Váltakozó áramú villanymotorok: alkatrészek, típusok, vezetékek és működésük

Hogyan an AC motor Működik

Az AC motor az elektromágneses indukció elvén keresztül a váltakozó áramú elektromos energiát mechanikus forgási energiává alakítja. Ha az állórész tekercseire váltakozó áramú tápfeszültséget kapcsolunk, az forgó mágneses mezőt (RMF) hoz létre. Azt a sebességet, amellyel ez a mező forog, az úgynevezett szinkron sebesség , amelyet a tápfrekvencia és az állórészben lévő mágneses póluspárok száma határozza meg: Ns = 120f/P , hol f a tápfrekvencia Hz-ben és P a pólusok száma.

Az indukciós motorban – a legelterjedtebb váltóáramú motortípusban – a forgó mágneses tér átvágja a forgórész vezetőit, és a Faraday-törvény szerint áramot indukál bennük. Ez az indukált áram létrehozza a saját mágneses terét, és a forgórész mezője és az állórész forgó mezeje közötti kölcsönhatás olyan nyomatékot generál, amely a forgórészt forogni készteti. A rotor mindig valamivel lassabban jár, mint a szinkron fordulatszám; ezt a sebességkülönbséget nevezzük csúszás , jellemzően 2–8% a szabványos indukciós motorokban. Csúszás nélkül nincs relatív mozgás a mező és a forgórész vezetői között, nem indukálódik áram, és nem keletkezik nyomaték sem.

A szinkron váltakozóáramú motorokban a forgórészt ehelyett egyenáramú mező gerjeszti, vagy állandó mágneseket használ, így rögzítve, hogy pontosan szinkron fordulatszámon forogjon, nulla csúszással. Emiatt a szinkronmotorok az előnyben részesítettek, ahol a precíz állandó fordulatszámú működés kritikus fontosságú, mint például az óraszerkezetekben, bizonyos textilipari gépekben és a nagy hatásfokú, változtatható sebességű meghajtókban.

AC motor részei

A váltakozó áramú motorok belső architektúrájának megértése segít a megfelelő egység meghatározásában, a hibák diagnosztizálásában és a karbantartási időközök megtervezésében. A fő összetevők a következők:

• Állórész: Helyhez kötött külső egység, amely a laminált vasmagot és a réztekercseket tartalmazza. Az állórész magja vékony szilícium acél rétegekből épül fel, amelyek egymásra vannak rakva az örvényáram-veszteségek minimalizálása érdekében. A tekercsek a magban lévő résekbe vannak feltekerve, és csatlakoztatva vannak a váltakozó áramú tápellátáshoz.
• Rotor: A forgó belső szerelvény a kimenő tengelyre szerelve. A mókuskalitkás indukciós motorokban a forgórész alumínium vagy réz vezetőrudakból áll, amelyek mindkét végén rövidre vannak zárva véggyűrűkkel. A tekercses forgórészes motorokban a forgórész háromfázisú tekercseket hordoz, amelyek csúszógyűrűkkel vannak összekötve külső ellenállásokkal.
• Kimenő tengely: A tömör acél tengely, amely a mechanikai nyomatékot a hajtott terhelésre adja át. A tengely átmérője és a reteszhorony méretei az IEC vagy a NEMA keretméret előírásai szerint vannak szabványosítva.
• Csapágyak: Jellemzően mélyhornyú golyóscsapágyak a meghajtó oldalon (DE) és a nem meghajtó oldalon (NDE). A csapágyak támogatják a forgórész és a hajtott terhelés által kifejtett radiális és axiális terhelést, és a leggyakoribb karbantartási cserealkatrészek.
• Végpajzsok (végharangok): Öntöttvas vagy alumínium házak, amelyek a motorváz mindkét végét fedik, a csapágyakat a helyükön tartják, és körülzárják a belső szerelvényt.
• Ventilátor és ventilátorfedél: A legtöbb váltakozó áramú motor TEFC (Totally Enclosed Fan Cooled) kivitelű, külső hűtőventilátorral a nem hajtott végtengely hosszabbítójára szerelve, amelyet préselt acél ventilátorfedél zár be. A ventilátor a környezeti levegőt szívja át a motorkeret bordáin, hogy elvezesse a hőt.
• Kapocsdoboz (csatlakozódoboz): Időjárásálló ház a motor vázán, amely tartalmazza a tekercscsatlakozó kapcsokat (jellemzően U1, V1, W1, U2, V2, W2 az IEC-egyezmény szerint). Ide csatlakoznak a tápkábelek és a csillag/delta konfigurációs kapcsolatok.
• Keret: A külső szerkezeti test, általában bordázott öntöttvas vagy alumíniumötvözet, amely mechanikai tartást biztosít, hűtőbordaként működik, és hordozza a rögzítő lábakat vagy a karimát a telepítéshez.

Az egyes motortípusokban jelen lévő további alkatrészek közé tartozik csúszás rings and brushes (tekercsrotoros indukciós motorok), centrifugális indító kapcsolók (egyfázisú kondenzátor-indító motorok), ill kondenzátorok (egyfázisú futás-kondenzátor és kondenzátor-indítás/futás kivitel).

Az AC elektromos motorok típusai

A váltakozó áramú motorok két elsődleges családra oszlanak – indukciós (aszinkron) és szinkron – mindegyiknek több altípusa van, amelyek a különböző működési követelményekhez vannak optimalizálva.

Az ipari alkalmazások többségénél a háromfázisú, mókuskalitkás indukciós motor továbbra is az alapértelmezett választás. Nem igényel kefét, csúszógyűrűket vagy külső gerjesztést, így a legalacsonyabb karbantartást igénylő és legköltséghatékonyabb megoldás az állandó sebességű terhelésekhez. A változtatható frekvenciájú meghajtók (VFD) kiterjesztették használhatóságát azokra a változó sebességű alkalmazásokra is, amelyek korábban egyenáramú vagy tekercses forgórészes motorokat igényeltek.

A váltakozó áramú motor kapcsolási rajzának alapjai

Az AC motor megfelelő bekötése elengedhetetlen a biztonságos működéshez, valamint a megfelelő nyomaték- és fordulatszám-jellemzők eléréséhez. A kapocsdoboz konfigurációja a motor típusától és a tápfeszültségtől függően változik, de a következőkben a legszélesebb körben előforduló forgatókönyveket ismertetjük.

Háromfázisú kétfeszültségű motorok (csillag/delta)

A legtöbb háromfázisú indukciós motor két feszültségszintre van feltekercselve – általában 230V/400V vagy 400V/690V –, és a kapocsdoboz hat vezetéket tartalmaz, amelyek U1, V1, W1 (tekercselés indul) és U2, V2, W2 (tekercselés vége) felirattal vannak ellátva. A tápfeszültség határozza meg a csatlakozást:

• Csillag (Y) csatlakozás – magasabb feszültség: Kapcsolja össze az U2-t, a V2-t és a W2-t a semleges csillagpont kialakításához. Csatlakoztassa a háromfázisú tápot az U1, V1, W1 csatlakozókhoz. Mindegyik tekercs fázis-nulla feszültséget lát. Akkor használatos, ha a tápfeszültség megegyezik a motor magasabb névleges feszültségével (pl. 400 V-os táplálás egy 230/400 V-os motoron).
• Delta (Δ) csatlakozás – alacsonyabb feszültség: Kapcsolja össze az U1-et a W2-vel, a V1-et az U2-vel, a W1-et a V2-vel, zárt hurkot képezve. Csatlakoztassa a háromfázisú tápellátást minden egyes csatlakozó kapocspárhoz. Mindegyik tekercs teljes vonal-vonal feszültséget lát. Akkor használatos, ha a tápfeszültség megegyezik a motor alacsonyabb névleges feszültségével (pl. 230 V-os tápfeszültség 230/400 V-os motoron).

Star-Delta indul egy általános lágyindítási módszer nagy motoroknál: a motor csillaggal indul (csökkentett feszültség az egyes tekercseken = alacsonyabb indítóáram, jellemzően a közvetlen bekapcsolás 1/3-a), majd a teljes fordulatszám elérésekor delta üzemmódba kapcsol. Ez csökkenti az ellátási zavarokat, de az indítónyomatékot is ugyanilyen 1/3-szoros mértékben csökkenti, így csak kis terhelésű indítási alkalmazásokhoz alkalmas.

Egyfázisú motor huzalozás

Az egyfázisú váltakozó áramú motorokhoz segédindító áramkörre van szükség, mivel az egyfázisú tápegység önmagában nem képes forgó mágneses teret létrehozni. A terminál elrendezése általában a következőket tartalmazza:

• Fő tekercskapcsok (M): Közvetlenül a vezetékre és a nullára csatlakoztatva.
• Indító tekercselés kapcsok (S): A főtekerccsel párhuzamosan, de sorba kapcsolva az indítókondenzátorral. A kondenzátor fáziseltolódást (körülbelül 90°) hoz létre a fő- és a segédtekercs áramai között, ami elég erős forgó mezőt hoz létre az indítónyomaték fejlesztéséhez.
• Centrifugális kapcsoló vagy PTC relé: Lekapcsolja az indító tekercset, ha a motor eléri a szinkron fordulatszám körülbelül 75-80%-át. Ennek a kapcsolónak a meghibásodása – akár nyitva marad (a motor nem indul el), akár zárva marad (az indítótekercs túlmelegszik és kiég) – az egyik leggyakoribb egyfázisú motorhiba.

Motor forgásirányváltása

A háromfázisú motor forgásirányának megfordításához a három tápfázis közül bármelyik kettőt fel kell cserélni a motorkapcsokon – például az U1 és V1 csatlakozásait. Ez megfordítja a forgó mágneses tér irányát, és ennek következtében a rotort. Egyfázisú motorok esetében a megfordítást az indító tekercs csatlakozásainak a fő tekercshez viszonyított felcserélésével érik el; egyes motorok erre a célra külön kapocsjelölést biztosítanak, míg mások belső újracsatlakozást igényelnek.

Földelés és túlterhelés elleni védelem

Minden váltóáramú motor felszerelésnek tartalmaznia kell a védőföldelés (PE) csatlakozás a motorvázhoz van kötve, a kapocsdoboz tápföldeléséhez csatlakoztatva. Ezen kívül egy megfelelően minősített termikus túlterhelés relé vagy elektronikus motorvédő relét kell beépíteni a tápáramkörbe, a motor teljes terhelési áramára (FLC) beállítva. A túlterhelés elleni védelem az elsődleges védelem a leggyakoribb motorhiba-móddal szemben: a mechanikai túlterhelésből eredő hosszan tartó túláram, egyfázisú vagy korlátozott szellőzés, amely a tekercselés hőmérsékletét a szigetelési osztály határértéke fölé emeli.