A háromfázisú motor olyan villanymotor, amelyet háromfázisú váltakozó áramú hálózatról való táplálásra terveztek.
Ez egy három tekercses állórészből álló váltakozó áramú gép, amelynek mágneses tere a térben 120°-kal eltolódik, és háromfázisú feszültség hatására forgó mágneses teret képez a gép mágneses áramkörében , és egy forgórész - különböző kialakítású -, amely szigorúan az állórész mező fordulatszámával forog ( szinkron motor ) vagy valamivel lassabban ( aszinkron motor ).
A gépészetben és az iparban legszélesebb körben használt aszinkron háromfázisú villanymotor mókuskalitka-rotor tekercseléssel , más néven "mókuskerék". A "háromfázisú motor" kifejezés általában erre a típusú motorra vonatkozik, és ő az, akit a cikk később ismertet.
A két- és többfázisú motorok működési elvét Nikola Tesla fejlesztette ki és szabadalmaztatta. Dolivo-Dobrovolsky javította az elektromos motor kialakítását, és három fázis használatát javasolta az N. Tesla által használt kettő helyett . A javulás azon alapul, hogy két azonos frekvenciájú, fázisban eltérő szinusz összege összesen egy szinuszost ad, ami lehetővé teszi három vezeték (a negyedik "nulla" vezetékben az áram közel nulla) használatát egy háromfázisú rendszer a négy szükséges vezetékkel szemben egy kétfázisú áramrendszerben. Egy ideig a Dolivo-Dobrovolsky fejlesztését korlátozta a Tesla többfázisú motorokra vonatkozó szabadalma, amelyet addigra sikerült eladnia D. Westinghouse -nak .
Az aszinkron motor az elektromos gépek reverzibilitásának elve szerint motoros és generátoros üzemmódban is működhet. Az indukciós motor bármilyen üzemmódban történő működtetéséhez meddőteljesítmény- forrás szükséges .
Motoros üzemmódban , amikor a motor háromfázisú váltakozó áramú hálózatra csatlakozik, az állórész tekercsében forgó mágneses tér jön létre , amelynek hatására a rövidre zárt forgórész tekercsben áramok indukálódnak, elektromágneses nyomatékot képezve, hogy a forgórészt a tengelye körül forgatja. A forgórész legyőzi a tengely terhelési nyomatékát, és forogni kezd, elérve a szubszinkron fordulatszámot (ez is névleges lesz, figyelembe véve a motor tengelyére ható terhelési nyomatékot).
Generátor üzemmódban egy olyan meddő teljesítményforrás jelenlétében, amely gerjesztési áramlást hoz létre, egy aszinkron gép képes aktív teljesítményt előállítani. A kondenzátor meddő teljesítmény forrásaként szolgálhat.
Indítás - a keletkező állórész mágneses mező vektora egyenletesen forog a hálózati frekvencia osztva az egyes fázisok egyedi tekercseinek számával (a legegyszerűbb esetben egyenként). Így a forgórész bármely szakaszán egy mágneses fluxus halad át, amely időben változik a szinusz mentén. A rotor mágneses fluxusának változása EMF-et generál a tekercseiben. Mivel a tekercsek rövidre zártak és nagy keresztmetszetű vezetőből ("mókuskerék") készülnek, a forgórész tekercseiben az áram jelentős értéket ér el, és mágneses mezőt hoz létre. Mivel a tekercsekben az EMF arányos a mágneses fluxus változásának sebességével (vagyis a szinuszfüggés időbeli deriváltjával - koszinusz), a mókuskerék indukált EMF-jével és ennek megfelelően a kapott mágneses mezővel (vektorral) a forgórész 90 fokkal „elvezeti” az állórészvektort (ha megnézzük az irányvektorokat és forgási irányukat). A mágneses mezők kölcsönhatása a forgórész nyomatékát hozza létre.
Az indító és teljes fékezési üzemmódban a villanymotornak betáplált elektromos energiát a forgórész és az állórész mágnesezettségének megfordítására, valamint a forgórész tekercsében lévő árammal szembeni aktív ellenállásra fordítják. (Egyenértékű a szekunder tekercsben rövidzárlatos leléptető transzformátor működésével).
Alapjárat - a mozgás megkezdése után a forgórész fordulatszámának növekedésével az állórész mágneses mező vektorához viszonyított sebessége csökken. Ennek megfelelően a forgórész (bármely) szakaszán áthaladó mágneses fluxus változási sebessége is csökken, illetve csökken az indukált EMF és a forgórész ebből eredő mágneses momentuma. Ellenállási erők hiányában (ideális üresjárat) a forgórész szögsebessége megegyezik az állórész mágneses mezőjének szögsebességével, a sebességkülönbség, az indukált EMF és a forgórész ebből eredő mágneses tere egyenlő nullával.
Az alapjárati üzemmódban a motorba táplált villamos energia nem fogyasztható (induktív terhelés). Egyenértékű a terhelés nélküli lecsökkentő transzformátor működésével (vagy a mag mentén elhelyezkedő, rövidre zárt szekunder tekercsekkel )
Motor üzemmód - a teljes fékezés és az alapjárat közötti átlag. A hasznos teher és a mechanikai veszteségek nem teszik lehetővé, hogy a forgórész elérje az állórész mágneses mezőjének sebességét, relatív csúszásuk némi EMF-et és a rotor megfelelő mágneses terét indukálja, amely az állórész mezőjével való kölcsönhatása révén kompenzálja a fékezőnyomatékot a tengelyen.
Az indukciós motor mechanikai jellemzője „kemény”, azaz a fordulatszám enyhe csökkenésével a motor nyomatéka nagyon megnő - „megpróbálja fenntartani a névleges sebességet”. Ez jó tulajdonság azoknál a hajtásoknál, amelyek a terheléstől függetlenül megkövetelik az adott sebesség fenntartását (szállítószalagok, rakodók, emelők, ventilátorok).
A motoros üzemmódban a villanymotornak szolgáltatott elektromos áramot (a "cos phi"-val jelölt részt) hasznos munkavégzésre és a motor fűtésére használják fel, a többi induktív terhelésként visszakerül a hálózatba. A "kosinusz phi" a motor terhelésétől függ, alapjáraton nullához közelít. A motor karakterisztikája "koszinusz phi"-t jelez a névleges terheléshez. Ennek az értéknek az egységtől való eltérését elsősorban az állórész és a forgórész közötti légrés mágneses ellenállása határozza meg, ami egyenértékű a transzformátor szivárgási induktivitásával, így igyekeznek csökkenteni a rést; másrészt ez a rés korlátozza a tekercselési áramokat, amikor a forgórész fordulatszáma túllépi az üzemi határokat, például a motor beindításakor.
A generátor üzemmód akkor lép fel, ha a fordulatszám kényszerített növelése az "ideális üresjárat" fölé kerül. A gerjesztő fluxust létrehozó meddő áramforrás jelenlétében a forgórész mágneses tere EMF-et indukál az állórész tekercseiben, és a motor aktív (elektromos) energiaforrássá válik.
Az áramköröknek nincs különösebb előnyük egymáshoz képest, azonban a "csillag" nagyobb lineáris feszültséget igényel, mint a "háromszög" (névleges üzemmódban történő működéshez), és amikor a "háromszöget" generátor üzemmódban bekapcsolják, egy gyűrű parazitaáram lép fel. Ugyanaz a motor könnyen használható mindkét csatlakozással, ezért a háromfázisú motor karakterisztikájában két névleges feszültséget jeleznek egy töredéken keresztül, például 127/220, 230/400 (220/380) vagy 400/690 (380/660) V.
A motor indítóáramának csökkentésének egyik módja a motor indítása a "csillag" séma szerint, majd a "delta" kapcsolás. Ebben az esetben szükséges, hogy a "delta" áramkör névleges tápfeszültsége egyenlő legyen a hálózati feszültséggel. Az általános 400 (380) V-os hálózatokban 400/690 V (380/660) V névleges feszültségű motort kell használni.
A háromfázisú motorok tekercseinek eleje és vége a 2 × 3 sorkapocsra kerül, így:
Bármely háromfázisú motor megfordításához a motort tápláló három fázis közül bármelyik kettőt át kell kapcsolni.
Háromfázisú motor használható egyfázisú hálózatban, de az ilyen működésnek számos korlátozása van. Ebben az esetben a nyomaték és a teljesítmény a névleges teljesítmény 50%-ával csökken [1] . A motor működése ebben az üzemmódban hasonló az egyfázisú motor működéséhez : pulzáló mágneses mező keletkezik benne. Egy ilyen mező nem tud nyomatékot létrehozni egy leállított motorban, ezért az elindításához egy kezdeti forgást kell adni. A legegyszerűbb esetben ezt manuálisan, a rotor elforgatásával lehet megtenni. A rotor elforgatása után a motor önállóan működik.
A motor indításához fázisváltó áramkörre van szüksége, amely kapacitásból, induktivitásból vagy ellenállásból építhető. A kondenzátor leghatékonyabb használata: ebben az esetben a motor úgy működik, mint egy kondenzátor . A kondenzátor használata lehetővé teszi a teljesítményveszteség csökkentését, és a jellemzőinek a névlegeshez való közelítését.
Az egyfázisú kapcsolású motor „csillagban” és „deltában” is összeszerelhető, de akkor működik a leghatékonyabban, ha a hálózati feszültség megegyezik a névleges hálózati feszültséggel. Így egy 230/400 (220/380) V-os motort 230 V-os egyfázisú háztartási hálózatra csatlakoztatva háromszögben kell összeállítani.
A nagyobb teljesítmény egyfázisú hálózatban kétfázisú kondenzátormotorokkal rendelkezik , amelyeket kifejezetten ehhez az üzemmódhoz terveztek.
A háromfázisú motor egyfázisú hálózatra történő csatlakoztatásának alternatív módja az egyfázisú bemenetű frekvenciaváltó használata , amelynek kimenetén háromfázisú feszültség keletkezik. Ennek a módszernek további előnye a motor fordulatszámának frekvenciaszabályozásának lehetősége.
Egyfázisú áramszünet esetén a delta-csatlakozású motor önindítása nem lehetséges. A csillagkapcsolt motor egy fázis áramkimaradása vagy tekercstörés esetén csak akkor indulhat el, ha a nullapont a nullavezetőhöz van kötve, de ilyen bekötés a gyakorlatban nem történik meg.
Ha a motor már forog, tovább működik, de a nyomaték és a teljesítmény ebben az üzemmódban jelentősen csökken. Ha a terhelés nem teszi lehetővé a motor indítását és névleges fordulatszámának fejlesztését, a motor megnövekedett áramot fogyaszt, és rosszabbul hűt (önszellőztetés esetén). Hibás beállítás vagy hőrelé vagy elektronikus védelmi rendszer hiánya esetén a motor meghibásodik (túlmelegedés, szigeteléskárosodás, tekercs rövidzárlat). A fázishiba a háromfázisú gépek idő előtti meghibásodásának egyik leggyakoribb oka.
A motor túlterheléstől, elakadástól és a fázishiba elleni durva védelemtől való megóvására speciális eszközöket használnak: hőrelék , motorokhoz tervezett háromfázisú megszakítók . [2] Ezeknek az eszközöknek van egy olyan mechanizmusa, amely beállítja a kioldási idő-áram karakterisztikát, minden egyes motorhoz külön-külön telepítve és konfigurálva. Lekapcsolják a motort, ha valamelyik fázisban hosszabb ideig túllépik a névleges áramot. [2] . Bizonyos esetekben elektronikus védelmi eszközöket használnak a motor védelmére, mérve az egyes fázisok áramát.
A motorok védelmére a tápfeszültség fázisainak elvesztése és torzulása (feszültségkülönbség) ellen fázisvezérlő reléket használnak , amelyek ezekben az esetekben teljesen lekapcsolják az áramellátást (automatikus vagy kézi további aktiválással) [2] . Motorcsoportonként egy relé beépítése lehetséges. A fázisvezérlő relé funkcióját a motort használó mechanizmusok elektronikus vezérlői hajthatják végre .
| Motorok | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| Lásd még örökmozgó Fogaskerék motor gumi motor | |||||||||||||||||