Indukcinio variklio veikimas labai priklauso nuo rotoriaus konstrukcijos. Šiame straipsnyje palyginami du pagrindiniai tipai - voverės narvas ir slydimo žiedas (suvynioti) rotoriai, paaiškinant, kaip jie yra pastatyti, kaip jie sukuria sukimo momentą per indukciją ir kaip rotoriaus pasipriešinimas veikia sukimo momento ir slydimo elgesį ir pagreitį. Taip pat pamatysite aiškius paleidimo metodų, priežiūros poreikių, išlaidų ir tipinių pritaikymų skirtumus.
Voverės narvo rotoriaus apžvalga
Voverės narvelio rotorius yra labiausiai paplitęs indukcinio variklio rotorius, pavadintas dėl narvo formos. Jis turi laminuoto plieno šerdį su aliuminio arba vario strypais, išdėstytais išilgai plyšių. Strypai yra nuolat trumpai sujungti galiniais žiedais abiejuose galuose, suformuojant uždarą laidžią kilpą.
Kas yra slydimo žiedo (suvyniotas) rotorius?
Slydimo žiedo (suvynioto) rotorius yra indukcinio variklio rotorius, kuriame vietoj kietų rotoriaus strypų naudojama trifazė apvija. Apvijos galai sujungiami su rotoriaus veleno slydimo žiedais, o angliniai šepetėliai užtikrina elektrinį kontaktą, leidžiantį rotoriaus grandinę prijungti prie išorinių komponentų.
Voverės narvo ir slydimo žiedo rotorių konstrukcija
Tiek voverės narvas, tiek slydimo žiedo rotoriai naudoja laminuotą plieninę šerdį, kad sumažintų nuostolius ir palaikytų magnetinį kelią, tačiau jie skiriasi tuo, kaip rotoriaus laidininkai yra išdėstyti ir kaip (arba ar) rotoriaus grandinę galima pasiekti iš variklio išorės.
Voverės narvo rotoriaus konstrukcija
Voverės narvelio rotorius yra pastatytas aplink laminuotą cilindrinę šerdį su laidžiais strypais, įmontuotais į plyšius išilgai. Šie strypai yra visam laikui sujungti galiniais žiedais abiejuose galuose, rotoriaus viduje suformuojant uždarą, trumpąjį jungimą. Kadangi grandinė yra sandari rotoriaus viduje, nėra slydimo žiedų, šepečių ar išorinių elektros jungčių, todėl konstrukcija yra paprasta ir mechaniškai tvirta.
Slydimo žiedo rotoriaus konstrukcija
Slydimo žiedas (suvyniotas) rotorius taip pat naudoja laminuotą šerdį, tačiau vietoj kietų strypų jame yra trifazė izoliuota rotoriaus apvija, įdėta į rotoriaus plyšius. Šios apvijos galai išvedami į tris slydimo žiedus, sumontuotus ant rotoriaus veleno. Angliniai šepetėliai prispaudžia šiuos slydimo žiedus, kad užtikrintų elektrinį kontaktą tarp besisukančio rotoriaus ir stacionarios išorinės grandinės. Dėl šios konstrukcijos rotoriaus apvija yra prieinama, todėl reikia prijungti išorinį pasipriešinimą, kai to reikia paleidimui ar valdymui.
Voverės narvo ir slydimo žiedo rotorių veikimo principas
Tiek voverės narvas, tiek slydimo žiedo rotoriai veikia per elektromagnetinę indukciją. Kai statoriaus apvijoms tiekiama kintamoji srovė, statorius sukuria besisukantį magnetinį lauką. Šis besisukantis laukas prasilenkia su rotoriaus laidininkais ir juose sukelia srovę. Indukuota rotoriaus srovė sukuria savo magnetinį lauką, o statoriaus lauko ir rotoriaus lauko sąveika sukuria sukimo momentą, dėl kurio rotorius sukasi.
Pagrindinis skirtumas yra tai, kaip teka indukuota rotoriaus srovė:
• Voverės narvelio rotorius: srovė teka per rotoriaus strypus, kurie yra nuolat trumpai sujungti galiniais žiedais, sudarydami uždarą kilpą rotoriaus viduje.
• Slydimo žiedo rotorius: srovė teka per trifazę rotoriaus apviją, sujungtą su slydimo žiedais, todėl rotoriaus grandinėje gali būti pridėtas išorinis pasipriešinimas (ypač užvedimo metu).
Voverės narvo ir slydimo žiedo rotorių palyginimas
| Funkcija | Voverės narvo rotorius | Slydimo žiedo rotorius |
|---|---|---|
| Statyba | Rotoriaus strypai ir galiniai žiedai | Rotoriaus apvijos, sujungtos su slydimo žiedais |
| Rotoriaus grandinė | Nuolatinis trumpasis jungimas | Galima pridėti išorinį pasipriešinimą |
| Pradinis sukimo momentas | Vidutinis | Aukštas |
| Greičio valdymas | Ribotas | Galimas geresnis greičio valdymas |
| Pradinė srovė | Aukštesnis | Apatinis |
| Efektyvumas | Didesnis įprasto veikimo metu | Mažesnis dėl atsparumo nuostolių |
| Priežiūra | Minimalus | Reikalinga šepečio ir slydimo žiedo priežiūra |
| Kaina | Apatinis | Didesnis dėl papildomų komponentų |
| Įprastos programos | Siurbliai, ventiliatoriai, kompresoriai | Kranai, keltuvai, liftai |
Rotoriaus pasipriešinimas, sukimo momento ir slydimo elgesys ir pagreičio valdymas
Rotoriaus pasipriešinimas formuoja, kur slydimo kreivėje atsiranda didžiausias sukimo momentas ir kaip sklandžiai variklis įsibėgėja esant apkrovai.
Sukimo momento ir slydimo elgesys
Indukciniame variklyje sukimo momentas keičiasi slystant. Rotoriaus pasipriešinimas daugiausia turi įtakos slydimui, kuriuo atsiranda maksimalus sukimo momentas:
• Didesnis rotoriaus pasipriešinimas perkelia maksimalaus sukimo momento tašką į didesnį slydimą (arčiau stovėjimo). Tai reiškia, kad esant mažam greičiui pasiekiamas didelis sukimo momentas, kuris padeda varikliui "išvažiuoti" didelės apkrovos užvedimo sąlygas.
• Mažesnis rotoriaus pasipriešinimas perkelia maksimalaus sukimo momento tašką į mažesnį slydimą (arčiau vardinio greičio). Tai palaiko efektyvų veikimą, kai variklis veikia beveik įprastu greičiu.
Voverės narvo variklis
Kadangi rotoriaus pasipriešinimas yra integruotas į rotoriaus strypo konstrukciją ir jo negalima pakeisti, variklio sukimo momento ir slydimo kreivė iš esmės yra fiksuota. Greitėjimo efektyvumas priklauso nuo to, kaip gerai ta įmontuota kreivė atitinka apkrovą:
• Jei apkrovos sukimo momentas sparčiai didėja greičiu, greitėjimas gali būti lėtesnis, nes variklis negali perkelti didžiausio sukimo momento srities į sustojimą.
• Variklis remiasi jam būdinga konstrukcija (strypo forma / medžiaga, kai kuriose konstrukcijose gilaus strypo arba dvigubo narvelio efektai), kad subalansuotų paleidimo našumą ir važiavimo efektyvumą.
Slydimo žiedo variklis
Naudojant slydimo žiedo rotorių, išorinis pasipriešinimas gali būti įterptas į rotoriaus grandinę pradedant keisti sukimo momento ir slydimo kreivę:
• Papildomas pasipriešinimas perkelia didžiausią sukimo momentą link didesnio slydimo, suteikdamas stiprų sukimo momentą esant mažam greičiui.
• Didėjant greičiui, variklis išlaiko naudingą sukimo momentą visame greitėjimo diapazone, išvengdamas silpno sukimo momento sričių, kurios gali sukelti vangų paleidimą arba užstrigimą.
• Artėjant vardiniam greičiui, išorinis pasipriešinimas sumažinamas arba pašalinamas, todėl variklis grįžta į mažesnės varžos būseną, kad veiktų normaliai ir būtų efektyviau.
Dėl šios reguliuojamos sukimo momento ir slydimo formos slydimo žiediniai varikliai yra pirmenybė didelės inercijos ar didelėms užvedimo apkrovoms: jie gali užtikrinti labiau kontroliuojamą greičio padidėjimą, sumažinti sukimo momento kritimą važiavimo metu ir užtikrinti sklandesnį pagreitį sudėtingomis mechaninėmis sąlygomis.
Voverės narvo ir slydimo žiedo rotorių paleidimo būdai
Paleidimo būdai skiriasi, nes voverės narvelio rotoriai turi fiksuotą rotoriaus grandinę, o slydimo žiedo rotoriai leidžia valdyti rotoriaus grandinę.
Voverės narvo variklio paleidimas
Kadangi voverės narvelio variklio rotoriaus varža yra fiksuota ir jos negalima reguliuoti, paleidimo procesas turi būti valdomas iš statoriaus pusės. Norint valdyti didelę įsibrovimo srovę, atsirandančią paleidimo metu, dažniausiai naudojami keli paleidimo būdai.
• Direct-On-Line (DOL) metodas sujungia variklį tiesiai su visa maitinimo įtampa, sukuriant didžiausią paleidimo srovę, tačiau tai yra paprastas ir nebrangus sprendimas.
• Star-Delta metodas paleidžia variklį su sumažinta įtampa, kad būtų apribota įjungimo srovė, o tada persijungia į pilną įtampą, kad normaliai veiktų.
• Minkštas starteris lėtai padidina statoriaus įtampą paleidimo metu, todėl galima sklandžiau įsibėgėti ir sumažinti mechaninį variklio ir varomosios įrangos įtempimą.
• Pažangiausias metodas yra kintamo dažnio pavara (VFD), kuri kontroliuoja maitinimo dažnį ir įtampą, kad būtų galima tiksliai valdyti paleidimo srovę, sukimo momentą ir greitį.
Šie paleidimo būdai pirmiausia naudojami siekiant apriboti paleidimo srovę ir sumažinti mechaninį įtempimą variklio paleidimo metu.
Slydimo žiedo variklio užvedimas
Variklis paprastai paleidžiamas išoriniu pasipriešinimu, įkištu į rotoriaus grandinę per slydimo žiedus. Didėjant greičiui, varža mažėja, kad būtų išlaikytas stiprus sukimo momentas su kontroliuojama srove. Netoli vardinio greičio, rotoriaus grandinė paprastai yra trumpai sujungta, kad veiktų normaliai. Šis metodas užtikrina didelį paleidimo momentą ir sklandų pagreitį.
Voverės narvo ir slydimo žiedo rotorių pritaikymas
Voverės narvo varikliai
• Siurbliai – voverės narvelio varikliai yra plačiai naudojami vandens tiekimo sistemose, drėkinimo siurbliuose ir pramoninių skysčių tvarkyme, nes jie užtikrina patikimą nepertraukiamą veikimą ir reikalauja minimalios priežiūros.
• Ventiliatoriai ir pūstuvai – šie varikliai idealiai tinka vėdinimo sistemoms, aušinimo bokštams ir oro cirkuliacijos įrangai, kur reikalingas pastovus greitis ir ilgos darbo valandos.
• Kompresoriai – daugelis pramoninių ir šaldymo kompresorių naudoja voverės narvelio variklius dėl jų tvirtos konstrukcijos ir gebėjimo efektyviai veikti esant pastoviai apkrovai.
• Konvejerių sistemos – konvejerių juostose gamyklose, sandėliuose ir gamybos linijose dažniausiai naudojami voverės narvelio varikliai, nes jie užtikrina patikimą našumą nepertraukiamam medžiagų transportavimui.
• ŠVOK įranga – šildymo, vėdinimo ir oro kondicionavimo sistemos priklauso nuo voverės narvelio variklių, kad būtų galima valdyti ventiliatorius, siurblius ir vėdinimo įrenginius, kur tylus, efektyvus ir patikimas veikimas yra būtinas.
Slydimo žiedo varikliai
• Kranai – kranuose naudojami slydimo žiedo varikliai, nes jie užtikrina didelį paleidimo momentą ir sklandų pagreitį, o tai svarbu keliant sunkius krovinius.
• Keltuvai – pramoniniams keltuvams naudingi slydimo žiedo varikliai, nes išorinis rotoriaus pasipriešinimas leidžia geriau valdyti paleidimo srovę ir sukimo momentą kėlimo operacijų metu.
• Liftai – kai kuriose sunkiųjų liftų sistemose naudojami slydimo žiediniai varikliai, kad būtų pasiektas kontroliuojamas pagreitis ir lėtėjimas, pagerinamas saugumas ir važiavimo sklandumas.
• Smulkintuvai – kasybos ir medžiagų apdorojimo smulkintuvai reikalauja labai didelio paleidimo momento, kad perkeltų dideles mechanines apkrovas, todėl slydimo žiediniai varikliai tinka šioms reikmėms.
• Valcavimo staklės – plieno ir metalo valcavimo staklės dažnai naudoja slydimo žiedo variklius, nes jie leidžia kontroliuoti paleidimą ir gali atlaikyti sunkias, kintančias apkrovas metalo formavimo procesų metu.
• Dideli pramoniniai ventiliatoriai – didelėse vėdinimo ar krosnių sistemose slydimo žiediniai varikliai padeda sklandžiai paleisti masyvias ventiliatoriaus mentes be pernelyg didelės srovės ar mechaninio įtempimo.
Kaip pasirinkti tinkamą variklio tipą
Pasirinkite voverės narvo variklį, kai:
• Paleidimo momentas normalus (paleidimo metu nėra didelės apkrovos)
• Krovinys lengvai įsibėgėja (maža ar vidutinė inercija)
• Priimtinas pastovaus greičio veikimas
• Norite paprasto montavimo, mažų sąnaudų ir minimalios priežiūros
Pasirinkite slydimo žiedo variklį, kai:
• Variklis turi įsijungti esant didelei apkrovai
• Krovinys turi didelę inerciją ir jį reikia kontroliuoti
• Paleidimo srovė turi būti ribojama (silpnas maitinimas arba labai didelis variklis)
• Jums reikia sklandaus važiavimo, kad sumažintumėte mechaninį įtempimą movoms, krumpliaračiams, diržams ar varomai mašinai
Išvada
Voverės narvelio rotoriai yra tvirtas, nebrangus, mažai priežiūros reikalaujantis sprendimas, pasižymintis dideliu efektyvumu atliekant pastovaus greičio darbus, tačiau siūlo ribotą paleidimo ir pagreičio valdymą be išorinės įrangos. Slydimo žiediniai rotoriai padidina sudėtingumą ir priežiūrą, tačiau užtikrina reguliuojamą rotoriaus pasipriešinimą, kad būtų užtikrintas didelis paleidimo momentas, mažesnė paleidimo srovė ir sklandesnis važiavimas. Tinkamo rotoriaus pasirinkimas priklauso nuo apkrovos inercijos, paleidimo poreikių ir valdymo reikalavimų.
Dažnai užduodami klausimai [DUK]
Kodėl slydimo žiedo varikliai užtikrina didesnį paleidimo momentą nei voverės narvelio varikliai?
Slydimo žiedo varikliai paleidimo metu gali padidinti išorinį rotoriaus grandinės pasipriešinimą. Tai padidina rotoriaus pasipriešinimą, todėl maksimalus sukimo momento taškas perkeliamas arčiau stovėjimo momento ir slydimo kreivėje. Dėl to variklis gali sukurti stiprų sukimo momentą esant mažam greičiui, todėl tinka dideliems kroviniams užvesti.
Ar voverės narvelio indukcinis variklis gali pasiekti kintamo greičio valdymą?
Taip. Nors paties rotoriaus reguliuoti negalima, greičio valdymas gali būti pasiektas kontroliuojant statoriaus tiekimo dažnį naudojant kintamo dažnio pavarą (VFD). Keičiant varikliui tiekiamą dažnį ir įtampą, VFD leidžia sklandžiai ir efektyviai valdyti greitį plačiame veikimo diapazone.
Ar slydimo žiedo varikliai vis dar turi privalumų, kai naudojami šiuolaikiniai VFD?
Daugelyje šiuolaikinių sistemų VFD sumažino slydimo žiedų variklių poreikį, nes jie užtikrina tikslų voverės narvelio variklių greičio ir paleidimo valdymą. Tačiau slydimo žiedo varikliai vis dar naudingi labai didelėms ar didelės inercijos reikmėms, kur reikalingas stiprus paleidimo momentas ir srovės apribojimas be sudėtingų elektroninių pavarų.
Kaip rotoriaus konstrukcija veikia indukcinio variklio efektyvumą įprasto veikimo metu?
Rotoriaus pasipriešinimas vaidina pagrindinį vaidmenį efektyvumui. Voverės narvelio rotoriai paprastai turi mažesnį rotoriaus pasipriešinimą įprasto veikimo metu, o tai sumažina galios nuostolius ir pagerina efektyvumą. Slydimo žiedo varikliai gali patirti didesnius nuostolius, jei rotoriaus grandinėje lieka išorinis pasipriešinimas, todėl varža paprastai pašalinama po paleidimo.
Į kokius veiksnius turėtumėte atsižvelgti renkantis indukcinio variklio rotoriaus tipą?
Pagrindiniai pasirinkimo veiksniai yra reikalingas paleidimo momentas, apkrovos inercija, leistina paleidimo srovė, techninės priežiūros galimybės ir bendros sistemos išlaidos. Programos su nedidelėmis paleidimo apkrovomis paprastai teikia pirmenybę voverės narvelio varikliams, o didelės apkrovos paleidimas ar kontroliuojamas pagreitis dažnai pateisina slydimo žiedo variklių naudojimą.
