Οι ηλεκτροκινητήρες έχουν γίνει μέρος της καθημερινής ζωής και είναι απαραίτητοι σε όλους τους τομείς.
Είτε πρόκειται για κινητήρες που χρησιμοποιούνται για την κίνηση των οχημάτων, είτε για μεγαλύτερους ηλεκτροκινητήρες σε ραουλόδρομους που μεταφέρουν εμπορεύματα, τα συστήματα αυτά συναντώνται σε ένα ευρύ φάσμα βιομηχανιών και εφαρμογών.
Οι ηλεκτροκινητήρες του οίκου SEW-EURODRIVE χρησιμοποιούνται μεταξύ άλλων:
- στην αυτοκινητοβιομηχανία
- στον τομέα των μεταφορών, της εφοδιαστικής αλυσίδας και αποθήκευσης
- στην τεχνολογία γερανών
Κάθε τομέας έχει τις δικές του απαιτήσεις, και επομένως χρειάζεται και τον κατάλληλο ηλεκτροκινητήρα.
Ο οίκος SEW-EURODRIVE ανέπτυξε ένα έξυπνο σύστημα παραγωγής μηχανημάτων (modular system), όπου τα διάφορα μέρη του ηλεκτροκινητήρα (μεμονωμένα εξαρτήματα) συναρμολογούνται σε αμέτρητους συνδυασμούς και προσαρμόζονται στις διαφορετικές ανάγκες των πελατών.
Χάρη στο πρωτοπόρο αυτό σύστημά του, οι διαφορετικοί ηλεκτροκινητήρες μπορούν να είναι εξατομικευμένα προσαρμοσμένοι στις απαιτήσεις της εκάστοτε εφαρμογής.
Τύποι ηλεκτροκινητήρων και τομείς εφαρμογής
Δύο από τους πιο συχνά χρησιμοποιούμενους ηλεκτροκινητήρες είναι ο ασύγχρονος κινητήρας (AC) και ο σύγχρονος κινητήρας (SERVO).
Πώς και πού χρησιμοποιούνται όμως αυτοί οι κινητήρες;
Πώς είναι σχεδιασμένοι και πώς λειτουργούν;
Για να δείξουμε πώς και πού μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι ηλεκτροκινητήρες στην πράξη, ας ρίξουμε μια ματιά σε μια εφαρμογή με περισσότερες λεπτομέρειες.
Η εν λόγω εφαρμογή είναι ένα σύστημα αποθήκευσης και ανάκτησης, που συναντάμε συχνά στον τομέα των logistics.
Χρησιμοποιείται για την ταξινόμηση εμπορευμάτων σε παλέτες ή σε κιβώτια σε μια αποθήκη με ράφια σε διάφορα ύψη.
Οι ραουλόδρομοι χρησιμοποιούνται για να διασφαλιστεί ότι υπάρχει ροή αγαθών προς ή από το σύστημα αποθήκευσης και ανάκτησης. Σε αυτήν την εφαρμογή χρησιμοποιούνται τόσο ασύγχρονοι όσο και σύγχρονοι ηλεκτροκινητήρες.
Το σύστημα αποθήκευσης και ανάκτησης διαθέτει σύγχρονους ηλεκτροκινητήρες για τον μηχανισμό διακίνησης φορτίων, ο οποίος είναι υπεύθυνος για την πρόσβαση στα εμπορεύματα που βρίσκονται σε διάφορες τοποθεσίες στο χώρο αποθήκευσης.
Οι ηλεκτροκινητήρες που χρησιμοποιούνται εδώ πρέπει να μπορούν να λειτουργούν με ακρίβεια και να είναι όσο το δυνατόν πιο ελαφρείς και συμπαγείς. Οι σύγχρονοι ηλεκτροκινητήρες είναι ιδιαίτερα κατάλληλοι για αυτό, λόγω της υψηλής απόδοσής τους.
Ο ραουλόδρομος χωρίζεται σε διάφορα τμήματα. Ένας ασύγχρονος ηλεκτροκινητήρας με τον κατάλληλο μειωτήρα μετάδοσης χρησιμοποιείται για κάθε τμήμα. Οι ηλεκτροκινητήρες που χρησιμοποιούνται εδώ λειτουργούν συνεχώς, και ως εκ τούτου πρέπει να είναι ανθεκτικοί.
Οι ασύγχρονοι ηλεκτροκινητήρες είναι ιδιαίτερα κατάλληλοι για αυτήν την εργασία, αφού:
- έχουν έναν απλό και στιβαρό σχεδιασμό
- απαιτούν ελάχιστη συντήρηση
- χαρακτηρίζονται από την εξαιρετική λειτουργική ασφάλεια και αξιοπιστία τους
- διαθέτουν συγκριτικά χαμηλή τιμή
Με αντίστοιχο τρόπο, οι ηλεκτροκινητήρες του οίκου SEW-EURODRIVE χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία τροφίμων και ποτών, τουβλοποιία, ναυτιλία, τσιμεντοποιία, βιομηχανία χημικών, πλαστικών και λιπασμάτων, παραγωγής ενέργειας, αλουμινίου και χάλυβα, βιοτεχνίες και όπου χρειάζεται μετάδοση κίνησης.
Ασύγχρονοι κινητήρες (AC)
Εγκατάσταση στο δίκτυο
Για να λειτουργήσει ένας ασύγχρονος ηλεκτροκινητήρας, απαιτείται πρώτα μια πηγή τάσης. Σε απλοποιημένη μορφή, ο ασύγχρονος ηλεκτροκινητήρας συνδέεται απευθείας με την τάση γραμμής. Αυτό θα μπορούσε για παράδειγμα να είναι ένα τριφασικό σύστημα τροφοδοσίας 400 V με συχνότητα 50 Hz. Αυτό επιτρέπει στον ασύγχρονο ηλεκτροκινητήρα να λειτουργεί με σταθερή ταχύτητα. Η ταχύτητα εξαρτάται από τον ίδιο τον ασύγχρονο ηλεκτροκινητήρα και τη συχνότητα της γραμμής.
Εγκατάσταση με μετατροπέα συχνότητας (inverter)
Εάν οι απαιτήσεις για τον ηλεκτροκινητήρα είναι πιο περίπλοκες, μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ένας μετατροπέας συχνότητας. Η κύρια δουλειά ενός μετατροπέα συχνότητας είναι να ελέγχει την ταχύτητα του ηλεκτροκινητήρα.
Μπορεί να σας ενδιαφέρει: Μάθετε πώς ο μετατροπέας συχνότητας έχει επιδράσει στον βιομηχανικό αυτοματισμό
Σχηματισμός του μαγνητικού πεδίου του στάτορα
Εάν ένα ρεύμα ρέει μέσω ενός ηλεκτρικού αγωγού, περιβάλλεται από ένα μαγνητικό πεδίο. Μπορείτε έτσι να δημιουργήσετε ηλεκτρομαγνητισμό με τη βοήθεια ηλεκτρικού ρεύματος.
Μεγαλύτερο μαγνητικό αποτέλεσμα επιτυγχάνεται με την ίδια ποσότητα ρεύματος αλλά περιστρέφοντας τον αγωγό σχηματίζοντας ένα πηνίο. Το μαγνητικό πεδίο συμπιέζεται μέσα στο πηνίο, αυξάνοντας έτσι το μαγνητικό αποτέλεσμα.
Ο μαγνητικός βόρειος πόλος βρίσκεται στη θέση όπου εξέρχονται οι γραμμές πεδίου και ο νότιος πόλος στη θέση όπου εισέρχονται. Αυτό το φαινόμενο ενισχύεται από έναν σιδηρομαγνητικό πυρήνα.
Περιστρεφόμενη κίνηση του μαγνητικού πεδίου του στάτορα
Οι περιελίξεις του στάτορα είναι διατεταγμένες με μετατόπιση 120 μοιρών, κάτι που φαίνεται εδώ σε απλοποιημένη μορφή. Η ηλεκτρική σύνδεση των περιελίξεων του στάτορα είναι γνωστή ως σύνδεση αστέρα. Αυτά τα μέρη του ηλεκτροκινητήρα, οι περιελίξεις, συνδέονται στη μια πλευρά τους με μία φάση του τριφασικού ρεύματος ενώ συνδέονται μεταξύ τους στην άλλη πλευρά.
Υπάρχουν και άλλοι σημαντικοί τύποι σύνδεσης, τύποι περιελίξεων και διατάξεις περιέλιξης, που χρησιμοποιούνται ανάλογα με τον τύπο του ηλεκτροκινητήρα και τις απαιτήσεις. Η σύνδεση υλοποιείται στο κλεμοκιβώτιο του ηλεκτροκινητήρα.
Οι τρεις φάσεις του τριφασικού ρεύματος δημιουργούν μαγνητικά πεδία στις τρεις περιελίξεις του στάτορα. Εξεταζόμενη λεπτομερέστερα, η ημιτονοειδής πρόοδος της ισχύος του ρεύματος στις τροχιές αγωγών της περιέλιξης του στάτορα παράγει ένα μαγνητικό πεδίο με μεταβλητή ισχύ και κατεύθυνση.
Αυτό το μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο είναι που προκαλεί την περιστροφική κίνηση. Το μαγνητικό πεδίο του στάτορα ευθυγραμμίζεται σε συγχρονισμό με το τριφασικό ρεύμα που το δημιουργεί και ο ηλεκτροκινητήρας περιστρέφεται.
Διαβάστε επίσης: Πώς θα αυξήσετε τη διάρκεια ζωής ενός ηλεκτροκινητήρα
Επαγωγή
Εάν ένας ηλεκτρικός αγωγός βρίσκεται σε ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο, το οποίο δρα κατακόρυφα σε αυτόν, τότε παράγεται ηλεκτρική τάση. Η μεγαλύτερη αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο συμβαίνει όταν ο αγωγός εισέρχεται στο μαγνητικό πεδίο, γι' αυτό και η μεγαλύτερη απόκλιση του βολτόμετρου είναι μεγαλύτερη εδώ.
Ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο δεν παράγει αυτό το φαινόμενο. Αυτή η αρχή είναι γνωστή σαν νόμος της επαγωγής. Χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Οι αγώγιμες ράβδοι του ρότορα σε έναν ασύγχρονο ηλεκτροκινητήρα είναι διατεταγμένες κάθετα στο μαγνητικό πεδίο του στάτορα. Το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτορα επάγει έτσι μια ηλεκτρική τάση σε αυτές τις αγώγιμες ράβδους.
Περιστροφική κίνηση του ρότορα
Εάν ένα μαγνητικό πεδίο ενεργεί κατακόρυφα σε έναν αγωγό που μεταφέρει ρεύμα, αυτό παράγει μια δύναμη, η οποία δρα στον αγωγό. Αυτή η δύναμη είναι γνωστή ως δύναμη Lorentz και είναι η αιτία της κίνησης στους ασύγχρονους ηλεκτροκινητήρες. Η αγώγιμη ράβδος είναι τοποθετημένη στην περιφέρεια του ρότορα, ένα από τα βασικά μέρη του ηλεκτροκινητήρα.
Η δύναμη Lorentz παράγει μια ροπή κατά μήκος όλης της ακτίνας του ρότορα. Σύμφωνα με το νόμο της επαγωγής, η επαγόμενη τάση στις ράβδους του αγωγού του ρότορα παράγεται μόνο εάν το μαγνητικό πεδίο του στάτορα αλλάξει σε σχέση με τις ράβδους του αγωγού. Μια αλλαγή είναι δυνατή μόνο εάν το μαγνητικό πεδίο του στάτορα και ο ρότορας δεν περιστρέφονται με την ίδια ταχύτητα.
Επομένως, πρέπει να υπάρχει μια διαφορά ταχύτητας μεταξύ του μαγνητικού πεδίου του στάτη και του ρότορα, η οποία είναι γνωστή ως ολίσθηση. Η ολίσθηση εμφανίζεται αυτόματα ανάλογα με το φορτίο στον άξονα του κινητήρα.
Ο οίκος SEW-EURODRIVE Γερμανίας κατασκευάζει ηλεκτροκινητήρες σύμφωνα με τους κανονισμούς της Ε.Ε. με μειωμένη έως σχεδόν μηδενική ολίσθηση μεταξύ ρότορα-στάτορα ώστε να επιτυγχάνεται η υψηλή απόδοσή τους και με χαμηλή κατανάλωση:
Σειρά DRN Premium Efficiency (IE3)
Σειρά DRU Super Premium Efficiency (IE4)
Σύγχρονοι κινητήρες (SERVO)
Ας δούμε τώρα πώς λειτουργούν και οι σερβοκινητήρες.
Εγκατάσταση
Απαιτείται μια πηγή τάσης για τη λειτουργία ενός σύγχρονου κινητήρα. Ο σύγχρονος κινητήρας δεν μπορεί να συνδεθεί απευθείας στην τάση γραμμής.
Για το λόγο αυτό, χρησιμοποιείται για παράδειγμα ένας μετατροπέας συχνότητας, ο οποίος θα μπορούσε να συνδεθεί σε ένα τριφασικό σύστημα τροφοδοσίας 400 V με συχνότητα 50 Hz.
Ο μετατροπέας συχνότητας επιτρέπει τον αποκλειστικό έλεγχο της ταχύτητας ή της ροπής του κινητήρα.
Μπορεί να σας ενδιαφέρει: Μετατροπέας συχνότητας MOVI-C στα συστήματα αυτοματισμού
Σύνδεση Εξαρτημάτων Ηλεκτροκινητήρα
Ας δούμε πως συνδέονται μεταξύ τους και πώς λειτουργούν τα μέρη του ηλεκτροκινητήρα.
Με τους μαγνήτες και τα μαγνητικά πεδία, οι πόλοι με την ίδια πολικότητα απωθούνται μεταξύ τους και αυτοί με διαφορετική πολικότητα ελκύουν ο ένας τον άλλον.
Στον σύγχρονο κινητήρα, έχουμε το σταθερό μαγνητικό πεδίο του ρότορα και το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτορα, τα οποία αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.
Πιο συγκεκριμένα, αυτό σημαίνει ότι το μαγνητικό πεδίο του ρότορα προσαρμόζεται στο περιστρεφόμενο πεδίο του στάτορα. Ο ρότορας επομένως περιστρέφεται σε συγχρονισμό με το μαγνητικό πεδίο του στάτορα, επειδή έλκεται και ωθείται από αυτόν.
Δεν υπάρχει ολίσθηση με έναν σύγχρονο κινητήρα κατά την κανονική λειτουργία, επομένως δεν υπάρχει διαφορά μεταξύ της ταχύτητας του πεδίου περιστροφής του στάτορα και του πεδίου περιστροφής του ρότορα.
Ωστόσο, εάν εφαρμοστεί ένα φορτίο, το μαγνητικό πεδίο του ρότορα υστερεί σε σχέση με το μαγνητικό πεδίο του στάτορα κατά μια ορισμένη γωνία, τη λεγόμενη γωνία μετατόπισης του ρότορα που αυξάνεται αναλογικά με το φορτίο.
Η μέγιστη ροπή εμφανίζεται σε γωνία μετατόπισης ρότορα 90°. Σε αυτό το σημείο, οι πόλοι του ρότορα βρίσκονται ακριβώς ανάμεσα στους δύο πόλους του στάτορα. Αυτό σημαίνει ότι η έλξη των πόλων με διαφορετική πολικότητα και η απώθηση των πόλων με την ίδια πολικότητα συμβάλλουν στο σχηματισμό ροπής.
Ο μόνιμος μαγνήτης στο κέντρο του ρότορα είναι υπεύθυνος για τη σύγχρονη ταχύτητα και την ταχύτητα του μαγνητικού πεδίου του στάτορα.
Η ταχύτητα του μαγνητικού πεδίου του στάτορα μπορεί να μεταβληθεί χρησιμοποιώντας τον μετατροπέα συχνότητας.
Για οποιαδήποτε ερώτησή σας για τα μέρη του ηλεκτροκινητήρα και τη λειτουργία τους, επικοινωνήστε μαζί μας.
Η εταιρεία Χρ. Μπόζνος και Υιος Α.Ε., με την πολυετή εμπειρία της στον τομέα της Μετάδοσης κίνησης, μπορεί να σας συμβουλέψει και να σας βοηθήσει είτε για την επιλογή του κατάλληλου ηλεκτροκινητήρα μαζί με τον μειωτήρα για εφαρμογή σας είτε για την συντήρηση και επισκευή του.