Asynchrónny stroj

Asynchrónny stroj je druh točivého elektrického stroja na striedavý prúd bez komutátora, pri ktorom je ustálená otáčavá rýchlosť rotora odlišná od rýchlosti otáčania otáčavého magnetického poľa statora, teda asynchrónna.

Patrí medzi tzv. indukčné stroje.

Konštrukcia

Stator je konštrukčne rovnaký ako stator synchrónneho stroja, rovnaké je aj vinutie statora.

Rotor (kotva) je zložený z izolovaných plechov. Je drážkovaný po celom obvode, pričom v drážkach je vložené trojfázové rotorové vinutie, ktoré je v prevádzke spojené nakrátko (skratované). Ďalšou možnosťou konštrukcie rotora je klietka (obrázok), ide o viacfázové prevedenie rotorového vinutia, trvalo spojeného nakrátko:

Ilustrácia kotvy nakrátko
1. Hriadeľ
2. Klietka
3. Výstuha (zobrazená len časť)
4. Fixovacie drážky

Paralelne k hriadelu (1) je klietka (2). Táto a z medi alebo hliníka, ktorá sama o sebe je príliš poddajná nato, aby preniesla krútiaci moment stroja. Preto sa ešte vystužuje lamelami (3) z ocele legovanej kremíkom, ktorá má menšiu vodivosť a oveľa menšie vírivé prúdy. Okrem toho homogenizuje indukované magnetické pole a legovaná oceľ má navyše vhodné mechanické vlastnosti.

Ilustrácia kotvy nakrátko, so stúpaním

Tyče majú na prvom obrázku axiálnu odchýlku 0° (axiálne), ale pre lepšiu šumovú charakteristiku točivého pola sa v súčasnosti mierne stáčajú (cca 5°, zhruba ako na vrtáku), pozri druhý obrázok.

Toto tiež uľahčuje výrobu, pretože tyče netreba nalisovať kvôli tomu, že výstuže majú väčšie diery a tyče stačí voľne nasunúť a skrútením sa zafixujú.

Potom sa skrútená vystužená klietka za pomoci lisu navlečie na hriadeľ.

Princíp činnosti

Statorové vinutie, napájané z trojfázovej siete, vytvorí v stroji otáčavé magnetické pole so synchrónnou frekvenciou otáčania. Vo vinutí rotora, ktorý sa nachádza v tomto poli, sa indukuje elektrické napätie. Keďže je obvod rotora uzatvorený, preteká vodičmi vinutia rotora prúd. Magnetické pole statora pôsobí na tyče rotora (klietky) silou, ktorá vytvorí mechanický krútiaci moment na hriadeli stroja. Silové pôsobenie poľa na vinutie rotora s indukovaným prúdom závisí na veľkosti zmeny magnetického toku viazaného vinutím. Táto zmena magnetického toku je nenulová len pri rozdielnych otáčkach poľa statora a rotora. Preto asynchrónny motor nedosahuje synchrónne otáčky, teda pracuje v podsynchrónnej oblasti. Asynchrónny generátor generuje elektrický výkon až v nadsynchrónnej oblasti otáčok.

Osobitosti vyhotovenia

Stroje s vinutým rotorom (trojfázové) majú toto vinutie pripojené na tri krúžky a pomocou kief vyvedené na svorkovnicu stroja. Tu je pripojený rotorový spúšťač, ktorý sa využíva pri nábehu na zvýšenie záberového momentu stroja a obmedzenie záberového prúdu. Takto sú konštruované prevažne stroje s vyšším výkonom.

Niektoré klietkové stroje majú klietku odliatu z hliníka a na oboch koncoch rotora spojené hliníkovými kruhmi. Keďže rotorový obvod nie je zvonku prístupný, funkciu rotorového spúšťača spĺňa špeciálne tvarovaná klietka (využíva sa jav nazývaný skinefekt). Ide o stroje s nižším výkonom.

Jednofázové stroje majú namiesto trojfázového statorového vinutia len jednofázové. Takéto vinutie nevytvára otáčavé magnetické pole, nedokáže stroj rozbehnúť, ale pri behu vytvára krútiaci moment a dokáže udržať stroj v chode. Preto sa na rozbeh požíva pomocné statorové vinutie v sérií zapojené s rozbehovým kondenzátorom. Po nábehu stroja je toto vinutie odpojené. Používajú sa len jednofázové motory. Ich rotor je výhradne klietkový. Takto sú konštruované všetky asynchrónne motory určené pre pripojenie na jednofázový rozvod elektrickej energie.

Regulácia

Hlavný regulačný parameter je frekvencia napájacej siete, pomocou ktorej je možné regulovať otáčky stroja v širokom rozmedzí, pričom sa negatívne neovplyvňuje účinnosť motora (tvrdá bezstratová regulácia). Regulátorom frekvencie je napr. frekvenčný menič. Ďalší spôsob regulácie otáčok stroja je zaradenie prídavných rezistorov do rotorového obvodu. Ide o stratovú reguláciu, pretože sa zníži výkon stroja, navyše je realizovateľná len u strojov s vinutým rotorom.

Výhodné je tzv. vektorové riadenie točivého magnetického poľa. Spolu s použitím vhodnej prevodovky (zosadenia) sa dá takto realizovať servomotor pre extrémne podmienky. S meraním uhla natočenia dokonca vysokovýkonný emulovaný krokový motor (EMUSTEP). Základná a veľmi dobrá vlastnosť je, že asynchrónny stroj môže byť zaťažovaný pre veľký rozptyl momentu pri malom rozdiely otáčok.

Použitie

Asynchrónne stroje sa využívajú hlavne ako pohonné motory v priemyselnej výrobe. Ďalej sú to takmer všetky motory pre jednofázovú sieť, teda elektrické pohony domácich spotrebičov (chladnička, práčka…). Indukčné stroje v generátorickej prevádzke sa často používajú ako generátory vo veterných a malých vodných elektrárňach.