ASINHRONI MOTORI

Ako se obrće permanentni magnet (NS), obrtaće se i bakarna ploča koja senalazi ispod njegovih polova, u istom smeru

Princip rada asinhronih motoraPrincip rada asinhronih motoraPrincip rada asinhronih motora

OBJAŠNJENJE:

zajedno sa magnetom obrću se i njegove linije magnetne indukcije, koje sekubakarnu ploču i u njoj indukuju struje (čije putanje su kružne, jer je pločamasivan provodnik

Ovu pojavu otkrio je fizičar Arago i nazvao „rotacioni magnetizam"

Na provodnik rotora u kome teče struja i kada se nalazi u magnetnom poljudeluje elektromagnetna sila

Relativna brzina obrtanja provodnika manja je od brzine obrtanja magneta

Neka magnetni polovi statora rotiraju i stvaraju obrtno magnetno polje

Provodnik rotora i magnet ne obrću se sinhrono (u taktu), već ASINHRONO

Teslin elektromotor (indukcioni motor)

Ako bi se izjednačile brzine obrtanja provodnika i magneta, linije magnetneindukcije ne bi sekle provodnik, u njemu se ne bi indukovale struje, nestala bielektromagnetna sila, provodnik bi počeo da se zaustavlja

Ali sa zaustavljanjem, linije magnetne indukcije bi većom brzinom sekleprovodnik i opet bi se indukovale struje

Krajnji rezultat je da se brzina obrtanja provodnika veoma približava brziniobrtanja magneta, ali je uvek manja od nje

Aragova sprava nije elektromotor, jer se magnet mora na neki način obrtati

Nikola Tesla je uspeo da obrtno magnetno polje dobije bezobrtanja magneta, pomoću nepomičnih kalemova kroz kojesu proticale naizmenične struje, međusobno faznopomerene

Ovaj veliki pronalazak nazvan je asinhroni ili indukcionimotor

Obrtno magnetno polje stvoreno dvofaznom strujom

Za stvaranje obrtnog magnetnog polja potrebne su najmanje dve naizmeničnestruje fazno pomerene jedna prema drugoj

Stator asinhronog motora sa najjednostavnijim dvofaznim namotajem: svakifazni namotaj ima samo jedan zavojak (po dva aktivna provodnika užlebovima statora)

Sa U i X ozačeni su početak i kraj prvog faznog namotaja, a sa V i Y isto zadrugi fazni namotaj

U i V su počeci, a X i Y završeci faznih namotaja

Stvaranje obrtnog magnetnog poljaStvaranje obrtnog magnetnog poljaStvaranje obrtnog magnetnog polja

Na dijagramu su struje u namotajima, koje se fazno razlikuju za 90°

Magnetni polovi N i S obrtnog magnetnog polja obrću se zbog promenasmerova struja u faznim namotajima UX i VY

Polje načini jedan obrt za vreme jedne periode

Za vreme od 50 perioda u sekundi, obrtno magnetno polje obrnuće se 50 putau sekundi, ili 60 50 = 3000 puta u minutu

Namotaj statora tako je raspoređen, da obrtno polje ima dva magnetna pola(severni N - mesto odakle izlaze linije magnetne indukcije ijužni S - gde linije indukcije ulaze)

Provodnici faznog namotaja UX i namotaja VY na međusobnoj su udaljenostiod 1/2 unutrašnjeg obima statora

Struje kroz ove fazne namotaje iste su kao i u prethodnom slučaju

Da bi se dobilo šestopolno obrtno magnetno polje, provodnici svakog faznognamotaja treba da su udaljeni za 1/6 unutrašnjeg obima statora, a kodosmopolnog obrtnog polja za 1/8 i tako dalje

Namotaj na statoru može biti i tako raspoređen, da obrtno polje ima četirimagnetna pola: fazni namotaj UX ima 4 provodnika koji su međusobno udaljeniza 1/4 unutrašnjeg obima statora (isto važi i za fazni namotaj VY)

Četvoropolno magnetno polje načini za vreme jedne periode 1/2 obrta, ili zafrekvenciju od 50 per/sek obrnuće se 25 puta/sek, ili 6025 = 1500 puta/minutu

Trofazne struje stvaraju, po intenzitetu, ravnomernije obrtno magnetno poljeod dvofaznih struja

Stator ima tri fazna namotaja UX, VY i WZ. U ovom primeru svaki od njihima po 4 provodnika, tako da se dobija četvoropolno obrtno magnetno polje

Na dijagramu su struje unamotajima, koje se faznorazlikuju za 120°

Obrtno magnetno polje stvoreno trofaznom strujom

Dva osnovna dela: nepokretni (stator) i obrtni (rotor)

Osnovni elementi konstrukcije i vrsteOsnovni elementi konstrukcije i vrsteOsnovni elementi konstrukcije i vrste

Stator se priključuje na mrežu i po funkciji je induktor, jer stvara magnetnopolje

Stator je izrađen u vidu šupljeg valjka, od dinamo limova debljine oko 0,5 mm(da bi se na najmanju meru smanjile vrtložne struje i gubici u gvožđu)

Rotor je indukt, jer se u njegovim provodnicima indukuju struje

Na unutrašnjem obimu statora nalaze se žlebovi u kojima je smešten namotajstatora

Kroz namotaje statora protiču višefazne (najčešće trofazne) struje, koje stvarajuobrtno magnetno polje

Stator se stavlja u oklop (kućište) motora, koji je u obliku tanjeg cilindra

Na oklopu obično postoje rebra, da bi se povećala površina za hlađenje

Sa obe bočne strane oklopa dolaze poklopci, koji u svom centru nose ležišta zavratilo rotora

Na donjem delu oklopa nalaze se noge (stopala) motora koje služe zapričvršćivannje motora za specijalne šine na odgovarajućoj čvrstoj podlozi(kod većih motora - betonski temelji)

Na gornjoj strani nalazi se priključna kutija sa kablovskom uvodnicom

U kutiji je priključna pločica, koja služi za vezivanje dovodnih provodnikakabla sa jedne strane i krajeva faznih provodnika statora sa druge

Raspored ulaznih i izlaznih krajeva namotaja je standardizovan - da bi senamotaj statora mogao pomoću metalnih lamela po potrebi jednostavno vezatiu zvezdu ili u trougao

Na zadnjem poklopcu je otvor sa rešetkom za strujanje vazduha kojim se hladiunutrašnjost motora

Snažno strujanje proizvodi ventilator, naglavljen na vratilu motora

Asinhroni motor u preseku:

Vide se i putevi strujanja vazduha za hlađenje motora On se usisava kroz rešetku zadnjeg poklopca i struji preko rebara za hlađenje

na oklopu motora

Jedan deo ovog vazduha prolazi kroz prostor između statora i rotora.

Magnetno kolo rotora sastavljeno je od istih limova kao i za stator i umagnetnom pogledu čine celinu koja se naglavljuje na vratilo

Rotor po svom obimu ima žlebove, koji kao i kod statora, mogu biti različitihoblika, a u njima su smešteni namotaji

Prema vrsti električnog kola, rotori se mogu podeliti na:

1. kratkospojene2. namotane

Kratkospojeni rotorKratkospojeni rotorKratkospojeni rotor

Namotaj rotora sastoji se od neizolovanih štapova od bakra ili aluminijuma,koji su na obe čeone strane rotora međusobno kratko spojeni masivnimprstenovima

Takav namotaj rotora ima oblik kaveza i naziva se "kavezni namotaj"

Motori sa ovom vrstom namotaja na rotoru - asinhroni motori sa kratkospojenim rotorom, ili prosto kratko spojeni motori

Ova vrsta elektromotora je najjednostavnija, najtrajnija i najjeftinija

Prilikom rada, samo su im ležišta izložena trošenju

Namotaj sa bakarnim provodnicima realizuje se tako što se okrugle bakarnešipke postavljaju u okrugle žlebove, a sa obe bočne strane stavljaju se prstenovii tvrdo leme

Na prstenove se još stavljaju i krilca koja služe kao ventilator

Često se koriste i aluminijumski provodnici

Gvozdeni deo rotora sa okruglim žlebovima zaliva se aluminijumom

Tako se dobija aluminijumski kavez kao celina sa kratkospajajućimprstenovima

Rotorski kavezni namotaj odbakarnih štapova i prstenova

Namotaj kratkospojenog rotorasa nekoliko limova

Pod uticajem obrtnog magnetnog polja,stvorenog strujama iz mreže u namotajustatora, indukuju se struje u provodnicimarotora (otuda i drugi naziv za ove motore -indukcioni motori

Rotor se ne može obrtati istom brzinom kao i obrtno polje

Kada bi rotor dostigao sinhronu brzinu, ne bi postojala relativna brzina izmeđunjegovih provodnika i obrtnog magnetnog polja, ne bi bilo indukovanih struja,niti elektromagnetne sile, pa bi rotor počeo da usporava

Tada bi opet došlo do povećanja relativne brzine između rotora i polja,indukovanja struje i pojave sile

Kao krajnji rezultat, rotor asinhronog motora obrće se sa nešto manjim brojemobrtaja n, nego što je broj obrtaja ns obrtnog magnetnog polja

Pošto se provodnici rotora nalaze umagnetnom polju, na njih delujuelektromagnetne sile i dolazi do obrtanjarotora u smeru obrtanja magnetnog polja

Obrtno magnetno polje kod asinhronog motora obrće se sinhronim brojemobrtaja ns:

p

fn

60s

f - frekvencima pobudne struje (namotaja statora)

p - broja pari magnetnih polova

Rotor asinhronog motora obrće se asinhronim brojem obrtaja n:

Razlika između sinhronog i asinhronog broja obrtaja naziva se klizanjeasinhronog motora s, koje se najčešće izražava u procentima sinhronog brojaobrtaja ns:

%100s

s

n

nns

Nominalna vrednost klizanja pod punim opterećenjem reda je veličine:

6% za male motore, 3% za srednje i 0,5% za velike motore

snn

Namotani rotorNamotani rotorNamotani rotor

U žlebove ovih rotora stavljaju se namotaji (obično trofazni), čije je izvođenjeisto kao i za namotaje statora, odnosno, kao višefazni namotaj

Ako je na rotoru trofazni namotaj, njegova tri kraja vezana su za tri mesinganaklizna prstena, izolovana međusobno i od vratila za koje su učvršćeni

Na klizne prstenove prislonjene sučetkice koje su u vezi sa trofaznimrotorskim otpornikom.

Motori sa ovom vrstom namotaja narotoru nazivaju se i asinhronimotori sa kliznim prstenovima

Kod ovih rotora, preko kliznihprstenova, postoji veza namotaja saokruženjem

Veza namotaja rotora može biti u „zvezdu" ili „trougao"

Ako se namotaj spregne u zvezdu, tri kraja faznih namotaja spoje se uneutralnu tačku na samom namotu, a ostala tri izvode do tri klizna prstena

Kod sprege u trougao, njegova temena vezuju se za klizne prstenove.

Karakteristika struje rotora I2 odklizanja s

Karakteristike asinhronih motoraKarakteristike asinhronih motoraKarakteristike asinhronih motora

Karakteristika faktora snage cos2

od klizanja s

Maksimalna vrednost momenta (Mmax) naziva se prekretni moment - nastupapri prekretnom klizanju (spr)

Maksimalni (prekretni) moment ne zavisi od omskih otpora rotora i statora

Karakteristika obrtnog momenta Mod klizanja s

Međutim, omski otpor rotora direktno utiče na vrednost prekretnog klizanja

Promenom veličine omskog otpora rotora, menja se veličina klizanja prikojoj nastaje maksimalni moment, a da se pri tome vrednost maksimalogmomenta ne menja

Promena omskog otpora rotora, može se postići ubacivanjem rotorskogotpornika u strujno kolo rotora (kod motora sa kliznim prstenovima)

Povećavanjem njegove veličine, Mmax se razvija pri sve većim vrednostimaklizanja (pomera se udesno, ka vrednosti s = 1, na dijagramu M = f (s)

Pokretanje asinhronih motoraPokretanje asinhronih motoraPokretanje asinhronih motora

Pri pokretanju kratkospojenih motora, njihov rotor se nalazi u stanjumirovanja, dok je namotaj statora priključen na mrežu i obrtno magnetno poljeveć ima puni sinhroni broj obrtaja

Pri pokretanju motora relativna brzina kojom linije magnetne indukcije sekubakarne štapove namotaja rotora najveća je, pa su indukovana elektromotornasila i struja u namotaju rotora vrlo velike

Međutim, moment pokretanja je prilično mali, često manji od nominalnog -nepovoljno, naročito ako se motor pokreće pod većim opterečenjem

Pri pokretanju motora, zbog velike struje u namotaju rotora, mora se pojaviti ivelika jačina struje u namotaju statora, te se kod velikih motora pojavljuju tzv."udari struje ", koji izazivaju neprijatne varijacije napona u mreži

Varijacije napona predstavljaju smetnju u mrežama u kojima se kratkospojenimotori često pokreću i zaustavljaju

Motori sa kratkospojenim rotorom smeju se priključivati na električne mrežesamo sa ograničenom veličinom snage, primenom propisanog načinapokretanja

Prilikom puštanja u rad asinhronog motora, moraju se ispuniti dva uslova:1. polazni moment mora imati vrednost veću od potrebne donje granice2. struja pokretanja mora biti ispod dozvoljene maksimalne vrednosti

Kod asinhronih motora veće snage - za smanjenje jačine struje pripokretanju primenjuju se razna pomoćna sredstva - pokretači motora

Trofazni asinhroni motori male snage do 1,1 kW mogu se puštati u rad bezpomoćnih pokretačkih aparata, mada i oni pri pokretanju mogu povući izmreže struju Imax koja može biti i do 6 puta veća od nominalne struje In

Zbog toga osigurači ovih motora moraju biti za nominalnu jačinu struje In, alisa „usporenim dejstvom", potrebno je da izdržavaju kratkotrajnu, velikujačinu struje Imax pri pokretanju motora, ne prekidajući strujno kolo

Pokretanje kratkopojenih asinhronih motoraPokretanje kratkopojenih asinhronih motoraPokretanje kratkopojenih asinhronih motora

1) Pokretanje prekidačem zvezda - trougao

Pri pokretanju, namotaj statora trofaznog asinhronog motora sakratkospojenim rotorom vezuje se u „zvezdu“ - uzima iz mreže tri putamanju jačinu struje, nego da je vezan u „trougao“

Kada motor razvije nominalanbroj obrta, namotaj statoraprevezuje se u „trougao“ i sa tomvezom motor dalje trajno radi

Vezivanje i prevezivanjenamotaja statora, kao i isključenjemotora sa mreže vrši seprekidačem zvezda-trougao

Nedostatak: u sprezi „zvezda“ moment je tri puta manji od momenta kada jenamotaj statora u sprezi „trougao“

Promenljivi otpornik sastoji se od tri jednaka otpora, vezana ispred tri faznanamotaja statora, a čija veličina se može menjati

2) Pokretanje promenjivim otpornikom

Pri pokretanju motora, da bi se smanjila suviše velika jačina struje, uključujuse celi otpori

Ovaj način pokretanja ima prednost nad prekidačem zvezda - trougao, jer sejačina struje može menjati kontinualno ili sa malim skokovima

Sa porastom broja obrtaja motora, smanjuje se jačina struje, pa se otpori mogupostepeno isključivati, a pri nominalnom broju obrtaja sasvim se isključuju

Nedostaci:- pri pokretanju motor razvija manji obrtni moment, nego pri pokretanju sa

prekidačem zvezda - trougao- u otpornicima se javljaju veliki gubici snage

Primenjuje se ređe i to za motore koji se pokreću sa vrlo malim opterećenjem iza motore koji se ređe zaustavljaju i ponovo pokreću

3) Pokretanje pomoću autotransformatora

Ispred namotaja statora vezuje se trofazni autotransformator, čiji se napon nasekundarnoj strani može regulisati

Pri pokretanju napon se smanjuje na oko 50% vrednosti, a time i jačina strujekoju motor uzima iz mreže, napon se zatim postepeno povećava i na kraju semotor neposredno priključuje na mrežu

Puštanje u rad pod sniženim naponom i praktično bez Džulovih gubitaka

Nedostaci:- pokretanje je moguće samo sa smanjenim momentom- veća cena

Primenjuje se kod kaveznih motora svih snaga, kada se pokreću u praznomhodu ili pod malim opterećenjem

Ideja centrifugalne spojnice je da se motor pokrene u praznom hodu(neopterećen) i kasnije se optereti

4) Pokretanje sa centrifugalnom spojnicom

Centrifugalna spojnica taj zadatak izvršava automatski - počinje da delujekada motor postigne puni broj obrtaja i spaja motor sa mašinom radilicomkoju treba pokrenuti pod punim opterećenjem mirno i ujednačeno

„Udar“ struje je manji i traje kraće

Specijalne konstrukcije kratkospojenih rotora - povećanje omskog otporarotora i smanjenje faznog pomeraja izmedu njegove ems i struje, što utiče napoboljšanje karakteristika pri puštanju motora u rad

Dvokavezni (Bušero)motori

Motori sadubokim žlebovima

5) Pokretanje sa dvostrukim i dubokim žlebovima

Najbolje osobine pokazali su dvokavezni (Bušero) motori i motori sa dubokimžlebovima

Donji provodnik (B) obuhvaćen je većim magnetnim fluksom, njegova ems jeveća, pa je i njegov induktivni otpor veći, što kao rezultat daje vrlo malu strujukoja teče kroz ovaj provodnik, koja je znatno pomerena od ems, pa donji kavezpri pokretanju razvija mali obrtni moment (radni kavez)

Dvostruki kavez ima i dvojaku ulogu:- da smanji polaznu struju- da poveća polazni momet

Gornji provodnik (A) obuhvaćen je manjim magnetnim fluksom, indukovanaems u njemu znatno je manja, izrađen je od materijala većeg specifičnogotpora, polazni moment je veliki (polazni kavez)

Pre uključivanja motora na mrežu, ručice pokretačkog otpornika treba da su upoložaju maksimalnog otpora

Pokretanje motora sa namotanim rotoromPokretanje motora sa namotanim rotoromPokretanje motora sa namotanim rotorom

Veličina polazne struje ograničava sepomoću rotorskog otpornika, čijikrajevi su vezani preko četkica ikliznih prstenova za krajevepojedinih faza rotora, a ostala tri suspojena u zvezdište preko kliznogprstena K

Po uključenju, trokraka ručica se postepeno pomera, čime se u skokovimasmanjuju vrednosti otpora uključenih u pojedine faze

- Moment ne pada ispod nekegranice (M’)

Ako se na vreme i pravilno isključuju pojedine sekcije pokretačkog otpornika,promena momenta u toku pokretanja vrši se po krivoj, koju čine vršni delovipojedinih karakteristika za različite vrednosti pokretačkog otpornika

Ceo tok puštanja u rad, odnosno promena momenta do postizanja nominalnogrežima označen je crvenom linijom

- Polazni moment (s = 1) naprirodnoj (neregulisanoj)karakteristici (5) znatno jemanji od momentaopterećenja (Mt), tako dabez povećanja otpora u kolurotora motor, pod datimopterećenjem, ne bi mogaoda se pokrene

Prednosti asinhronih motora sa kliznim prstenovima:

smanjena struja pokretanja veliki polazni moment (jednak maksimalnom) polazni moment se može po potrebi podešavati moguće podešavanje brzine

Nedostaci, u odnosu na kratkospojene motore:- složenija i skuplja konstrukcija- Džulovi gubici- neizbežno varničenje na kliznim prstenovima (nepogodni za primenu u

eksploziono ugroženim sredinama, gde su u prednosti kratkospojeni motori -jedini motori koji po principu rada ne varniče)

Asinhroni motori sa namotanim rotorom i kliznim prstenovima primenjujuse za sve snage, a naročito za velike i najveće, sa teškim pokretanjem, kadaje potreban veoma veliki polazni moment

Ovakvi motori za visoke napone ne smeju se isključiti iz mreže sa otvorenimnamotajem rotora zbog opasnosti naponskog proboja izolacije

promenom klizanja (promenom napona statora ili otpora u kolu rotora) promenom broja pari polova promenom frekvencije napona napajanja

Promena brzine obrtanja promenom napona statora

Regulacija brzine obrtanja asinhronih motoraRegulacija brzine obrtanja asinhronih motoraRegulacija brzine obrtanja asinhronih motora

Promena brzine obrtanja : rs60

np

fn

Trofazni pretvarač napona (1)izveden pomoću antiparalelnogspoja tiristora koji napaja statorasinhronog motora (2)

Samo za motore malih snaga, ili za motore većih snaga ako ne rade dugo sasniženim brzinama obrtanja

Veliki gubici - veliki deo energije troši se na rotorskim otporima

Dodavanjem otpora u kolu rotora -(3) povećava se prekretno klizanje

Promena omskog otpora rotora - ubacivanjem promenljivog otpornika unjegovo strujno kolo (kod motora sa kliznim prstenovima)

Promena brzine obrtanja promenom otpora u kolu rotora

Povoljnije je rešenje sa impulsnom promenom otpora u kolu rotora:asinhroni motor (1), trofazni dvostrani ispravljač (2) i pretvarač za impulsnouključivanje otpornika otpornosti Rr

Promena brzine obrtanja promenom broja pari polova

Nije moguće obezbediti kontinualnu promenu brzine, vec samo diskretnu,i to za dve do četiri različite brzine

Skoro isključivo se vrši kao istovremena promena napona i frekvencije -skalarna - U/f regulacija

Za tu svrhu koriste se invertori -regulišu napon i frekvenciju namotoru, pri čemu njihov odnosostaje konstantan

Promena brzine obrtanja promenom frekvencije napona napajanja

Mehaničke karakteristike motora za različite frekvencije i konstantan odnos U/f:

Veličina prekretnog momenta praktičnose ne menja, jer je odnos statorskognapona i frekvencije konstantan

Nagib mehaničkih karakteristika nemenja se pri promeni frekvencijestatora, tj. karakteristike setranslatorno pomeraju po apscisnoj osi

Pretvarač za upravljanje trofaznimasinhronim motorima male snage

Serija pretvarača za snagemotora od 5,5 kW do180 kW

Pretvarači koji pokrivaju širok spektarsnaga motora, od 1,1 do 500 kW

Frekventni pretvarači za upravljanje asinhronim motorima: