sve jeftinijih uređaja za upravljanje izmjeničnim mašinama. 0bog toga asinhroni motori imaju perspektivu u primjenama i reguliranim pogonima, gdje su do sada primat imali istosmjerne mašine. Bo sada su se izmjenične mašine &bilo sinhrone ili asinhrone' koristili uglavnom za specifične namjene, uglavnom gdje je primjena istosmjernih neprikladna i nije dozvoljena zbog iskrenja na kolektoru &npr. rad u zapaljivim i eksplozivnim sredinama'.

2+

Dević Nemanja E4a


). 6iterat"ra %. Asinhroni motori, -rof.dr.sc. Hasmin 3elagi, Flektrotehnički fakultet $arajevo /. O. itrakovi+ Asinhrone mašine, !aučna knjiga, Oeograd, %5C=. 8. A. Bolenc+ Asinhrone mašine, $veučilišna naklada iber, 0agreb, %5G6

21

asihroni motori

Recommend Documents