AC električni motori: dijelovi, vrste, ožičenje i kako rade

Kako AC motor radi

AC motor pretvara električnu energiju izmjenične struje u mehaničku rotacijsku energiju kroz princip elektromagnetske indukcije. Kada se izmjenični napon napajanja primijeni na namote statora, on stvara rotirajuće magnetsko polje (RMF). Brzina kojom se ovo polje vrti naziva se sinkrona brzina , određeno frekvencijom napajanja i brojem parova magnetskih polova u statoru: Ns = 120f / P , gdje f je frekvencija napajanja u Hz i P je broj polova.

U indukcijskom motoru — najčešćem tipu AC motora — rotirajuće magnetsko polje presijeca vodiče rotora i inducira struju unutar njih prema Faradayevom zakonu. Ta inducirana struja proizvodi vlastito magnetsko polje, a interakcija između polja rotora i rotirajućeg polja statora stvara okretni moment koji pokreće rotor da se vrti. Rotor uvijek radi malo sporije od sinkrone brzine; ta se razlika u brzini zove skliznuti , obično 2–8% u standardnim asinkronim motorima. Bez klizanja nema relativnog gibanja između vodiča polja i rotora, ne inducira se struja niti se stvara okretni moment.

U sinkronim izmjeničnim motorima, rotor se umjesto toga pobuđuje istosmjernim poljem ili koristi trajne magnete, blokirajući ga da se okreće točno sinkronom brzinom bez klizanja. Zbog toga su sinkroni motori poželjniji izbor tamo gdje je precizan rad s konstantnom brzinom ključan, kao što su satni mehanizmi, određeni tekstilni strojevi i visokoučinkoviti pogoni s promjenjivom brzinom.

Dijelovi AC motora

Razumijevanje unutarnje arhitekture AC motora pomaže u određivanju prave jedinice, dijagnosticiranju grešaka i planiranju intervala održavanja. Glavne komponente su:

• Stator: Nepomični vanjski sklop koji sadrži laminiranu željeznu jezgru i bakrene namotaje. Jezgra statora izgrađena je od tankih silikonskih čeličnih lamela složenih zajedno kako bi se smanjili gubici vrtložnih struja. Namoti su namotani u utore u jezgri i spojeni na AC napajanje.
• rotor: Rotirajući unutarnji sklop postavljen na izlaznu osovinu. Kod indukcijskih motora s kaveznim kavezom, rotor se sastoji od aluminijskih ili bakrenih vodiča koji su na svakom kraju kratko spojeni krajnjim prstenovima. U motorima s namotanim rotorom, rotor nosi trofazne namote povezane s vanjskim otpornicima preko kliznih prstenova.
• Izlazno vratilo: Čvrsta čelična osovina koja prenosi mehanički moment na pogonski teret. Promjer osovine i dimenzije utora za klin standardizirani su prema IEC ili NEMA specifikacijama veličine okvira.
• Ležajevi: Tipično kuglični ležajevi s dubokim utorima na pogonskom kraju (DE) i nepogonskom kraju (NDE). Ležajevi podnose radijalna i aksijalna opterećenja uzrokovana rotorom i pogonskim opterećenjem i najčešći su zamjenski artikli za održavanje.
• Krajnji štitovi (krajnja zvona): Kućišta od lijevanog željeza ili aluminija koja pokrivaju svaki kraj okvira motora, držeći ležajeve na mjestu i zatvarajući unutarnji sklop.
• Ventilator i poklopac ventilatora: Većina AC motora je TEFC (Totally Enclosed Fan Cooled) dizajna, s vanjskim ventilatorom za hlađenje montiranim na nepogonskom kraju produžetka vratila, okruženim poklopcem ventilatora od prešanog čelika. Ventilator uvlači okolni zrak preko rebara okvira motora kako bi raspršio toplinu.
• Priključna kutija (razvodna kutija): Kućište otporno na vremenske uvjete na okviru motora koje sadrži priključne stezaljke namota (obično označene U1, V1, W1, U2, V2, W2 prema IEC konvenciji). Ovo je mjesto gdje se spajaju opskrbni kabeli i sve poveznice konfiguracije zvijezda/trokut.
• Okvir: Vanjsko strukturno tijelo, obično rebrasto lijevano željezo ili aluminijska slitina, koje pruža mehaničku potporu, djeluje kao hladnjak i nosi montažne noge ili prirubnicu za ugradnju.

Dodatne komponente prisutne u određenim vrstama motora uključuju skliznuti rings and brushes (indukcijski motori s namotanim rotorom), centrifugalne startne sklopke (monofazni kondenzatorski startni motori), i kondenzatori (monofazni radni kondenzator i kondenzatorski start/rad dizajn).

Vrste elektromotora izmjenične struje

AC motori se dijele u dvije primarne obitelji — indukcijske (asinkrone) i sinkrone — svaka s nekoliko podvrsta optimiziranih za različite radne zahtjeve.

Za većinu industrijskih primjena, trofazni kavezni indukcijski motor ostaje zadani izbor. Ne zahtijeva nikakve četke, klizne prstenove ili vanjsku pobudu, što ga čini najnižim troškovima održavanja i najisplativijom opcijom za opterećenja konstantne brzine. Pogoni s promjenjivom frekvencijom (VFD) proširili su svoju upotrebljivost na aplikacije s promjenjivom brzinom koje su prethodno zahtijevale istosmjerne motore ili motore s namotanim rotorom.

Osnove dijagrama ožičenja AC motora

Ispravno ožičenje AC motora ključno je za siguran rad i postizanje ispravnih karakteristika momenta i brzine. Konfiguracija priključne kutije razlikuje se ovisno o vrsti motora i naponu napajanja, ali sljedeće pokriva scenarije koji se najčešće susreću.

Trofazni dvonaponski motori (zvijezda/trokut)

Većina trofaznih indukcijskih motora namotana je za dvije razine napona — obično 230 V/400 V ili 400 V/690 V — a priključna kutija sadrži šest vodiča označenih U1, V1, W1 (počeci namota) i U2, V2, W2 (krajevi namota). Napon napajanja određuje vezu:

• Spoj zvijezda (Y) — viši napon: Povežite U2, V2 i W2 zajedno kako biste formirali neutralnu zvjezdicu. Spojite trofazno napajanje na U1, V1, W1. Svaki namot vidi napon faze prema nuli. Koristi se kada napon napajanja odgovara višem nazivnom naponu motora (npr. napajanje 400 V na motoru od 230/400 V).
• Delta (Δ) spoj — niži napon: Povežite U1 s W2, V1 s U2, W1 s V2, tvoreći zatvorenu petlju. Spojite trofazno napajanje preko svakog para spojenih stezaljki. Svaki namot vidi puni međulinijski napon. Koristi se kada napon napajanja odgovara nižem nazivnom naponu motora (npr. napajanje od 230 V na motoru od 230/400 V).

Star-Delta startanje je uobičajena metoda mekog pokretanja za velike motore: motor počinje u zvijezdi (smanjeni napon na svakom namotu = niža početna struja, obično 1/3 izravnog naleta), a zatim se prebacuje na trokut kada se približi punoj brzini. Ovo smanjuje smetnje u opskrbi, ali također smanjuje startni moment za isti 1/3 faktor, tako da je prikladan samo za aplikacije pokretanja s malim opterećenjem.

Ožičenje jednofaznog motora

Jednofazni izmjenični motori zahtijevaju pomoćni krug pokretanja jer samo jednofazno napajanje ne može proizvesti rotirajuće magnetsko polje. Raspored terminala obično uključuje:

• Stezaljke glavnog namota (M): Spojen izravno preko linije i neutralan.
• Stezaljke za početak namotavanja (S): Spojen paralelno s glavnim namotom, ali u seriji s početnim kondenzatorom. Kondenzator stvara fazni pomak (približno 90°) između struje glavnog i pomoćnog namota, stvarajući rotacijsko polje dovoljno jako da razvije početni moment.
• Centrifugalni prekidač ili PTC relej: Odvaja početni namot kada motor dosegne približno 75–80% sinkrone brzine. Kvar ovog prekidača — ili ostaje otvoren (motor se ne pokreće) ili ostaje zatvoren (početni namot se pregrijava i izgara) — jedan je od najčešćih kvarova jednofaznog motora.

Preokret rotacije motora

Promjena smjera vrtnje trofaznog motora zahtijeva zamjenu bilo koje dvije od tri faze napajanja na stezaljkama motora — na primjer, zamjenu spojeva na U1 i V1. Ovo mijenja smjer rotirajućeg magnetskog polja, a time i rotora. Za jednofazne motore, preokret se postiže zamjenom priključaka početnog namota u odnosu na glavni namot; neki motori imaju namjenske oznake terminala za tu svrhu, dok drugi zahtijevaju unutarnje ponovno spajanje.

Uzemljenje i zaštita od preopterećenja

Svaka instalacija AC motora mora uključivati a zaštitno uzemljenje (PE). spojen na okvir motora, spojen na uzemljenje napajanja na priključnoj kutiji. Osim toga, pravilno ocijenjeno relej toplinskog preopterećenja ili elektronički zaštitni relej motora treba biti instaliran u strujnom krugu napajanja, postavljen na struju punog opterećenja (FLC) motora. Zaštita od preopterećenja primarna je obrana od najčešćeg načina kvara motora: dugotrajne prekomjerne struje od mehaničkog preopterećenja, jednofazne ili ograničene ventilacije koja podiže temperaturu namota iznad granice klase izolacije.