Az aszinkron motorokról
2004/12. lapszám | Ledneczki László | 65 661 |
Figylem! Ez a cikk 21 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A váltakozó áramú motorok közül a legegyszerűbb felépítésű motor az aszinkronmotor. Egyszerű felépítésének köszönhetően a működésből adódó meghibásodások száma nagyon alacsony, rendkívül szélsőséges helyeken is megállják a helyüket, pl. folyadékba merítve is működő képesek, akár a folyadék is átfolyhat rajtuk. Széles körben használják háztartási berendezésekben, ventilátorokban, ipari célokra, daruk, felvonók mozgatására is.
Az aszinkronmotor olyan forgógép mely működéséhez forgó mágneses térre van szükség, ezt a teret az állórész tekercsei hozzák létre. A motorban a forgórész fordulatszáma eltér a forgó mágneses mező fordulatszámától, innen jön az aszinkron elnevezés, illetve az álló- és forgórész között az elektromágneses indukció teremt kapcsolatot, emiatt ezeket a motorokat indukciós motoroknak is szokták nevezni. Napjainkban leggyakoribb a háromfázisú és az egyfázisú, más néven segédfázisos aszinkron motor, akár néhány tíz wattól több száz kilowattig terjedő teljesítményben. Mai fejlődő világunkban egyre sűrűbben alkalmaznak inverteres, frekvenciaváltós hajtásokat, az aszinkron motorok gond nélkül csatlakoztathatóak ezekhez az elektronikai berendezésekhez.
Az aszinkron motorok felépítése a következő. A forgórész és az állórész test egyaránt lemezelve van. Jó minőségű, szilíciummal ötvözött vasanyagból sajtolják össze a lemezdarabokat. A lemezek felületét sajtolás előtt oxidréteggel vonják be. A szilíciummal való ötvözés növeli a vas fajlagos ellenállását, a lemezek közötti szigetelőréteg a kialakuló örvényáramokat csökkenti. A végeredmény egy jó mágneses, rossz villamos vezető anyag. Az álló- és forgórész légrés felöli oldalára hornyokat alakítanak ki, és ezekben helyezik el a tekercselést. A hornyokban horonyszigetelés gondoskodik a vezetékek sértetlenségéről és szigeteléséről. Az állórész tekercselés feszültségtől függően nagyon változatos lehet, viszont fázisszámban a legelterjedtebbek az egy- és háromfázisú tekercselések.
A forgórész tekercselés nagyobb teljesítményű háromfázisú gépek esetén gyakran többmenetes tekercselés, melyek végpontjai csúszógyűrűkre csatlakoznak, és a gyűrűkhöz kapcsolódó saruk a kapocstáblán ki vannak vezetve. Kis teljesítményű, 1-2 kilowattos motorok esetében a forgórész tekercsei egyetlen menetből állnak, és rövidre vannak zárva. Ezt a fajta forgórészt rövidre zárt vagy más néven kalickás forgórésznek hívják, a vezető anyag a legtöbb esetben alumínium. Az egyetlen menet miatt az indukálódó feszültség nagyon kicsi, a vasban lévő szigetelési ellenállás nagy a vezető ellenállásához képest, emiatt a horonyszigetelés feleslegessé válik, ez a gyártási műveletet könnyíti meg. A kész vastestbe beleöntik az olvadt alumíniumot, ezzel a technológiával mechanikailag rendkívül stabil forgórész készíthető. A forgórész és a tengely zsugorkötéssel kapcsolódik össze, kis teljesítményű motorok esetén ez ragasztással valósul meg. Az aszinkron motorok házai öntvény anyagból készülnek. Az öntvény házon furatok vannak kialakítva, melyeken rögzíthető a motor a kívánt pozícióba, sok esetben a ház egyik felén kiálló tengelyvégre ventilátort is szerelnek, hűtés céljából.
Egy aszinkronmotor élettartama sokszorosa egy kefés motoréhoz képest, két jellegzetes hiba adódhat ennél a típusnál, a csapágy elkopása, illetve a tekercsek meghibásodása.
Nagyobb motorok esetén a csapágy szerepét golyóscsapágy tölti be. A meghibásodott motor csapágya a tengelyről lehúzható, és a csapágy kicserélhető. A kisebb motorok esetén siklócsapágyazást alkalmaznak. A legtöbb esetben a tengely a csapágy forgórésze is. Az állórész házán a persely egy rugós fészekben fekszik fel. Ha a siklócsapágy elkopik, a legtöbb esetben a forgórész is cserére szorul, ugyanis a tengely a persellyel együtt kopik el, és az új persely illesztése túl laza lesz a régi forgórész tengelyével.
A motor túlterhelése következtében a tekercsek túlmelegednek és bezárlatosodhatnak. A leégett tekercseket elég nehéz javítani, kis motoroknál nem is éri meg, egyszerűbb és olcsóbb egy új motort venni. A leglényegesebb rész a motor tekercselése. A tekercselés dönti el, hogy az a motor milyen névleges feszültségről üzemelhet, milyen névleges fordulatszámmal forog stb. A tekercsek menetszáma határozza meg azt a feszültséget, melyről a motor leadja a kívánt tengelyteljesítményt, illetve a tekercsek kialakítása, más néven pólusszáma pedig a motor névleges fordulatszámát határozza meg. Háromfázisú tekercselés esetén összesen három darab tekercs helyezkedik el az állórész hornyaiban. A tekercsek kezdő- és végpontjai a kapocstáblán ki vannak vezetve, egymás alatt úgy, hogy az első tekercsvég a következő tekercs kezdete felett helyezkedik el. Ez az eltolt elrendezés azért van így, hogy a motort egyszerű módon köthessük csillag vagy delta kapcsolásba, a kapocstáblához tartozó árhidaló lemezdarabokkal. Delta kapcsolásban a tekercsvégek vonali feszültségre kapcsolódnak, ebben az üzemben a motor háromszor akkora teljesítményt képes leadni, mint csillag kapcsolásban, viszont az indítási áramlökések elkerülése érdekében célszerű a motort csillag kapcsolásban indítani. Számos indítási lehetőség létezik már, a mai modern félvezető technika szinte veszteség nélkül képes elindítani egy aszinkronmotort.
Sok probléma adódik abból, hogyha nem áll rendelkezésre három fázis, csak egy 230V-os hálózat, és a motor pedig három fázisú táplálást igényel. A megoldás egy főfluxus mellett egy időben eltolt segédfluxust létrehozni. A motor egyetlen fázisról nem tud elindulni, nincs indítónyomatéka, hiszen egyetlen tekercs csak lüktető mágneses teret tud létrehozni. Fel kell használni még egy tekercset, hogy a segédfázist létrehozzuk, de ennek időben el kell térnie a főfázis tekercs áramától. Ezt a tekercsel sorosan, vagy párhuzamosan kötött kondenzátor valósítja meg. A kondenzátor feszültsége a rezonanciából adódóan akár a hálózati feszültség kétszeresét is elérheti, erre ügyeljünk oda. A kapacitás értéke meghatározza, hogy mekkora indítónyomaték jöjjön létre.
A kondenzátoros motorokat és az alkalmazott kondenzátort kétféle képen lehet méretezni. Vannak az úgynevezett üzemi kondenzátoros motorok, melyeknél a kondenzátor fixen be van kötve az áramkörbe és vannak az ún. indító kondenzátoros motorok, melyek esetében, a kondenzátor csak a motor elindítása szolgál. Az indítás után a kondenzátort nem szabad az áramkörbe hagyni, csakis a motor elindítására szolgál, jóval nagyobb indítónyomatékot érhetünk el de csak az indítás ideje alatt. Ezt áramrelével szokták megoldani. A relé tekercsét a főfázis tekercselésével sorosan kell csatlakoztatni, mikor indulás után a motor forgórésze felpörög, lecsökken a főfázis árama, és kikapcsolja a relé a segédfázis kondenzátort. Ha egy háromfázisú motort egy fázisról üzemeltetünk, a névleges teljesítmény 70-80%-a is kivehető, optimális kondenzátor esetén. Két ökölszabály létezik, a kondenzátor értékének kiszámításához: folyamatos üzemi kondenzátor esetén 5μF 100W-hoz, illetve indítókondenzátor esetén 20μF 100W-hoz. Mivel ezek az értékek csak egy névleges teljesítményhez adottak, nem érdemes pontosan kiszámolni, csak akkor, ha a motor egyetlen munkaponton üzemel, azaz állandó a tengelyteljesítmény. A motorban a fluxusvektor ideális esetben körpályán mozog, ez csak egy állandó terhelésre vonatkozik kondenzátoros motorok esetében.
A motor nyomatékát a fordulatszám függvényében szokták ábrázolni. Két jellegzetes pontja van, az indítónyomaték, mikor a fordulatszám nulla, illetve a billenőnyomaték. A billenőnyomaték az a nyomaték érték melynél a terhelés minden képen alacsonyabb kell, hogy legyen, hiszen a motor nem lesz képes felpörögni. A motor paramétereit legegyszerűbben grafikus úton tudjuk ábrázolni, ezt kördiagramnak hívjuk. A kördiagramon leolvasható minden jellegzetes pont, bármilyen terhelés esetén. A kördiagram szerkeszthető is, a motor paramétereit méréssel kell felvenni különböző üzemállapotokban.
Általában ha egy villanymotort vásárolunk, a gépkönyvében megtalálható minden olyan adat, mely lényeges a motor biztonságos üzemeltetéséhez. Ha ezeket az előírásokat betartjuk, nem lesz gond a motor működtetése során.
