1. Асинхронни двигатели (АД)Асинхронните двигатели са най-прости като конструкция от всички класически двигатели използвани днес, също така са и най-разпространени ако става дума за задвижване на голям механичен товар. Работят на принципа на взаимодействието на 2 въртящи се магнитни полета - индуциращо в статора и индуцирано в ротора. Индуцираното поле определя ъгловата скорост на ротора. Винаги индуцираното е с по-малка ъглова скорост от индуциращото. Съществува термина хлъзгане, който представлява разликата в ъгловите скорости между двете полета.
Разделят се на 3 основни вида:
Асинхронен двигател с кафезен (или още наречен накъсо съединен ротор)
Асинхронен двигател с накъсо съединена намотка.
Асинхронен двигател с навит ротор.
Асинхронен двигател с накъсо съединена намоткаДвигателят е променливотоков еднофазен.
Разпространен във всички днешни вентилатори, задвижвани на фазово напрежение. В абсорбаторите например и т.н.
Роторът му е накъсо съединен (кафезен), а в статора си има накъсо съединена намотка, която служи да осигури поне някакво наличие на въртящ момент. Двигателят е с много ниско
КПД (под 60%), с високо хлъзгане, с ниска мощност и има ограничена употреба в посочените по-горе приложения.
Асинхронен двигател с кафезен роторДвигателят е променливотоков трифазен или еднофазен.
Има много добро
КПД (около 90-95%), но зависи и от самата машина и как е центрована от фабриката.
Този двигател е изключително разпространен, използва се в доста МПС-та. Прочетох в друга тема, че проекта на ВТУ "Тодор Каблешков" в техният електромобил е с точно такъв двигател, също така и новият електромобил "Тесла Роудстър" също е с такъв двигател. Там имат доста свършена електроника, която осигурява доста въртящ момент още от самото тръгване на двигателя. Двигателя във варианта си захранван на линейно напрежение е възможно най-простия от всички останали двигатели. Единствените му триещи части са 2-та лагера от 2-та края на ротора.
Изключително здрави и 'дълговечни' са ако се използват разумно и в границите на параметрите си.
Аз лично съм виждал двигатели на по 50 години, които още работят и то на тежък 24-сов режим на работа. Такава ми е професията, занимавам се с електрически товароподемни съоръжения и там 99% всичко е на такива двигатели, заради голямата си поносимост на товар, голям въртящ момент и здравина.
Двигателят има 3 намотки в статора си, изведени в кутия на мотора със 6 извода /по-късно ще обясня за какво са/.
Роторът е накъсо съединен /кафезен/. Това значи, че е отлян от сплави и всичко в него е вързано накъсо, но по определен начин, който няма нужда да описвам. Двигателя в английския език се нарича 'индукционен двигател' и именно в това се крие начина му на работа. Двигателя работи като от 3-фазното променливо магнитно поле на статора се индуктира ток променлив ток в ротора, който протича на късо, съответни той прави собствено променливо магнитно поле и от взаимодействието на 2-те полета се получава въртящ момент. Полето в статора на мотора е кръгово, защото 3-те му фази са на 120° дефазирани една от друга и се движат по крива sin .. Тук вече си има математики и електротехники за да обясняват в повече подробности. Оборотите на синхронното магнитно поле създавано от статора /нарича се синхронно, защото се върти с една и съща скорост при линейното напрежение/ зависят от честотата на захранването, номиналното за България, както и за голяма част от света - 50 Hz и от броя на чифтовете полюси на намотките... Формулата е: 60 f /2p .. f - честотата, 2р - броя на
чифтовете полюси, което значи от своя страна: за двигател с 1 чифт полюси - 3000 мин-1; за 2 чифта - 1500 мин-1; за 4 чифта - 750 мин. Въртящия момент на машината е пряко свързана с тези брой на чифтовете полюси. При повишаване на чифтовете се печели въртящ момент, съответно падат оборотите, същото нещо може да се направи и редуктор след вала, но това спестява една механика... Колкото по-малко компоненти имаме, толкова по-малко са загубите.
Двигателят може да се контролира чрез честотни инвертори (и се използва все по-често), още наречени
PWM (Pulse Width Modulation), като индуктивността на намотките играе роля на филтър за носещата на PWM сигнала и върху тях остава само чистият синус.
Важно е да се знае, че различните по мощност машини ще работят на различни PWM честоти (заради различните индуктивности на намотките им). Честотата на модулация на един асинхронен двигател задвижващ автомобил е в порядъка на 4 до 10 kHz. По този начин, чрез инвертор се симулира трифазен променлив ток с демодулирана честота от около 10 Hz като старт за машината до 50 Hz номиналните за мрежата, чрез източник на постоянно напрежение /акумулатори/. Двигателите проектирани да работят на 50 Hz трудно се пускат на по-големи честоти с идеята да се повишат оборотите, опасно е, горят лесно. Този двигател на тези по-ниски честоти е по-малко ефективен, дори и с инвертор, защото при малка работна демодулирана честота индукцията от статора към ротора намалява заради конструкцията на двигателя. Примери .. При прав ток няма никаква индукция, при мрежовото напрежение е една индукция, а например във вашите импулсни захранвания в компютрите е много голяма, защото там има трансформатор работещ на десетки килохерци и затова е толкова леко, защото трансформатора е малък. Ако отворите стар компютър - Правец например, ще видите вътре огромен и тежък траф.. Същото е при телевизорите и т.н... Индукцията зависи от честотата, по-точно от нарастването на тока за единица време ∆i / ∆t. i - ток в даден момент, t - интервал време. Ето защо този мотор е по-труден за регулация на обороти и е заменен в МПС-тата с по-новия тип BLDC, който работи на същия принцип, но има ротор от постоянни магнити и не зависи от индукцията! При постоянно използване на АД при ниски обороти се нуждае от външен вентилатор, захранван от отделен двигател, защото при тези ниски обороти перката не го охлажда достатъчно. Иска ми се да видя плановете на инженерите за "Тесла Роудстър"-а .. И как са решили там проблема с много ниските обороти!
Ето графика на PWM:
Зелената графика е реалната синус фаза, а от долу в лилаво са импулсите, подавани от електрониката. Както виждате, импулсите са от DC източник, но характеристиките на бобината като филтриращ елемент апроксимират тока до синус форма впоследствие.
Асинхронен двигател с навит ротор Този двигател не се различава в статора си по нищо от АД с кафезен ротор.
Разликата в ротора е ясна - този двигател има навит с проводници ротор с изведени изводи чрез пръстени /няма колектор, а само пръстеновидни гривни/. Това се прави с цел регулация на оборотите в някаква степен. Метода и самия двигател отдавна не се използват, отживелица са.
Когато съединиш накъсо изводите на ротора, получаваш същия двигател като АД с кафезен ротор, но принципно се използва този ротор с вързани в серия огромни резистори със съпротивление от порядъка на няколко Ома и по този начин контролират тока в ротора, по-малко ток значи по-малко магнитно поле и => По-малко въртящ момент и обороти на ротора. Този двигател има същото
КПД като при Кафезния ако ротора е вързан на късо и по-малко от него, ако кафеза е вързан през резистори. Естествено има някакво триене по четките с някаква минимална загуба, освен това, използването на резистори е загуба, защото те превръщат електрическата енергия в топлинна.
Реалните обороти на един АД на празен ход изостават малко от синхронното въртящо магнитно поле.. Около 7-8 % от номиналните за полето и съответно когато го натовариш механично падат още, но не в голяма степен при претоварване двигателя спира много лесно и тогава тока в статора се покачва 7 до 9 пъти от номиналния, това се нарича режим на късо.
Например един АД със синхронни 3000 мин-1, има около 2850 мин-1 реални оборота на празен ход.
Още няколко думи за обща култура за АД.
Монофазните имат по-малко
КПД и ограничен въртящ момент, защото при тях няма кръгово статорно магнитно поле както при трифазния, а полето се получава елипсовидно и с помощта на кондензатор, който дефазира самата фаза на малко под 90°/90° и повече е невъзможно математически да се постигне, заради ограничението на кондензатора/, въпреки това доста се използват в машините, които работят на фазово напрежение. Например в пералните машини до преди няколко години.
Самите двигатели се делят на такива със стартова /пускова/ дефазирана намотка и с постоянно включена /работна/. При първия тип двигател, след като се развърти и намотката се изключва, двигателя остава да работи на въртящо се магнитно поле.
