IT
USA
DE
FR
ES
PL
IT
EN
USA
DE
ZH
ES
FR
PT
JP
RU
AR
KR
RO
VN
HE
TR
CS
HR
DA
FI
EL
NL
SR
SK
SV
HU
ODWIEDŹ NASZ KANAŁ YOUTUBE
Czym jest i jak działa SILNIK ASYNCHRONICZNY TRÓJFAZOWY - Obracające się pole magnetyczne
Czym jest i jak działa SILNIK ASYNCHRONICZNY TRÓJFAZOWY - Obracające się pole magnetyczne
Silnik asynchroniczny trójfazowy lub silnik indukcyjny to silnik elektryczny na prąd przemienny, w którym prędkość kątowa wirnika jest mniejsza niż prędkość obrotowa pola magnetycznego generowanego przez uzwojenia stojana.
Już w 1885 roku Włoch Galileo Ferraris udowodnił, że dwie nieruchome, ortogonalne cewki, przez które przepływają prądy przemienne o tej samej częstotliwości i przesunięciu fazowym o 90°, generują wirujące pole magnetyczne, publikując w 1888 roku wyniki swoich eksperymentów.
Jednak to jesienią 1887 roku serbski fizyk Nikola Tesla, po zintensyfikowaniu prac inżynieryjnych nad silnikiem indukcyjnym, złożył wnioski patentowe dotyczące swojego rozwiązania.
Silniki asynchroniczne trójfazowe można uznać za jedne z najbardziej niezawodnych maszyn elektrycznych, ponieważ działają przez wiele lat przy bardzo ograniczonej konserwacji.
W tym filmie zobaczymy szczegółowo jego działanie, rozbierzemy rzeczywisty silnik indukcyjny i odkryjemy, gdzie jest najczęściej używany.
Jaes, działająca od ponad 10 lat w branży dostaw przemysłowych, oferuje w swoim katalogu każdą wersję silnika asynchronicznego od czołowych producentów.
Obecnie około 90% silników przemysłowych to silniki asynchroniczne.
Przyjrzyjmy się teraz szczegółowo mechanizmowi działania tych silników.
Silnik indukcyjny składa się z dwóch głównych części: stojana i wirnika.
Stojan to zasadniczo uzwojenie z trzech cewek zasilanych trójfazowym prądem przemiennym.
Każde uzwojenie przechodzi przez szczeliny stojana, które są wykonane przez ułożenie cienkich blach stalowych o wysokiej przenikalności magnetycznej wewnątrz struktury stalowej lub żeliwnej.
Przepływ prądu trójfazowego przez te uzwojenia powoduje powstanie zjawiska, które Galileo Ferraris odkrył już w 1885 roku, czyli wirującego pola magnetycznego.
To właśnie wirujące pole magnetyczne (ang. RMF – Rotating Magnetic Field) powoduje obrót wirnika.
Aby zrozumieć, jak generowane jest wirujące pole magnetyczne i jakie są jego właściwości, weźmy jako przykład uproszczoną wersję uzwojenia stojana.
Uzwojenie to składa się z trzech cewek rozmieszczonych pod kątem 120 stopni względem siebie.
Przewód, przez który przepływa prąd elektryczny, generuje wokół siebie pole magnetyczne.
Gdy napięcie trójfazowe zostanie przyłożone do tego specjalnego układu cewek, w danej chwili zostanie wygenerowane pole magnetyczne, jak pokazano.
Podążając za zmianami prądu przemiennego, pole magnetyczne przyjmie różne orientacje i moduł.
Porównując te trzy przypadki, możemy zauważyć, że wyglądają one jak sekwencja obrotu jednorodnego pola magnetycznego.
Prędkość obrotu pola magnetycznego jest znana jako "prędkość synchroniczna".
Załóżmy teraz, że umieścimy zamknięty przewodnik w wirującym polu magnetycznym;
zgodnie z prawem Faradaya, ponieważ mamy zmienne pole elektromagnetyczne w obwodzie zamkniętym, w przewodniku zostanie wygenerowany prąd indukowany. Możemy więc powiedzieć, że wirujące pole magnetyczne wyindukuje prąd w pętli.
W ten sposób otrzymujemy sytuację, w której pierścień pod wpływem prądu indukowanego znajduje się w polu magnetycznym.
Jak mogliśmy zaobserwować w naszym eksperymencie dotyczącym demonstracji siły Lorentza, cyna przewodząca prąd elektryczny i zanurzona w polu magnetycznym podlegała sile prostopadłej do ruchu ładunków, co powodowało jej obrót.
Podobnie, w tym przypadku na pierścień zostanie wywierona siła elektromagnetyczna, a połączony z nim wirnik zacznie się obracać.
Ten sam fenomen zachodzi również wewnątrz silnika indukcyjnego.
Tutaj zamiast prostej pętli używany jest wirnik klatkowy (tzw. klatka squirrel cage).
Podobnie jak wcześniej, trójfazowy prąd przemienny przechodzący przez stojan wytwarza wirujące pole magnetyczne.
Tak jak w poprzednim przypadku, prąd zostanie indukowany w prętach wirnika klatkowego, które są zwierane przez pierścienie końcowe, umożliwiając obrót wirnika.
Dlatego ten silnik nazywany jest „silnikiem indukcyjnym”.
Elektryczność jest indukowana w wirniku dzięki indukcji elektromagnetycznej, a NIE przez bezpośrednie połączenie elektryczne.
Aby ułatwić taką indukcję elektromagnetyczną, w wirniku znajdują się warstwy blach stalowych.
Te cienkie blachy z materiału ferromagnetycznego wspomagają indukcję magnetyczną, minimalizując prądy wirowe.
Możemy zauważyć, że silnik indukcyjny ma dużą zaletę: jest samoczynnie uruchamiany, co oznacza, że automatycznie dostosowuje swoją prędkość i moment obrotowy, aby zrównoważyć moment oporowy przyłożony do wału silnika, zapewniając stabilną pracę.
Już w 1885 roku Włoch Galileo Ferraris udowodnił, że dwie nieruchome, ortogonalne cewki, przez które przepływają prądy przemienne o tej samej częstotliwości i przesunięciu fazowym o 90°, generują wirujące pole magnetyczne, publikując w 1888 roku wyniki swoich eksperymentów.
Jednak to jesienią 1887 roku serbski fizyk Nikola Tesla, po zintensyfikowaniu prac inżynieryjnych nad silnikiem indukcyjnym, złożył wnioski patentowe dotyczące swojego rozwiązania.
Silniki asynchroniczne trójfazowe można uznać za jedne z najbardziej niezawodnych maszyn elektrycznych, ponieważ działają przez wiele lat przy bardzo ograniczonej konserwacji.
W tym filmie zobaczymy szczegółowo jego działanie, rozbierzemy rzeczywisty silnik indukcyjny i odkryjemy, gdzie jest najczęściej używany.
Jaes, działająca od ponad 10 lat w branży dostaw przemysłowych, oferuje w swoim katalogu każdą wersję silnika asynchronicznego od czołowych producentów.
Obecnie około 90% silników przemysłowych to silniki asynchroniczne.
Przyjrzyjmy się teraz szczegółowo mechanizmowi działania tych silników.
Silnik indukcyjny składa się z dwóch głównych części: stojana i wirnika.
Stojan to zasadniczo uzwojenie z trzech cewek zasilanych trójfazowym prądem przemiennym.
Każde uzwojenie przechodzi przez szczeliny stojana, które są wykonane przez ułożenie cienkich blach stalowych o wysokiej przenikalności magnetycznej wewnątrz struktury stalowej lub żeliwnej.
Przepływ prądu trójfazowego przez te uzwojenia powoduje powstanie zjawiska, które Galileo Ferraris odkrył już w 1885 roku, czyli wirującego pola magnetycznego.
To właśnie wirujące pole magnetyczne (ang. RMF – Rotating Magnetic Field) powoduje obrót wirnika.
Aby zrozumieć, jak generowane jest wirujące pole magnetyczne i jakie są jego właściwości, weźmy jako przykład uproszczoną wersję uzwojenia stojana.
Uzwojenie to składa się z trzech cewek rozmieszczonych pod kątem 120 stopni względem siebie.
Przewód, przez który przepływa prąd elektryczny, generuje wokół siebie pole magnetyczne.
Gdy napięcie trójfazowe zostanie przyłożone do tego specjalnego układu cewek, w danej chwili zostanie wygenerowane pole magnetyczne, jak pokazano.
Podążając za zmianami prądu przemiennego, pole magnetyczne przyjmie różne orientacje i moduł.
Porównując te trzy przypadki, możemy zauważyć, że wyglądają one jak sekwencja obrotu jednorodnego pola magnetycznego.
Prędkość obrotu pola magnetycznego jest znana jako "prędkość synchroniczna".
Załóżmy teraz, że umieścimy zamknięty przewodnik w wirującym polu magnetycznym;
zgodnie z prawem Faradaya, ponieważ mamy zmienne pole elektromagnetyczne w obwodzie zamkniętym, w przewodniku zostanie wygenerowany prąd indukowany. Możemy więc powiedzieć, że wirujące pole magnetyczne wyindukuje prąd w pętli.
W ten sposób otrzymujemy sytuację, w której pierścień pod wpływem prądu indukowanego znajduje się w polu magnetycznym.
Jak mogliśmy zaobserwować w naszym eksperymencie dotyczącym demonstracji siły Lorentza, cyna przewodząca prąd elektryczny i zanurzona w polu magnetycznym podlegała sile prostopadłej do ruchu ładunków, co powodowało jej obrót.
Podobnie, w tym przypadku na pierścień zostanie wywierona siła elektromagnetyczna, a połączony z nim wirnik zacznie się obracać.
Ten sam fenomen zachodzi również wewnątrz silnika indukcyjnego.
Tutaj zamiast prostej pętli używany jest wirnik klatkowy (tzw. klatka squirrel cage).
Podobnie jak wcześniej, trójfazowy prąd przemienny przechodzący przez stojan wytwarza wirujące pole magnetyczne.
Tak jak w poprzednim przypadku, prąd zostanie indukowany w prętach wirnika klatkowego, które są zwierane przez pierścienie końcowe, umożliwiając obrót wirnika.
Dlatego ten silnik nazywany jest „silnikiem indukcyjnym”.
Elektryczność jest indukowana w wirniku dzięki indukcji elektromagnetycznej, a NIE przez bezpośrednie połączenie elektryczne.
Aby ułatwić taką indukcję elektromagnetyczną, w wirniku znajdują się warstwy blach stalowych.
Te cienkie blachy z materiału ferromagnetycznego wspomagają indukcję magnetyczną, minimalizując prądy wirowe.
Możemy zauważyć, że silnik indukcyjny ma dużą zaletę: jest samoczynnie uruchamiany, co oznacza, że automatycznie dostosowuje swoją prędkość i moment obrotowy, aby zrównoważyć moment oporowy przyłożony do wału silnika, zapewniając stabilną pracę.
Na tej animacji widzimy, że zarówno pole magnetyczne, jak i wirnik się obracają, ale z jaką prędkością będzie się obracał wirnik?
Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy rozważyć kilka przypadków.
Rozważmy przypadek, w którym prędkość wirnika jest równa prędkości pola magnetycznego.
Ponieważ pole magnetyczne i uzwojenia wirnika obracają się z tą samą prędkością, pole magnetyczne nie przecina uzwojeń, a siła Lorentza jest równa zeru.
Skutkuje to zerowym momentem obrotowym na pręcie wirnika i wirnik zacznie zwalniać.
W miarę zwalniania pole magnetyczne zacznie przecinać uzwojenia, a więc prąd i siła indukowana ponownie wzrosną.
Wirnik zatem przyspieszy.
W skrócie, wirnik nigdy nie osiągnie prędkości pola magnetycznego.
Obraca się z prędkością nieco mniejszą od prędkości synchronicznej.
Różnica między prędkością synchroniczną a prędkością wirnika jest znana jako: Prędkość poślizgu.
Teraz rozumiemy, dlaczego silniki indukcyjne są tak szeroko stosowane zarówno w przemyśle, jak i w gospodarstwach domowych.
Możemy również zauważyć, że silniki indukcyjne nie mają stałego magnesu.
Nie mają też szczotek, pierścieni komutacyjnych ani czujników położenia, jak inne typy maszyn elektrycznych.
Silniki indukcyjne są całkowicie autonomiczne.
Ich największą zaletą jest to, że ich prędkość można łatwo regulować, kontrolując częstotliwość napięcia zasilania.
Aby lepiej to wyjaśnić, ponownie rozważmy uproszczoną wersję uzwojenia stojana.
Już wiemy, że wirujące pole magnetyczne jest generowane przez napięcie trójfazowe na wejściu.
Jest więc jasne, że prędkość wirującego pola magnetycznego jest proporcjonalna do częstotliwości zasilania elektrycznego.
Ponieważ wirnik zawsze stara się wyrównać do pola magnetycznego, prędkość wirnika jest również proporcjonalna do częstotliwości napięcia przemiennego.
Dlatego, stosując przetwornicę częstotliwości, można bardzo łatwo kontrolować prędkość silnika indukcyjnego.
Rozbierzmy teraz rzeczywisty silnik indukcyjny.
Jak widzimy, jego zewnętrzna powierzchnia jest żeberkowana, a do wału silnika jest przymocowany wentylator chłodzący, który dzięki kształtowi osłony wentylatora kieruje powietrze na żebra, co ułatwia odprowadzanie ciepła wytwarzanego przez silnik podczas pracy.
W górnej części znajduje się osłona listwy zaciskowej, w której znajdują się zaciski do podłączenia przewodów zasilających, które mogą być połączone w układ trójfazowy w gwiazdę lub w trójkąt, w zależności od potrzeb.
Po usunięciu osłon możemy wyjąć wał silnika i wirnik z obudowy.
W stojanie, który generuje wirujące pole magnetyczne, możemy zauważyć uzwojenia miedziane, które są oddzielone od siebie kanałami z cienkich blach ferromagnetycznych. Elementy plastikowe izolują elektrycznie cewki, aby zapobiec zwarciom.
W wirniku, w którym indukowane jest wirujące pole magnetyczne, możemy wyraźnie zobaczyć prawie poziome linie, które tworzą klatkę wirnika, oraz pionowe linie utworzone przez warstwy blach.
Możemy również dostrzec łożyska, które, dociskając wał do osłon, pozwalają wirnikowi pozostawać dokładnie w centrum uzwojenia stojana i obracać się z minimalnym tarciem.
Stojan i wirnik są oddzielone od siebie zaledwie o kilka dziesiątych milimetra, aby siły przyciągania były jak najbardziej efektywne.
Dzięki swoim właściwościom silnik indukcyjny nadaje się do zastosowań w różnych gałęziach przemysłu, takich jak przemysł spożywczy, chemiczny, metalurgiczny, a także w instalacjach uzdatniania wody czy w przemyśle wydobywczym.
Może być również wykorzystywany w systemach podnoszenia, takich jak windy i podnośniki, w systemach transportowych, takich jak taśmociągi, a także w samochodach elektrycznych.
Ze względu na szeroki zakres częstotliwości pracy silników indukcyjnych, samochody elektryczne mogą działać z jednobiegową przekładnią.
Inną ciekawą cechą silnika indukcyjnego jest jego zdolność do pracy jako generator, gdy jego wirnik jest napędzany w sposób pasywny.
W takim przypadku należy jednak upewnić się, że prędkość wirującego pola magnetycznego jest zawsze mniejsza niż prędkość wirnika.
Jeśli ten film był dla Ciebie przydatny, daj nam znać, zostawiając łapkę w górę i komentarz. Możesz go także udostępnić i nie zapomnij zasubskrybować naszego kanału.
Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy rozważyć kilka przypadków.
Rozważmy przypadek, w którym prędkość wirnika jest równa prędkości pola magnetycznego.
Ponieważ pole magnetyczne i uzwojenia wirnika obracają się z tą samą prędkością, pole magnetyczne nie przecina uzwojeń, a siła Lorentza jest równa zeru.
Skutkuje to zerowym momentem obrotowym na pręcie wirnika i wirnik zacznie zwalniać.
W miarę zwalniania pole magnetyczne zacznie przecinać uzwojenia, a więc prąd i siła indukowana ponownie wzrosną.
Wirnik zatem przyspieszy.
W skrócie, wirnik nigdy nie osiągnie prędkości pola magnetycznego.
Obraca się z prędkością nieco mniejszą od prędkości synchronicznej.
Różnica między prędkością synchroniczną a prędkością wirnika jest znana jako: Prędkość poślizgu.
Teraz rozumiemy, dlaczego silniki indukcyjne są tak szeroko stosowane zarówno w przemyśle, jak i w gospodarstwach domowych.
Możemy również zauważyć, że silniki indukcyjne nie mają stałego magnesu.
Nie mają też szczotek, pierścieni komutacyjnych ani czujników położenia, jak inne typy maszyn elektrycznych.
Silniki indukcyjne są całkowicie autonomiczne.
Ich największą zaletą jest to, że ich prędkość można łatwo regulować, kontrolując częstotliwość napięcia zasilania.
Aby lepiej to wyjaśnić, ponownie rozważmy uproszczoną wersję uzwojenia stojana.
Już wiemy, że wirujące pole magnetyczne jest generowane przez napięcie trójfazowe na wejściu.
Jest więc jasne, że prędkość wirującego pola magnetycznego jest proporcjonalna do częstotliwości zasilania elektrycznego.
Ponieważ wirnik zawsze stara się wyrównać do pola magnetycznego, prędkość wirnika jest również proporcjonalna do częstotliwości napięcia przemiennego.
Dlatego, stosując przetwornicę częstotliwości, można bardzo łatwo kontrolować prędkość silnika indukcyjnego.
Rozbierzmy teraz rzeczywisty silnik indukcyjny.
Jak widzimy, jego zewnętrzna powierzchnia jest żeberkowana, a do wału silnika jest przymocowany wentylator chłodzący, który dzięki kształtowi osłony wentylatora kieruje powietrze na żebra, co ułatwia odprowadzanie ciepła wytwarzanego przez silnik podczas pracy.
W górnej części znajduje się osłona listwy zaciskowej, w której znajdują się zaciski do podłączenia przewodów zasilających, które mogą być połączone w układ trójfazowy w gwiazdę lub w trójkąt, w zależności od potrzeb.
Po usunięciu osłon możemy wyjąć wał silnika i wirnik z obudowy.
W stojanie, który generuje wirujące pole magnetyczne, możemy zauważyć uzwojenia miedziane, które są oddzielone od siebie kanałami z cienkich blach ferromagnetycznych. Elementy plastikowe izolują elektrycznie cewki, aby zapobiec zwarciom.
W wirniku, w którym indukowane jest wirujące pole magnetyczne, możemy wyraźnie zobaczyć prawie poziome linie, które tworzą klatkę wirnika, oraz pionowe linie utworzone przez warstwy blach.
Możemy również dostrzec łożyska, które, dociskając wał do osłon, pozwalają wirnikowi pozostawać dokładnie w centrum uzwojenia stojana i obracać się z minimalnym tarciem.
Stojan i wirnik są oddzielone od siebie zaledwie o kilka dziesiątych milimetra, aby siły przyciągania były jak najbardziej efektywne.
Dzięki swoim właściwościom silnik indukcyjny nadaje się do zastosowań w różnych gałęziach przemysłu, takich jak przemysł spożywczy, chemiczny, metalurgiczny, a także w instalacjach uzdatniania wody czy w przemyśle wydobywczym.
Może być również wykorzystywany w systemach podnoszenia, takich jak windy i podnośniki, w systemach transportowych, takich jak taśmociągi, a także w samochodach elektrycznych.
Ze względu na szeroki zakres częstotliwości pracy silników indukcyjnych, samochody elektryczne mogą działać z jednobiegową przekładnią.
Inną ciekawą cechą silnika indukcyjnego jest jego zdolność do pracy jako generator, gdy jego wirnik jest napędzany w sposób pasywny.
W takim przypadku należy jednak upewnić się, że prędkość wirującego pola magnetycznego jest zawsze mniejsza niż prędkość wirnika.
Jeśli ten film był dla Ciebie przydatny, daj nam znać, zostawiając łapkę w górę i komentarz. Możesz go także udostępnić i nie zapomnij zasubskrybować naszego kanału.