Szybko znajdź produkt, którego potrzebujesz.
A trójfazowy silnik asynchroniczny to maszyna prądu przemiennego, która zamienia trójfazową energię elektryczną w wirującą moc mechaniczną poprzez indukcję elektromagnetyczną, a nie poprzez bezpośrednie połączenie elektryczne z wirnikiem. W uzwojeniach stojana wytwarzane jest wirujące pole magnetyczne, które indukuje prąd w prętach wirnika, co z kolei generuje moment obrotowy. Prędkość wirnika zawsze podąża za prędkością pola wirującego z niewielkim marginesem zwanym poślizgiem i właśnie dlatego ta maszyna jest również znana jako trójfazowy silnik indukcyjny .
Ponieważ do rozruchu nie potrzeba szczotek, zewnętrznego wzbudzenia wirnika ani kondensatora, trójfazowy silnik asynchroniczny stał się standardem trójfazowy silnik elektryczny dla fabryk, warsztatów i zakładów użyteczności publicznej. Typowy asortyment produktów obejmuje małe jednostki ułamkowe o mocy około 0,09 kW aż do dużych rozmiarów ram o mocy około 375 kW, z opcjami uzwojenia 2, 4, 6 i 8-biegunowymi, obejmującymi wszystko, od szybkich wentylatorów do lekkich obciążeń po wolnoobrotowe przenośniki do dużych obciążeń. Obudowy są zwykle budowane z żeliwa o wysokiej wytrzymałości lub lekkiego stopu aluminium, w połączeniu z izolacją klasy F i stopniem ochrony IP55 w przypadku narażenia na kurz i lekką wodę.
Krótko mówiąc, gdy ktoś szuka Silnik indukcyjny trójfazowy lub trójfazowy silnik prądu przemiennego , prawie zawsze opisują tę samą rodzinę maszyn. Pozostałe sekcje poniżej opisują, jak to działa, z czego jest wykonane, jak czytać tabliczkę znamionową i jak prawidłowo dobrać rozmiar do danego zadania.
Wewnątrz stojana rozmieszczone są trzy oddzielne grupy uzwojeń, oddalone od siebie o 120 stopni elektrycznych. Kiedy przepływa przez nie prąd trójfazowy, połączone pole magnetyczne nie pozostaje stałe w jednym miejscu — wiruje wokół wnętrza otworu stojana z prędkością zwaną prędkością synchroniczną. Prędkość synchroniczna zależy wyłącznie od częstotliwości zasilania i liczby biegunów uzwojonych w stojanie, zgodnie z zależnością Ns = 120 x f/P, gdzie f jest częstotliwością w hercach, a P jest liczbą biegunów.
Pręty wirnika znajdują się wewnątrz tego pola wirującego, ale nie są fizycznie podłączone do źródła zasilania. Gdy pole przechodzi obok wirnika, indukuje napięcie i prąd w prętach wirnika, a ten indukowany prąd wytwarza własne pole magnetyczne. Interakcja między polem stojana a indukowanym polem wirnika wytwarza moment obrotowy, który ciągnie wirnik, ale wirnik nigdy nie jest w stanie całkowicie dogonić pola — gdyby tak było, nie pozostałby żaden ruch względny, który mógłby indukować prąd. Ta różnica prędkości, zwykle stanowiąca niewielki procent prędkości synchronicznej pod normalnym obciążeniem, to poślizg definiujący maszynę asynchroniczną (indukcyjną).
W przeciwieństwie do konstrukcji jednofazowej, trójfazowy silnik asynchroniczny wytwarza rzeczywiście wirujące pole od momentu przyłożenia zasilania, dzięki czemu jest samoczynnie uruchamiający się i nie jest zależny od kondensatora rozruchowego ani uzwojenia pomocniczego. Jest to jeden z powodów, dla których ogólnie preferowany jest trójfazowy silnik indukcyjny, gdy wielkość obciążenia lub cykl pracy przekracza możliwości wygodnej obsługi małej jednostki jednofazowej.
Każdy trójfazowy silnik asynchroniczny jest zbudowany z małego zestawu części, które powtarzają się w różnych rozmiarach ramy, od kompaktowej jednostki w aluminiowej obudowie po duży przemysłowy silnik trójfazowy z żeliwa. Poniższa ilustracja przedstawia główne sekcje, do których odwołują się poniższe opisy.
Uproszczony układ konstrukcyjny typowej ramy trójfazowego silnika asynchronicznego
Stojan to stos cienkich warstw stali krzemowo-stalowej wciśniętych w ramę z żeliwa lub stopu aluminium, z miedzianymi cewkami uzwojenia umieszczonymi w szczelinach wokół wewnętrznego otworu. Stos laminacji ogranicza straty prądów wirowych, a sama rama zapewnia silnikowi wytrzymałość mechaniczną i powierzchnię montażową.
Większość jednostek przemysłowych wykorzystuje wirnik klatkowy, w którym pręty aluminiowe lub miedziane są wlewane do laminowanego rdzenia wirnika i zwierane na obu końcach pierścieniami końcowymi. Konstrukcja ta nie wymaga izolowania uzwojeń ani pierścieni ślizgowych wymagających konserwacji, co jest głównym powodem, dla którego trójfazowy silnik indukcyjny uważa się za łatwy w utrzymaniu przez długi czas.
Zewnętrzny wentylator zamontowany po stronie nienapędowej tłoczy powietrze przez żebrowane żeberka na powierzchni ramy, utrzymując temperaturę uzwojenia w granicach izolacji klasy F. Osłony końcowe utrzymują łożyska na miejscu i utrzymują wirnik wyśrodkowany w otworze stojana, natomiast skrzynka zaciskowa zapewnia szczelne połączenie przychodzących kabli zasilających.
Liczba biegunów jest jedną z pierwszych decyzji, jakie należy podjąć przy porównywaniu trójfazowego silnika elektrycznego dla danego zastosowania, ponieważ ustala podstawową prędkość roboczą przed dodaniem jakiejkolwiek skrzyni biegów lub napędu. Przy zasilaniu o częstotliwości 50 Hz poniżej pokazano prędkość synchroniczną dla liczby wspólnych biegunów.
Prędkość synchroniczna według liczby biegunów przy częstotliwości zasilania 50 Hz
| Liczba Polaków | Prędkość synchroniczna | Typowy obowiązek |
|---|---|---|
| 2-biegunowy | 3000 obr./min | Pompy, wentylatory wysokoobrotowe, sprężarki |
| 4-biegunowy | 1500 obr./min | Obrabiarki ogólne, przenośniki |
| 6-biegunowy | 1000 obr./min | Większe wentylatory, miksery, napędy wolnoobrotowe |
| 8-biegunowy | 750 obr./min | Przekładnia o dużej obciążalności i niskiej prędkości |
Etykiety klas efektywności opisują, ile energii elektrycznej traci silnik w postaci ciepła, a nie konwersji na moc wału. Skala nazewnictwa rozciąga się od IE1 do IE4, a każdy krok reprezentuje dalszą redukcję strat dzięki lepszej laminowaniu stali, grubszym przewodnikom miedzianym i węższym szczelinom powietrznym. An Silnik trójfazowy IE3 znajduje się w paśmie premium tej skali, podczas gdy an Silnik trójfazowy IE4 znajduje się o krok wyżej i jest przeznaczony do zastosowań wymagających pracy ciągłej, w których godziny pracy są na tyle długie, że niższe straty przekładają się na znaczącą redukcję marnowanej energii przez cały okres eksploatacji maszyny.
Przykładowe porównanie względnego postępu efektywności w klasach; rzeczywiste wartości różnią się w zależności od mocy wyjściowej i liczby biegunów
W praktyce wymagana klasa zależy od schematu biegania. Silnik pracujący tylko kilka godzin w tygodniu zwykle nie uzasadnia poszukiwania najwyższej dostępnej klasy, podczas gdy silnik pracujący nieprzerwanie w linii wentylatora, pompy lub sprężarki jest mocnym kandydatem do zakresu IE3 lub IE4, ponieważ skumulowane godziny zwiększają nawet niewielką procentową różnicę strat.
Sprawność i współczynnik mocy trójfazowego silnika indukcyjnego nie są liczbami stałymi; poruszają się wraz z obciążeniem silnika w stosunku do jego mocy znamionowej. Ogólny kształt tej zależności jest spójny w całej rodzinie produktów, mimo że dokładne wartości zmieniają się wraz z rozmiarem ramy.
Typowy kształt krzywej wydajności w funkcji procentowego obciążenia mocy znamionowej
Sprawność zazwyczaj rośnie szybko, gdy obciążenie wzrasta od lekkiego obciążenia częściowego, osiąga szeroki szczyt gdzieś pomiędzy około siedemdziesięcioma pięcioma a stu procentami mocy znamionowej, a następnie nieznacznie spada pod przeciążeniem. Dlatego też dobór silnika tak, aby pracował w pobliżu jego wartości znamionowej, a nie przy dużym niedociążeniu, zwykle zapewnia stabilniejszą wydajność i współczynnik mocy przez całą zmianę.
Materiał ramy wpływa na wagę, odprowadzanie ciepła i sztywność montażu. Zarówno obudowy z żeliwa, jak i ze stopu aluminium są nadal powszechne na rynku przemysłowych silników trójfazowych, a właściwy wybór zwykle sprowadza się do równowagi pomiędzy masą a masą termiczną, jakiej wymaga dana instalacja.
| Atrybut | Obudowa żeliwna | Obudowa ze stopu aluminium |
|---|---|---|
| Waga względna | Cięższy | Zapalniczka |
| Rozpraszanie ciepła | Wysoka masa termiczna | Szybsze chłodzenie powierzchni |
| Typowy zakres ram | Średnie i duże rozmiary ramek | Rozmiary ramek od małych do średnich |
| Wspólne ustawienie | Ciągła ciężka praca przemysłowa | Sprzęt ogólnego przeznaczenia i mobilny |
Niezależnie od materiału obudowy, sam system uzwojeń jest zwykle zbudowany w oparciu o izolację klasy F, co zapewnia margines przed wzrostem temperatury podczas rozruchu i krótkotrwałego przeciążenia, natomiast stopień ochrony IP55 chroni wewnętrzne uzwojenia przed kurzem i strumieniami wody w warsztacie i na zewnątrz.
Wielu nabywców poszukujących trójfazowego silnika asynchronicznego w rzeczywistości porównuje go z jednofazową alternatywą dla zastosowań granicznych. Poniższe porównanie radarów zestawia sześć praktycznych atrybutów obok siebie.
Niebieski obszar przedstawia trójfazowy silnik asynchroniczny, pomarańczowy obszar przedstawia porównywalny silnik jednofazowy, w ilustracyjnej skali względnej
Ponieważ trójfazowy silnik asynchroniczny zaczyna się od prawdziwego pola wirującego, zwykle zapewnia większy moment rozruchowy na jednostkę rozmiaru ramy, a także stabilniejszą wydajność pracy przy obciążeniu znamionowym. Silnik jednofazowy może w dalszym ciągu nadawać się do lekkich narzędzi domowych lub małych warsztatów, gdzie nie jest dostępne zasilanie trójfazowe, ale gdy obciążenie, cykl pracy lub zapotrzebowanie na moment obrotowy wzrosną, trójfazowy silnik prądu przemiennego jest ogólnie bardziej praktyczną opcją do ciągłej pracy przemysłowej.
Połączenie szerokiego zakresu mocy, opcji wielu biegunów i wytrzymałej konstrukcji sprawia, że trójfazowy silnik indukcyjny sprawdza się w tak szerokiej gamie typów urządzeń.
W przypadku maszyn produkcyjnych, energetycznych, górniczych, budowlanych, tekstylnych, drukarskich i portowych podstawowe wymagania są w dużej mierze takie same: niezawodny przemysłowy silnik trójfazowy, który może pracować przez długie okresy czasu z przewidywalnymi potrzebami konserwacyjnymi, a nie z częstymi nieplanowanymi przestojami.
Niektóre aplikacje wymagają więcej niż jednej stałej prędkości z pojedynczej klatki. Uzwojenia o wielostopniowej prędkości umożliwiają ponowne podłączenie silnika pomiędzy dwoma lub większą liczbą biegunów, zapewniając zgrubny, ale niezawodny sposób zmiany prędkości bez oddzielnego napędu o zmiennej częstotliwości.
Tam, gdzie ładunek musi szybko się zatrzymać i utrzymać pozycję, np. na podnośnikach lub stołach indeksujących, zintegrowany hamulec elektromagnetyczny zaciska wał w momencie odłączenia zasilania, skracając czas wybiegu i poprawiając dokładność pozycjonowania.
Połączenie trójfazowego silnika asynchronicznego z napędem o zmiennej częstotliwości umożliwia płynną regulację prędkości w szerokim zakresie, co jest powszechne w przypadku wentylatorów, pomp i przenośników, gdzie przepływ lub przepustowość musi śledzić zmieniające się zapotrzebowanie procesu, a nie pracować z jedną stałą prędkością.
W przypadku górnictwa węgla kamiennego, instalacji petrochemicznych i innych instalacji w strefach niebezpiecznych obudowy przeciwwybuchowe zawierają wewnętrzne wyładowania łukowe lub iskry, więc nie mogą spowodować zapalenia otaczającego palnego gazu lub pyłu, umożliwiając bezpieczną pracę trójfazowego silnika elektrycznego w strefach, w których standardowa otwarta obudowa nie byłaby odpowiednia.
Przestrzeganie poniższej kolejności zazwyczaj szybko zawęża pole, niezależnie od tego, czy celem jest mała jednostka w aluminiowej obudowie, czy duży przemysłowy silnik trójfazowy z żeliwa.
Prosty wzór początkowy dla mocy trójfazowej to P (kW) = (pierwiastek trzy x V x I x współczynnik mocy x sprawność) / 1000, przy użyciu napięcia sieciowego V i prądu sieciowego I. W przypadku znanego obciążenia mechanicznego moc na wale w kW można również oszacować na podstawie momentu obrotowego i prędkości jako P = (moment obrotowy w Nm x prędkość w obr./min) / 9550, a następnie zaokrąglić w górę do następnej standardowej wartości znamionowej ramy z rozsądnym marginesem początkowym.
Moc i kilowaty opisują tę samą moc wyjściową w różnych jednostkach, w odniesieniu do około 1 KM = 0,746 kW. Zamiast wybierać dane dotyczące mocy w oderwaniu, warto cofnąć się w oparciu o dane producenta napędzanego sprzętu lub zmierzony prąd roboczy, ponieważ zbyt mały silnik będzie się nagrzewał pod normalnym obciążeniem, podczas gdy ponadwymiarowy będzie dźwigał niepotrzebną masę i niższy współczynnik mocy roboczej przy częściowym obciążeniu.
Trójfazowy silnik indukcyjny jest mechanicznie prosty, ale krótka procedura nadal znacznie ułatwia przewidywalność godzin pracy.
Przestrzeganie takiego prostego harmonogramu znacznie wydłuża praktyczną żywotność trójfazowego silnika prądu przemiennego w porównaniu z reagowaniem dopiero po pojawieniu się usterki.
Pytanie 1. Co to jest trójfazowy silnik asynchronicznyJest to silnik prądu przemiennego, który wykorzystuje wirujące pole magnetyczne w stojanie do indukowania prądu w wirniku, wytwarzając moment obrotowy bez bezpośredniego połączenia elektrycznego z samym wirnikiem. | Pytanie 2. Jak działa trójfazowy silnik indukcyjnyPrąd trójfazowy w uzwojeniach stojana wytwarza pole wirujące; pole to indukuje prąd w prętach wirnika, a interakcja między dwoma polami obraca wał. |
Pytanie 3. Jaka jest różnica między silnikiem asynchronicznym a silnikiem indukcyjnymOpisują tę samą maszynę. Asynchroniczny odnosi się do prędkości wirnika opóźnionej w stosunku do prędkości pola, natomiast indukcja odnosi się do sposobu, w jaki prąd dociera do wirnika poprzez indukcję, a nie bezpośrednie połączenie. | Pytanie 4. Jakie są zalety trójfazowego silnika indukcyjnegoProsta konstrukcja klatkowa, samoczynny rozruch bez kondensatora, stała prędkość pracy przy zmiennym obciążeniu i szeroki dostępny zakres mocy od ułamkowych kilowatów do setek kilowatów. |
Pytanie 5. Do czego służą silniki trójfazoweWentylatory, pompy, sprężarki, przenośniki, obrabiarki i ogólny sprzęt przemysłowy w zastosowaniach produkcyjnych, energetycznych, górniczych, tekstylnych i obsługi portów. | Pytanie 6. Jak wybrać trójfazowy silnik indukcyjnyRozpocznij od rodzaju napędzanego obciążenia i wymaganej prędkości, rozmiaru mocy na wale z marginesem początkowym, a następnie dopasuj liczbę biegunów, obudowę i stopień ochrony do środowiska instalacji. |
Pytanie 7. Jak obliczyć potrzebną wielkość silnikaOszacuj moc na wale na podstawie momentu obciążenia i prędkości, stosując P równe momentowi obrotowemu razy prędkość podzielone przez 9550, a następnie zaokrąglij w górę do najbliższej standardowej wartości znamionowej ramy z rozsądnym marginesem. | Pytanie 8. Jak wybrać moc silnikaOpierając się na rzeczywistym zapotrzebowaniu na moc napędzanego sprzętu, zamiast zgadywać, przeliczenie mocy na kilowaty przy użyciu około 1 KM równa się 0,746 kW. |
Pytanie 9. Ile biegunów powinien mieć mój silnikWybierz liczbę biegunów, której prędkość synchroniczna jest najbliższa żądanej prędkości wyjściowej, ponieważ zazwyczaj zmniejsza to rozmiar wymaganej dodatkowej przekładni lub redukcji koła pasowego. | Pytanie 10. Jakiej konserwacji wymaga silnik trójfazowyRutynowe zwracanie uwagi na przepływ powietrza chłodzącego, smarowanie łożysk, poziom wibracji i połączenia w skrzynce zaciskowej to większość czynników zapewniających niezawodną pracę urządzenia przez długi czas. |
