Aszinkron gép

[nova]

Eredeti cikk forrása: http://hu.wikipedia.org

Az aszinkron gép más néven indukciós motor a legáltalánosabban használt, legegyszerûbb szerkezetû villamos forgógép, s mint ilyen egy forgó és egy álló részbõl tevõdik össze. A gyakorlatban az egyik legelterjedtebb villamos gép. Kisebb teljesítményre általában egyfázisú, míg nagyobb teljesítmény esetében kizárólag háromfázisú kivitelben készül.

Legfontosabb jellemzõi:

• Legegyszerûbb szerkezetû forgógép
• Egy- és háromfázisú változat is létezik, 1 kW felett általában háromfázisú
• Legelterjedtebb, üzembiztos gép
• Motorként és generátorként is használható
• Hátránya: fordulatszám változtatás csak külön költséges berendezéssel, vagy kialakítással biztosítható.

Mûködése:

Az aszinkron gép állórészén tipikusan többfázisú tekercselés található, amely forgó mágneses mezõt hoz létre. A forgó mágneses tér erõvonalai metszik a forgórész tekercselését, és abban feszültséget indukálnak. Mivel a tekercselés zárt, vagy rövidrezárt áramkört alkot, az abban indukálódott feszültség hatására a körben áram folyik. Lenz-törvénye értelmében az így indukált áram akadályozni igyekszik az õt létrehozó indukáló folyamatot, ezért a forgórész elfordul, így igyekezvén megakadályozni az erõvonalmetszést, és vele az indukciót. Természetesen a forgórész soha nem érheti el az állórész forgó mágneses mezõjének értékét, mivel akkor megszûnne az erõvonalmetszés. Ezt az elcsúszást nevezik szlipnek.

A szlip számítása: csatolt képen

ahol:
s a szlip értéke
n0 a szinkron fordulatszám
n az aktuális fordulatszám


Felépítése:


Tipikus esetben mind a forgórész, mind az állórész lemezelt, az örvényáramú veszteségek csökkentése érdekében. Az állórész tekercselt, tipikusan két, vagy háromfázisú tekercseléssel, a forgórész tekercselt vagy kalickás kialakítású.

Csúszógyûrûs aszinkron gép

A csúszógyûrûs aszinkron gép forgórészén a tekercselés végpontjai ki vannak vezetve egy egy csúszógyûrûre. A forgórészek kivezetéseit közvetlenül, vagy ellenálláson keresztül rövidre zárják, ezzel az adott üzemállapotnak megfelelõen tudják a fordulatszám-nyomaték jelleggörbét szabályozni.

Kalickás forgórészû aszinkron gép

Kalickás forgórész esetén nincs szükség (és lehetõség) a forgórész tekercselés kivezetésére csúszógyûrûkre, ezek segítségével indító ellenállások használatára.
A forgórész tekercselését közvetlenül a forgórészen kialakított hornyokban hozzák létre öntési eljárással, az így kialakult rudakat a tekercsfejekben közvetlenül rövidre zárják. A rövidre záró gyûrûkön alakítják ki a ventilátorlapátokat, amelyek a levegõt a készüléken belül keringetik.
A kalickás forgórész rúdjait nagyjából egy horonyosztásnyival ferdíteni szokták az egyenletesebb nyomaték érdekében. A módszer elõnye az egyenes horonyhoz képest a kisebb és nyomatéklüktetés.
Az angol nyelvû irodalomban a kalicka neve: squirrel-cage.


A megoldás elõnyei a csúszógyûrûs motorhoz képest:

• egyszerûbb kialakítás
• a forgórész hornyok keresztmetszetének teljes kihasználása
• kisebb karbantartási igény (nincs csúszógyûrû, indítóellenállás)
• Pólusváltós motor esetén nem szükséges minden pólusszámhoz külön forgórésztekercselés, csak a kalicka megfelelõ méretezése.

Üzemmódjai:

Motor üzem

A villamos gép a betáplált villamos energiát forgási energiává alakítja. Az aszinkron gép leggyakoribb üzemmódja.

Generátor üzem

A villamos gép a betáplált mechanikai energiát villamos energiává alakítja (Például: Villamos vontatásnál a lejtmenet). Az aszinkron gép önmagában nem képes generátorként mûködni, általában mûködõ villamos hálózatra kapcsolva üzemeltetik. Ha egy aszinkron gép tekercselésével párhuzamosan valamilyen okból (általában fázisjavítás céljából) kondenzátorok vannak kötve, akkor üzembehelyezés elõtt szükséges ellenõrizni, hogy a készülék nem gerjed-e fel generátorüzembe.

Ellenáramú féküzem

A tengely forgása ellentétes az állórészben kialakuló mágneses mezõ átal meghatározott irányhoz képest. A villamos gép mind a betáplált elektromos, mind a betáplált mechanikai munkát hõvé alakítja, ez tipikausan tranziens üzemállapot a forgásirányváltás közben.


Veszteségei


Vasveszteség

A vastestben hõvé alakuló teljesítmény. A gyakorlatban az állórész és forgórész vasveszteséget külön szokás kezelni. Jele: Pvas

A vasveszteség alapvetõen az örvényáramú veszteségbõl, és a hiszterézisveszteségbõl tevõdik össze.
A vasveszteség a vastestek lemezelésével (az örvényáramú veszteség csökkentése) illetve megfelelõ anyagválasztással csökkenthetõ

Rézveszteség

A tekercselés anyagától függetlenül rézveszteségnek hívjuk a villamos gép tekercseléseiben (A kalickás forgórészû gépeknél a kalicka is tekercselésnek számít) hõvé alakuló teljesítményt. Jele: Préz

Súrlódási veszteség

A csapágyakban, illetve az egyéb súrlódó elemekben (csúszógyûrû) hõvé alakuló teljesítmény. Jele: Psurl


Az aszinkron gép teljesítmény-egyensúlya

P1=Pvas+Préz+P2

Ahol:
P1 a betáplált teljeítmény
Pvas a vasveszteség
Préz a rézveszteség
P2 a hasznos teljesítmény


Az aszinkron motorok indítása

Az aszinkron motorok indítási áramlökése a névleges áramérték sokszorosa, a kialakítástól függõen az indítónyomaték alacsony.

Közvetlen indítás

Kisebb teljesítményû motoroknál ez a szokásos megoldás.

Y/Δ indítás

Indításkor a motor tekercselését csillag kapcsolásba kapcsoljuk, majd a motor elindítása után Δ-ba.
Ennél a módszernél alapfeltétel, hogy a motor üzemszerûen Δ kapcsolásban üzemeljen. A módszer az indítási áramlökést és az indítónyomatékot is az 1/3-ára csökkenti, ezért csak olyan esetekben használható, amikor nincs szükséges nagy indítónyomatékra.

Lágyindító berendezéssel

Költséges, de jó megoldás, a motort inverteren (frekvenciaváltón) keresztül táplálva a felfutás során elektronika biztosítja az optimális üzemállapotot.

A forgórészkörbe kötött ellenállásokkal

Csúszógyûrûs motoroknál az indítási áramlökés csökkenthetõ, illetve az indítónyomaték emelhetõ a forgórészkörbe kötött szabályozó ellenállásokkal. Az ellenállások a hatásfokot csökkentik, ezért ezek értékét a lehetõ leggyorsabban nullára kell csökkenteni.

Megfelelõ kalicka kialakítással

A kalickás forgórészû aszinkron gépek fordulatszám-nyomaték jelleggörbéjét a kalicka alakjának megfelelõ megválasztásával lehet kialakítani. A mélyhornyú, illetve kétkalickás forgórész kialakítás kifejezetten a kalickás forgórészû motorok indítási jellemzõinek (indítási áramlökés, indítónyomaték) javítására lettek kifejlesztve. A módszer gyakorlatilag veszteségmentes módon biztosítja a kedvezõ fordulatszám-nyomaték jelleggörbét. Mivel a gyárban készre szerelt állapotban kerülnek forgalomba a felhasználónak nincs plusz üzemeltetési feladata az egyszerû kalickás forgórészû motorhoz képest.

Mélykalickás kialakítás

A kalicka rúdjai "mélyek" (sugár irányban elnyújtottak). Az aszinkron gép jellegzetességei miatt nagy szlip esetén (indítási üzemállapot) a kalickának a forgórész felületéhez közeli részei vesznek csak részt a folyamatban, a szlip csökkenésével a kalickarudak keresztmetszetének egyre nagyobb része vesz részt a folyamatban. Ez a folyamat hasonlít ahhoz, mintha nagy szlip esetén ellenállást kötnénk a forgórészkörbe.

Kétkalickás kivitel

A forgórészen két kalickát alakítanak ki, Egyet a forgórész felületéhez közel vékonyabb, nagyobb ellenállású anyagból (általában alumínium). Egyet valamivel mélyebben vastagabb rudakkal, gyakran rézbõl.


Az aszinkron motor fordulatszámának szabályzása

Az aszinkron motor tengelyfordulatszámát leíró egyenletbõl: aszinkron motor ford. szab képen a csatolmányban

képletbõl kiolvasható, hogy az aszinkron gép fordulatszámát alapvetõen három tényezõ befolyásolja:
A hálózati frekvencia (f)
A póluspárok száma (n)
A szlip (s)

A hálózati frekvencia szabályozásával

A hálózati frekvencia változtatásával a motorok fordulatszáma szabadon változtatható. Forgógépes vagy elektronikus frekvenciaváltóval a kívánt fordulatszám elõállítható.

A póluspárok számának átkapcsolásával

A pólusváltós motorok mérete általában nagyobb, mint a kötött pólusszámú hasonló teljesítményû társaiké, mivel a méretezéskor minden résszámításkor a kedvezõtlenebb pólusszámhoz tartozó értékeket kell figyelembe venni.
Pólusváltós motorokat elsõsorban kalickás kivitelben készítenek, mivel csúszógyûrûs kivitelnél a sok forgórész kivezetés (A V50 mozdony háromféle pólusszámra átkapcsolható csúszógyûrûs motorjának forgórészén 48 kivezetés volt.) a gyártást és a karbantartást megnehezíti.
A kívánt hatást többféle módon lehet megvalósítani.

Független tekercselések

Ha az állórészen két, vagy több független tekercselés található, akkor egy idõben mindig egy tekercselés lehet aktív, így a beépített anyagok kihasználtsága rossz, a motor mérete nagy, azonban a póluspárok száma szabadon megválasztható.

Dahlander kapcsolás

A Dahlander kapcsolás egy speciális tekercselési mód, amikor az állórészen található tekercselés két félbõl áll. A két fél tekercselés elemeit sorba illetve párhuzamosan kötve a pólusszám 1:2 arányban átkapcsolható.
A kapcsolás (és az ahhoz szükséges tekercselés) többféleképpen megvalósítható. A különbözõ Dahlander motorok a megfelelõ gyártók katalógusából választható termékek, széles teljesítménytartományban.
Az alacsony fordulaton Δ és magas fordulaton YY kapcsolású motor alkalmas a különbözõ üzemmódokban közel állandó nyomatékot leadni, valamit alkalmas Y/Δ indításra, amennyiben az ehhez szükséges tekercsvégek kivannak vezetve. az Y/YY tekercselések a fordulatszám függvényében növekvõ nyomatékú terhelések (szivattyúk, ventilátorok) kiszolgálására alkalmasak.

Bláthy-Kandó pólusátkapcsolás

A Bláthy illetve Bláthy-Kandó pólusátkapcsolásnál a pólusszámok a Dahlander kapcsolásnál szabadabban választhatóak meg, azonban a pólusszám átkapcsolás a tápláló fázisok számának váltásával is jár, ezért csak speciális esetekben használható. Ilyen speciális eset volt V50 típusú Kandó féle kísérleti mozdony, ahol a fázisváltó tekercselése lehetõvé tette a többféle fázisszámmal történõ üzemet. A V40 mozdonyaiban már nem ezt a megoldást használták, mivel a hajtómotorokat gyártó brit Vickers Co. Ltd. inkább három független tekercseléssel készítette el a motorokat.

Szlip szabályozásával

Egyes esetekben a fordulatszám a szlip szabályozásával is megoldható. A szlip szabályozható a tápláló feszültség változtatásával, illetve csúszógyûrûs motor esetén a forgórész áramkörébe iktatott ellenállások értékének változtatásával, azonban állandó üzemre ez a megoldás csak ritkán alkalmas, mivel a szlip növekedésével a forgórészveszteség, így a forgórész melegedése növekszik, illetve a motor hatásfoka romlik.

Speciális felhasználásai

Egyfázisú aszinkron gép

A háztartásokban általában egyfázisú 230 V 50 Hz (MSZ 1 szerint) váltakozó feszültség áll rendelkezésre. Az egyfázisú feszültség az egyfázisú tekercseléssel ellátott forgórészben nem keletkezik forgó, hanem csak pulzáló mágneses tér, ezért az ilyen gépeket segédberendezéssel kell indítani. A segédberendezés lehet mechanikus (a fogórészt megforgatja), vagy elektromos (ilyen az indítófázisos gép)

Segédfázisos egyfázisú aszinkron gép

Az egyfázisú gép állórészén ki van alakítva egy térben eltolt második (segédfázis) tekercselés, amely egy kondenzátoron, vagy induktivitáson ritkán Ohmos ellenálláson keresztül kap táplálást. A két tekercsrendszer magnetomotoros erejének idõbeli lefolyása fázisban eltér a fõtekercsétõl. A két tekercsrendszer magnetomotoros ereje forgómágneses teret létesít, ennek számértéke egy periódus alatt legjobb esetben is legalább két maximumot és két minimumot mutat. (térbeli vektorának változását ekkor egy ellipszis ábrázolja a motor forgási tengelyére merõleges síkban).

Eltekintve a tekercs Ohmos ellenállásától a segédfázis tekercsének árama kondenzátor esetén 90°-kal siet, induktivitás esetén 90°-kal késik a fõáramkörhöz képest. Az így létrehozott gép egy speciális négyfázisú gép.

Indítófázisos egyfázisú aszinkron gép

A megoldás hasonlít a segédfázisos aszinkron gép mûködéséhez, azzal a különbséggel, hogy a segédfázis csak az indítás idejére aktív. A segédfázist áramát áramkapcsoló, vagy centrifugál kapcsoló szakítja meg, amikor a motor eléri az üzemi fordulatszámát. Magyarországon elsõsorban az induktív fáziseltolásnál használták, elkerülve annak túlmelegedését. Az elsõ mosógépeknél speciális kapcsoló szolgált a beindításra, és beindulás után a segédfázis áramkörének megszakítására.

Árnyékolt pólusú aszinkron motor

Kis teljesítmény esetén az olcsó kivitelezhetõség miatt elterjedt kialakítás. Az állórészen kialakított pólusok egy részét egy rövidre zárt tekerccsel árnyékolják, ezáltal a fluxus az árnyékolt pólusrészen késni fog az árnyékolatlan részhez képest, ami a lüktetõ mágneses mezõhöz egy forgó komponenst ad, ezért a motornak lesz indítónyomatéka.

Serleges forgórészû aszinkron motorok

Elsõsorban szervomotorként használatosak, mivel hatásfokuk kedvezõtlen, azonban a forgórész tehetetlenségi nyomatéka alacsony, mert a forgórész nem tartalmaz vasat.
A serleges forgórész a kalickás forgórész speciális esetének tekinthetõ, amikor a kalicka egy teljes hengerfelület, amely az állórészen kialakított légrésben forog. (Ferraris motor)

Indukciós szabályzó

Az indukciós szabályzó egy csúszógyûrûs aszinkron gép, amelyet általában az állórész tekercselésen keresztül táplálunk, és a forgórész csúszógyûrûin keresztül terhelünk.
A transzformátor áttételezését az állórész és a forgórész tekercselés tulajdonságai határozzák meg.

[Sztrogoff]

Eredeti cikk forrása: http://hu.wikipedia.org

Generátor üzem
...Az aszinkron gép önmagában nem képes generátorként működni, általában működõ villamos hálózatra kapcsolva üzemeltetik...

A wiki szerkesztőjével kis vitába bonyolódtam, hát akkor most egyértelműbben fogalmazva tehát az a helyzet, hogy ha a kapcsokra kondenzátorok vannak kötve, akkor bizony tud magában is működni.
A wiki szerkesztője szerint az "önmagában" szó nem alkalmazható arra az esetre, ha kondenzátorok vannak a generátorra kötve.

...A hálózati frekvencia változtatásával a motorok fordulatszáma szabadon változtatható. Forgógépes vagy elektronikus frekvenciaváltóval a kívánt fordulatszám elõállítható...

Szabadon? Hát azért ennek van korlátai.

Dahlander kapcsolás
A Dahlander kapcsolás egy speciális tekercselési mód, amikor az állórészen található tekercselés két félbõl áll. A két fél tekercselés elemeit sorba illetve párhuzamosan kötve a pólusszám 1:2 arányban átkapcsolható.
A kapcsolás (és az ahhoz szükséges tekercselés) többféleképpen megvalósítható. A különbözõ Dahlander motorok a megfelelõ gyártók katalógusából választható termékek, széles teljesítménytartományban.
Az alacsony fordulaton Δ és magas fordulaton YY kapcsolású motor alkalmas a különbözõ üzemmódokban közel állandó nyomatékot leadni, valamit alkalmas Y/Δ indításra, amennyiben az ehhez szükséges tekercsvégek kivannak vezetve. az Y/YY tekercselések a fordulatszám függvényében növekvõ nyomatékú terhelések (szivattyúk, ventilátorok) kiszolgálására alkalmasak.

Hasonlót írtam egyszer a Dahlanderes topikba (?), gondolom, ugyanabból a forrásból, minta wiki szerzője, de itt egy fórumtárstól jelentős kiigazítást kaptam - bár most nem találom.