Co to jest 3-fazowy silnik elektryczny? Jak to działa, zaczyna się i przybiera rozmiary

Krótko mówiąc, czym jest trójfazowy silnik elektryczny

Trójfazowy silnik elektryczny to maszyna wirująca, która przekształca trójfazową energię elektryczną w energię mechaniczną za pomocą trzech uzwojeń stojana i wirnika, który jest indukowany lub blokowany magnetycznie. Nic zewnętrznego nie porządkuje tych uzwojeń. Samo zasilanie wytwarza rotację.

W systemie 50 Hz każda faza osiąga swój dodatni szczyt 6,67 milisekundy po poprzedniej. Trzy pola łączą się w jedno pole magnetyczne, które omiata otwór stojana z prędkością synchroniczną, obliczoną jako 120-krotność częstotliwości zasilania podzielona przez liczbę biegunów. Częstotliwość i liczba biegunów określają tę prędkość, a nie rozmiar silnika i nie obciążenie.

Liczba biegunów zmienia również rozmiar ramy i moment obrotowy na amper. Silnik 8-biegunowy o tej samej mocy wytwarza większy moment obrotowy przy niższych prędkościach, dlatego jest większy, cięższy i droższy niż jednostka 4-biegunowa o tej samej mocy. Ten kompromis wpływa na większość decyzji dotyczących wyboru na długo przed tym, zanim klasa efektywności wejdzie do dyskusji.

Jak pole wirujące obraca wirnik: poślizg, moment obrotowy i typy wirników

Wirnik obraca się, ponieważ obracające się pole stojana indukuje prąd w przewodach wirnika, a siła między tym prądem a polem wytwarza moment obrotowy. Wirnik nigdy nie jest w stanie całkowicie złapać pola, a różnica prędkości między nimi nazywana jest poślizgiem.

Poślizg wyraża się jako procent prędkości synchronicznej. Silnik 4-biegunowy pracujący z częstotliwością 50 Hz ma prędkość obrotową wynoszącą 1500 obr/min; jeśli pod obciążeniem pracuje z prędkością 1455 obr./min, poślizg wynosi 3 procent. Standardowe silniki przemysłowe osiągają od 1 do 5 procent pełnego obciążenia, przy czym duże maszyny znajdują się na najniższym poziomie, a małe na najwyższym. Poślizg jest również tym, co sprawia, że ​​silnik indukcyjny samoreguluje się: dodaj obciążenie, wirnik nieco zwalnia, większy strumień przecina przewody wirnika, a moment obrotowy rośnie, aż oba ponownie się zrównoważą.

Jeśli chcesz poznać mechanikę bardziej szczegółowo, jak silnik klatkowy wytwarza moment obrotowy krok po kroku przechadza się obecnymi ścieżkami.

Trójfazowy silnik indukcyjny o wysokiej wydajności serii IE4 Dla czytelników porównujących silniki zamienne, ta seria IE4 obejmuje ramy H80–355 mm i typowe zastosowania wentylatorów przemysłowych, pomp i sprężarek. Zobacz produkt →

Czytanie tabliczki znamionowej przed zamówieniem części zamiennej

Każda wartość potrzebna do dopasowania silnika zamiennego jest wybita na tabliczce znamionowej, a pominięcie jednej z nich jest najczęstszą przyczyną awarii technicznie sprawnego silnika w ciągu kilku miesięcy.

Gdy tablica jest nieczytelna, większość rozstrzygają trzy pomiary:

• Zmierz średnicę wału i odległość pomiędzy otworami mocującymi, aby określić rozmiar ramy.
• Policz przewody zasilające, ponieważ silnik trójfazowy ma trzy przewody liniowe plus uziemienie i nie ma kondensatora.
• Odczytaj prąd za pomocą miernika cęgowego przy znanym obciążeniu i porównaj go z wartością oczekiwaną dla tej wartości znamionowej.

Jak uruchamia się trójfazowy silnik elektryczny i co pobiera z sieci

Uruchamiany bezpośrednio, trójfazowy silnik indukcyjny pobiera od 6 do 8 razy prąd pełnego obciążenia, aż do osiągnięcia prędkości. To udar, a nie prąd roboczy, zwykle decyduje o rozmiarze kabla, ustawieniach zabezpieczeń i metodzie uruchamiania.

W stanie spoczynku wirnik zachowuje się jak zwarty uzwojenie wtórne transformatora, więc prąd ograniczający impedancję jest bardzo niski. Wraz ze wzrostem prędkości poślizg maleje, częstotliwość wirnika maleje, a prąd spada z powrotem do wartości z tabliczki znamionowej.

Przemiennik częstotliwości odcina prąd rozruchowy do około 100 do 150 procent prądu pełnego obciążenia i zapewnia pełny moment obrotowy od prędkości zerowej. To zadanie jest trudniejsze pod względem izolacji i chłodzenia niż rozruch przy stałej prędkości, dlatego aplikacje zasilane falownikiem powinny opierać się na silniku zbudowanym specjalnie do tego celu, a nie na standardowej ramie z przykręconym napędem.

Trójfazowy silnik indukcyjny o zmiennej częstotliwości serii YPT Ta seria YPT, stworzona z myślą o napędach przemysłowych zasilanych inwerterem, oferuje ramy H80–355 mm, chłodzenie IC416 lub IC411 i pracę w częstotliwości 5–100 Hz. Zobacz produkt →

Klasy efektywności: Co zmieniają IE3 i IE4 w praktyce

IE3 i IE4 to poziomy minimalnej sprawności określone w normie IEC 60034-30-1, a różnica między nimi wygląda na niewielką procentowo, dopóki silnik nie przepracuje tysięcy godzin rocznie.

W przypadku silnika o mocy 7,5 kW przejście z IE3 na IE4 powoduje zmniejszenie mocy wejściowej z około 8,30 kW do około 8,12 kW, co oznacza oszczędność około 0,18 kW. Ponad 4000 godzin pracy, czyli około 720 kWh rocznie, co zwykle zwraca wyższą cenę w ciągu dwóch do czterech lat, gdy energia elektryczna kosztuje więcej niż 0,10 USD za kWh. Powyżej kilkuset kilowatów obliczenie zmienia charakter, ponieważ napęd przechodzi na średnie napięcie, a ograniczenia projektowe przesuwają się w stronę izolacji, chłodzenia i prądu rozruchowego. Właśnie dla tego pasma istnieją maszyny wysokiego napięcia z rodziny Y, YKK, YR i YKS, a dane o ich doborze publikowane są w czasopiśmie katalog silników wysokiego napięcia .

Gdzie pasuje 3-fazowy silnik elektryczny, a gdzie nie

Silniki trójfazowe pokrywają prawie każde obciążenie przemysłowe powyżej około 0,75 kW, a konstrukcje jednofazowe są powszechne tylko poniżej tej wartości lub tam, gdzie nie ma zasilania trójfazowego.

Typowe zadania obejmują pompy, wentylatory, sprężarki, przenośniki, mieszalniki, kruszarki i wrzeciona obrabiarek w górnictwie, hutnictwie, cementowni, przemyśle naftowym, chemicznym, energetycznym, uzdatnianiu wody i przemyśle morskim. W obszarach niebezpiecznych należy zastosować tę samą konstrukcję trójfazową zgodnie z certyfikowaną koncepcją ochrony, albo ognioodporną Ex d z kontrolowanymi drogami płomienia, albo Ex e o podwyższonym bezpieczeństwie ze wzmocnioną izolacją i odstępami między zaciskami. Shanghai Pinxing Explosion-proof Motor Co., Ltd. z siedzibą w Szanghaju produkuje niskonapięciowe silniki przeciwwybuchowe YBX3 i YBX4 oraz asortyment ognioszczelnych silników wysokiego napięcia dla usług węglowych, petrochemicznych i morskich, eksportując je do ponad 40 krajów.

Silnik niskonapięciowy przeciwwybuchowy serii YBX4 Do zastosowań w obszarach niebezpiecznych ten ognioszczelny silnik przeznaczony jest do ram o wysokości H80–355 mm i mocy 0,75–355 kW, z ochroną IP55 dla pomp, wentylatorów, sprężarek i kruszarek. Zobacz produkt →

Warto jasno określić rzeczywiste ograniczenia tej technologii:

• Silnik trójfazowy nie może pracować przy zasilaniu jednofazowym bez przetwornika fazowego lub przetwornicy przystosowanej do zasilania jednofazowego i w takim przypadku należy obniżyć jego parametry znamionowe.
• Prędkość jest ustalana na podstawie częstotliwości i liczby biegunów, chyba że zostanie dodany napęd lub uzwojenie dwubiegowe.
• Praca falownika zwiększa napięcie uzwojenia, dlatego standardowy silnik może wymagać izolacji klasy falownika.

Przeglądanie studia przypadków zastosowań z porównywalnych branż to szybki sposób na potwierdzenie rozmiaru ramy i poziomu ochrony przed złożeniem zamówienia.

Często zadawane pytania dotyczące 3-fazowych silników elektrycznych

Czy trójfazowy silnik elektryczny może działać na zasilaniu jednofazowym?

Nie bezpośrednio. Może go napędzać statyczny lub obrotowy konwerter fazowy albo napęd z wejściem jednofazowym, ale silnik musi zostać obniżony, ponieważ trzecia część jest syntetyzowana, a nie zasilana. Oczekuj użytecznej mocy wyjściowej na poziomie około 50 do 60 procent mocy z tabliczki znamionowej przetwornicy statycznej i przed złożeniem zamówienia sprawdź instrukcję napędu.

Jaka jest różnica między 2-biegunowym a 4-biegunowym silnikiem 3-fazowym?

Liczba biegunów określa prędkość synchroniczną: 3000 obr./min przy 50 Hz dla dwóch biegunów w porównaniu z 1500 obr./min dla czterech. Silnik 2-biegunowy o tej samej mocy jest mniejszy i tańszy, ale wytwarza mniejszy moment obrotowy i obraca się szybciej, dlatego nadaje się do pomp i wentylatorów. Konstrukcja 4-biegunowa dominuje w ogólnych zastosowaniach przemysłowych, zapewniając dokładnie tę równowagę.

Jak sprawdzić, czy silnik jest trójfazowy?

Spójrz na przewody i tabliczkę znamionową. Silnik trójfazowy ma trzy przewody liniowe plus uziemienie i nie ma kondensatora, podczas gdy silnik jednofazowy ma kondensator i uzwojenie rozruchowe lub robocze. Wejście napięcia zwykle również to rozwiązuje, ponieważ trójfazowa wartość znamionowa przemysłowa wynosi 400 V lub 690 V, a nie 230 V.

Co oznacza poślizg w 3-fazowym silniku elektrycznym?

Poślizg to różnica między prędkością synchroniczną a rzeczywistą prędkością wirnika, wyrażona jako procent prędkości synchronicznej. 4-biegunowy silnik pracujący z prędkością 1450 obr./min przy zasilaniu o częstotliwości 50 Hz ma około 3,3% poślizgu przy pełnym obciążeniu. Nagły wzrost znacznie powyżej 5 procent zwykle wskazuje na przeciążenie, uszkodzenie łożyska lub problem z uzwojeniem.