Třífázový elektromotor – o jaké zařízení se jedná

Elektromotor je důležitým prvkem průmyslových zařízení, čerpadel a dalších jednotek. Mezi výhody tohoto typu motorů patří absence toxických emisí a vysoká účinnost.

Tento článek pojednává o jednom z nejběžnějších typů elektromotorů v průmyslu – třífázovém.

Návrhové prvky

Konstrukce třífázového motoru zahrnuje dvě hlavní části:

• Stator. Je to pevný obrys. Má tři pracovní vinutí instalovaná navzájem pod úhlem 120°. Jsou uspořádány do kruhu a zcela pokrývají oblast, ve které se nachází pohyblivá část elektromotoru, rotor.
• Rotor. U klasického třífázového motoru se jedná o válcovou konstrukci z ocelových tyčí ve tvaru „klece na veverku“. Rotor se volně otáčí na hřídeli připevněném k ložiskovému systému. Umožňují snížit třecí sílu při otáčení, snížit opotřebení třecích ploch a zvýšit účinnost elektromotoru.

<img src=”https://www.vzlet-novosibirsk.ru/images/blog/trekhfaznyj-ehlektrodvigatel12.jpg” />

Princip činnosti třífázového motoru

Princip činnosti třífázového motoru s rotorem nakrátko spočívá ve vytváření elektromagnetického pole rotujícího konstantní rychlostí. Efektu je dosaženo postupným připojováním statorových vinutí. Při použití střídavého napětí se mění v elektromagnety s neustále se měnící polaritou. Frekvence této změny je konstantní, což v konečném důsledku vytváří efekt rotujícího magnetického pole.

Je důležité, aby vinutí byla zapojena do série. Tím je zajištěna maximální účinnost třífázového elektromotoru. Každé vinutí ve fázi svého zapnutí uděluje rotoru zrychlení. Když je sledována sekvence zapínání, jejich úsilí se sčítá, což umožňuje co nejefektivnější využití energie.

Způsob připojení elektromotoru

Základním způsobem připojení třífázového elektromotoru je zdroj napětí se třemi fázemi střídajícími se s úhlem posunu 120°. V závislosti na použitém standardu označení mohou být svorky označeny:

• Arabské číslice 1-3, označené za L. L1 tedy odpovídá první fázi, L3 třetí. Takové označení lze nalézt na distribučních zařízeních a elektrických panelech.
• Písmena A, B, C. Logika je podobná – A odpovídá první fázi, C třetí.

Třífázový elektromotor s klecí nakrátko má na těle připevněnou destičku označující svorky. Kontakty jsou obvykle uspořádány v matici 2×3. Tři z nich, určené pro připojení fází, jsou označeny jedním z výše uvedených systémů.

Pokud se štítek nedochoval nebo není čitelný, lze pořadí fází/vinutí určit pomocí návodu nebo si tuto informaci můžete vyžádat na fórech na internetu s uvedením modelu.

Existují empirické metody, které umožňují zjistit připojovací kontakty vinutí třífázového motoru. Spočívají v tom, že se na ně postupně přivádí napětí a určuje se místo největší intenzity jimi vytvářeného magnetického pole.

Schémata zapojení vinutí

Důležitým bodem je způsob připojení vinutí třífázového elektromotoru. Schéma zapojení motoru se volí na základě hodnoty napětí napájecí sítě:

• Trojúhelník. V tomto případě je konec vinutí 1 spojen se začátkem 2, konec 3 se začátkem 1.
• Hvězda. Konce vinutí jsou spojeny v jednom bodě. Fáze jsou přivedeny ke svým počátkům. V tomto případě je napětí na vinutí poměrně nižší.

Pro většinu průmyslových jednotek je k dispozici výběr obvodů: trojúhelník a hvězda, v závislosti na úkolech, které mají být řešeny.

Přepínání obvodů se provádí fyzickým přeskupením propojek na matici pinů. Vyplatí se předem prostudovat označení kontaktů, aby bylo možné přesně určit začátky a konce elektromagnetických cívek. Jedním z běžných standardů je použití písmen u, v, w pro označení čísla vinutí. Čísla 1 a 2 označují začátek a konec.

Druhý standard používá písmeno C a za ním číslo – od 1 do 6. V této verzi bude první vinutí označeno C1 – C4. Pokud porovnáme s prvním standardem, pak u1=C1, u2=C4.

V trojúhelníkovém schématu je tedy nutné propojit svorky C1 a C6, C2 a C4, C3 a C5 propojkami. A s hvězdou – C4, C5 a C6. Připojení se provádí pomocí tří propojek, které jsou součástí sady.

Je třeba poznamenat, že někteří elektrikáři ve výrobních závodech implementují automatické přepínání dvou schémat připojení pomocí časovače v závislosti na fázi provozu elektromotoru. Při startování se používá hvězda pro snížení startovacího proudu. Při vstupu do provozního režimu se objeví trojúhelník, jako by zaručoval maximální točivý moment. K tomu je elektromotor připojen přes dva stykače s různými schématy připojení.

Výhody použití třífázových motorů

Hlavní výhodou třífázových motorů je jejich jednoduchá konstrukce a odolnost. Při pravidelné údržbě ložiskového systému, na kterém je hřídel rotoru uložena, lze zajistit dlouhou životnost až 20 let a více. Při použití v agresivním prostředí se životnost snižuje. Proto se při instalaci elektromotorů snaží zajistit jejich ochranu před přímým vystavením srážkám, přehřátí a dalším negativním faktorům.

Další výhodou motoru takového systému je konstantní rychlost otáčení rotoru při vstupu do provozního režimu. Třífázový elektromotor s výše popsaným provozním schématem se nazývá asynchronní. Rychlost otáčení jeho rotoru zaostává za frekvencí změny fáze dodávaného napětí. Zpoždění je způsobeno vznikajícími třecími silami. A říká se tomu hodnota skluzu.

Proto při vstupu do provozního režimu zajišťuje asynchronní elektromotor stabilní rychlost otáčení. To zjednodušuje vývoj jednotek a zařízení k němu připojených. Při prudkém nárůstu zatížení se rotor poněkud zpomalí. Ale když se vrátí na normální hodnotu, také rychle zrychlí.

Další provozní výhodou asynchronního elektromotoru je jeho vysoká udržovatelnost. Poškozená ložiska lze vyměnit za nová, jakmile se opotřebují. Pokud jsou vinutí poškozena, lze je obnovit. Převíjením elektromotorů se zabývá velké množství elektrotechnických firem. Je důležité dodržet tloušťku drátu a jeho délku v rámci hodnot používaných výrobcem. V tomto případě jsou výkonové vlastnosti motoru obnoveny do téměř stejného stavu jako u nového agregátu.

Jak změnit otáčky rotoru

U některých systémů může být nevýhodou nemožnost měnit otáčky rotoru. V tomto případě používají inženýři k vyřešení problému dvě metody:

• Montáž převodovek, řemenových a řetězových pohonů s různými průměry řemenic. Tato relativně jednoduchá zařízení umožňují dosáhnout požadovaných otáček rotoru bez narušení optimálního provozního režimu motoru.
• Instalací frekvenčního měniče. Změnou frekvence změny fáze je možné mírně zvýšit nebo snížit otáčky rotoru. Toho je dosaženo změnou parametrů točivého elektromagnetického pole tvořeného vinutími třífázového elektromotoru.

Je třeba poznamenat, že pokud v prvním případě zůstane zatížení mechanismu elektromotoru v mezích stanovených inženýry, pak se v druhém případě použití frekvenčního měniče odchyluje od něj. Což může vést k přehřátí a zrychlenému opotřebení pohyblivých částí. Nevýhodou prvního schématu využívajícího řemenový pohon a ozubená kola je zvýšení složitosti konstrukce jednotky.

Funkce připojení

Pro efektivní provoz třífázového elektromotoru je důležité správné zapojení: sladění vinutí a fází. Proto by bylo nejlepší připojit jednotku k třífázové napájecí síti 380 V Teoreticky lze použít i jednofázovou síť. Ale s použitím dalších zařízení:

• Kondenzátorový systém. Obvod umožňuje simulovat tři fáze se známou aproximací s úhlem posunu vhodným pro chod elektromotoru. To má však za následek energetické ztráty, které vedou ke snížení účinnosti.
• Frekvenční měnič. Zařízení umožňuje převádět jednofázové napětí na třífázové napětí. Za nejúčinnější jsou považovány frekvenční měniče založené na elektronických součástkách. V tomto případě je možné snížit energetické ztráty na minimum. Ale zvyšuje se složitost a cena produktu.

Další důležitou vlastností zapojení je vysoký výkon jednotky. Dodávají se třífázové motory 500W a více. A maximální výkon elektromotorů, například pro čerpací zařízení, může dosáhnout 500 kW. Tato okolnost vyžaduje při připojování následující opatření:

• Poskytování elektrické ochrany. Výkonné jednotky jsou připojeny k příslušným rozvodným zařízením s elektrickými ochrannými prvky. Jedná se o automatické spínače, zařízení na zbytkový proud. Prvky pomáhají předcházet nouzovým situacím, snižují nebezpečí požáru a zajišťují ochranu personálu před úrazem elektrickým proudem.
• Zajištění hladkého startu. Výrobci vyvinuli zařízení pro měkký start (SSD), která umožňují postupné zvyšování napájení motoru. Tyto systémy řeší dva hlavní problémy. Snižuje zatížení zařízení při startování motoru. Snižuje dopad startovacího proudu v napájecím systému na ostatní připojené spotřebiče.

Softstartéry mohou být postaveny na různých okruzích. Největší účinnost poskytují softstartéry na bázi frekvenčního měniče a elektronických součástek. Existují modely, které umožňují flexibilně upravovat vzory zrychlení a brzdění. Výrobce umožňuje zvolit některý z předimplementovaných algoritmů nebo flexibilně upravit parametry v určitých mezích.

Důležitou součástí životnosti UPS je přechod do režimu bypassu. Po dokončení akcelerace a dosažení provozního režimu je zařízení zcela odpojeno od napájecího obvodu třífázového elektromotoru. Poté je napětí přiváděno přímo do vinutí.

Jak zabránit přehřátí vinutí

Při instalaci třífázových elektromotorů je nutné zajistit podmínky, které zabrání přehřátí jeho vinutí. K tomu se používají následující metody:

• Výkon elektromotoru je volen tak, aby pracoval bez přetížení. Zároveň by zatížení nemělo být menší než polovina maxima. V tomto případě jsou zajištěny optimální provozní a chladicí podmínky.
• Provoz s trvale zvýšeným napětím v síti není povolen. Protože to vede k přehřátí vinutí a rychlému selhání jednotky.
• Dodatečné chlazení je zajištěno pomocí vodního pláště nebo jiných prostředků při provozu v podmínkách vysoké teploty. Například při použití třífázového elektromotoru v čerpacích zařízeních pro zásobování teplou vodou a topné systémy.

Při výběru analogu, který má nahradit vadnou jednotku, se zaměřte na technické vlastnosti a způsob instalace. Standardní modely mohou mít podobné rozměry. A dokonce i odpovídající otvory pro šrouby pro montáž na plošinu.

Při použití v palivových zařízeních se používají nevýbušné třífázové elektromotory speciálně připravené pro takovou práci. Při jejich výrobě se používají materiály, které nevytvářejí jiskry v případě náhodného mechanického kontaktu, a používají se schémata bezpečného připojení elektrického vedení. Jejich cena je o něco vyšší než u standardní verze.

Autor článku: Alexander Shikhov