Rodzaje silników prądu zmiennego (Silniki asynchroniczne)

Silniki prądu zmiennego to maszyny przetwarzające energię elektryczną w energię mechaniczną. Ze względu na rodzaj prądu zasilającego dzielą się na silniki jedno- lub trójfazowe, natomiast ze względu na zasadę działania dzielą się na silniki indukcyjne (asynchroniczne), synchroniczne oraz komutatorowe.

Silnik asynchroniczny

Silniki asynchroniczne

Są to najczęściej wykorzystywane silniki. Składają się one z dwóch podstawowych części jakimi są stojan (nieruchoma część)  oraz wirnik (część ruchoma). Zmienny prąd wielofazowy w uzwojeniu stojana powoduje wytworzenie zmiennego pola magnetycznego wirującego wokół wirnika. Dzięki temu powstaje moment obrotowy, odpowiedzialny za ruch wirnika.

Rodzaje silników asynchroniczny

* Silnik klatkowy

                                                                         Budowa silnika klatkowego

                            Budowa wirnika silnika klatkowego

* Silnik pierścieniowy 

Budowa wirnika silnika klatkowego

Rozruch silników asynchronicznych

Rozruch silników asynchronicznych możemy przeprowadzić na kilka sposobów. Podstawowe metody rozruchu to:

* Rozruch bezpośredni

Rozruch silnika jest możliwy, jeżeli powstający w chwili rozruchu moment elektromagnetyczny jest większy niż moment obciążenia. Najprostszym sposobem dokonania rozruchu silnika indukcyjnego jest podłączenie uzwojeń stojana do 3-fazowego źródła zasilania (w przypadku silnika 3-fazowego), jest to tzw. rozruch bezpośredni. W tym przypadku pobierany prąd rozruchu jest wielokrotnie większy niż prąd znamionowy (do 8 razy), co powoduje nagrzewanie się uzwojeń a także może spowodować spadki napięcia sieci zasilającej. Wartość powstającego momentu elektromagnetycznego nie jest zbyt duża, dlatego, aby silnik mógł wystartować nie może być zbytnio obciążony. Ze względu na te ograniczenia rozruch bezpośredni stosuje się dla silników o małych mocach (do kilkunastu kW).

* Rozruch gwiazda-trójkąt

Połączenie w gwiazdę polega na połączeniu końców wszystkich trzech uzwojeń do jednego wspólnego punktu, a pozostałych trzech końców do kolejnych faz sieci zasilającej. W ten sposób każde z uzwojeń stojana podłączone jest jednym końcem do przewodu neutralnego N, a drugim do przewodu fazowego (L1, L2 lub L3). Na każdym z tych uzwojeń występuje zatem napięcie fazowe (czyli w naszych warunkach wynosi ono 230V). Zwykle nie stosuje się połączenie punktu wspólnego wszystkich uzwojeń z punktem neutralnym N ponieważ nie jest ono konieczne.

Połączenie w gwiazdę

Połączenie w trójkąt polega na połączeniu końca  uzwojenia danej fazy z początkami uzwojenia fazy następnej (punkt U2 łączony z V1, V2 z W1 a  W2 z U1). Połączone w ten sposób uzwojenia tworzą zamknięty obwód, a jego wygląd przypomina trójkąt. Punkty wspólne uzwojeń łączone są następnie do kolejnych faz sieci zasilającej. W tym połączeniu wcale nie wykorzystuje się punktu neutralnego. Przy połączeniu w trójkąt na każdym z uzwojeń panuje napięcie międzyfazowe (które w naszych warunkach wynosi 400V).

Połączenie w trójkąt

Przy połączeniu uzwojeń silnika w trójkąt, prąd pobierany przez silnik z sieci jest 3-krotnie większy niż prąd pobierany przy połączeniu w gwiazdę. Także moment elektromagnetyczny a więc i moc silnika w tym przypadku  są 3-krotnie większe. Stosując przełącznik gwiazda – trójkąt możemy wystartować silnik połączony w gwiazdę, przez co będzie mniejszy pobór prądu z sieci zasilającej, a następnie po osiągnięciu przez silnik odpowiedniej prędkości obrotowej przełączyć uzwojenia stojana w trójkąt, tak, aby silnik mógł zapewnić pożądaną przez nas moc. W starszych rozwiązaniach przełączenie zwykle dokonywane było ręcznie przez operator, obecnie stosuje się specjalizowane do tego celu układy styczników i przekaźników dokonujące automatycznego przełączenia po nastawionym wcześniej czasie.

* Rozruch przez zmianę rezystancji w obwodzie wirnika

Jak już wspomniano wcześniej, w przypadku silnika pierścieniowego w celach rozruchowych można stosować dodatkowe rezystory przyłączane do uzwojeń wirnika co  powoduje spadek prądu wirnika, a zatem również spadek prądu pobieranego z sieci. Wadą tego rozwiązania, podobnie jak w przypadku rozruchu gwiazda - trójkąt jest mniejszy moment rozruchowy silnika, poza tym jak już wspomniano wcześniej, ze względu na skomplikowana budowę i koszty utrzymania konstrukcja ta jest obecnie rzadko stosowana.

 *Zastosowanie “softstartu”

 Ostatnio coraz częściej, do łagodnego rozruchu 3-fazowych silników indukcyjnych stosuje się specjalizowane urządzenia, nazywane układami „soft - start” (miękkiego rozruchu), które mają za zadanie redukuję niekorzystnych zjawisk występujących podczas rozruchu,  wpływających na żywotność silników i jakość ich pracy. Ich zasada działania opiera się na, płynnej regulacji napięcia podawanego na uzwojenia (lub jedno z uzwojeń) W roli elementów sterujących stosuje się najczęściej tyrystory. Zwykle urządzenia takie umożliwiają kontrole i możliwość nastawienia wielu parametrów takich jak czas rozruchu, wartość początkowego momentu rozruchowego,  kolejności faz i czy temperaturę przegrzania.