Silniki indukcyjne

W świecie maszyn i urządzeń, gdzie liczy się trwałość oraz ekonomia eksploatacji, silnik indukcyjny nie ma sobie równych. To właśnie ten typ silnika stanowi serce większości instalacji przemysłowych na świecie. Niezależnie od tego, czy mówimy o wielkich liniach produkcyjnych, systemach wentylacji w biurowcach, czy domowej pompie wody - z dużym prawdopodobieństwem za ruch odpowiada właśnie silnik asynchroniczny.

Dlaczego silniki indukcyjne zyskały tak ogromną popularność? Odpowiedź tkwi w ich budowie. Prosta konstrukcja, brak skomplikowanych elementów stykowych oraz wysoka odporność na trudne warunki pracy sprawiają, że jest to komponent niemal bezobsługowy. W sklepie PLE Service znajdą Państwo szeroki wybór jednostek napędowych, które zamieniają energię elektryczną w energię mechaniczną z wysoką sprawnością i niezawodnością.

Czym jest silnik indukcyjny i jak działa?

Aby zrozumieć fenomen tego urządzenia, warto przyjrzeć się jego fizyce. Każdy silnik elektryczny tego typu składa się z dwóch głównych części: nieruchomego stojana i ruchomego wirnika. Zasada działania opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej - stąd właśnie nazwa silnik indukcyjny.

Gdy podłączymy zasilanie do uzwojeń, wewnątrz stojana powstaje wirujące pole magnetyczne. Pole to omiata wirnik, który znajduje się wewnątrz. W przeciwieństwie do silników komutatorowych, tutaj nie dostarczamy prądu do elementu wirującego fizycznie. Zmienne pole magnetyczne przenika przez wirnik, co powoduje, że zaczyna się w nim indukować siła elektromotoryczna. To z kolei wymusza przepływ prądu w prętach wirnika. Zgodnie z prawami fizyki, indukowany prąd w polu magnetycznym wytwarza siłę – powstaje moment obrotowy, który zaczyna obracać wałem.

Zasada działania poślizgu w silnikach asynchronicznych

Charakterystyczną cechą, która odróżnia silnik indukcyjny od konstrukcji takich jak silnik synchroniczny, jest występowanie poślizgu. Aby silnik mógł pracować, prędkość wirnika musi być zawsze nieco mniejsza niż prędkość wirującego pola magnetycznego (tzw. prędkość synchroniczna). Gdyby wirnik zrównał się z polem, strumień magnetyczny przestałby się zmieniać względem wirnika, prąd przestałby płynąć, a moment obrotowy zanikłby. Ta różnica prędkości to właśnie poślizg. Często używa się nazwy silnik asynchroniczny, ponieważ ruch wału nie jest idealnie zsynchronizowany z częstotliwością sieci.

Budowa silnika indukcyjnego

Analizując konstrukcję silnika indukcyjnego, widzimy urządzenie, które ewoluowało przez dekady. Każdy element ma tu swoje zadanie i wpływa na finalną jakość pracy silnika.

Stojan jako generator pola

Stojan to zewnętrzna, nieruchoma część silnika. Zbudowany jest z pakietu blach stalowych (często nazywanych blachami prądnicowymi), które są odizolowane od siebie, aby zminimalizować straty energii. W żłobkach stojana umieszczone jest uzwojenie wykonane z drutu miedzianego. To właśnie uzwojenia stojana, zasilane prądem przemiennym, odpowiadają za to, by wytworzyć odpowiednie pole magnetyczne. W zależności od sposobu nawinięcia, silnik może mieć jedną lub wiele par biegunów, co bezpośrednio wpływa na jego prędkość obrotową przy danej częstotliwości sieci.

Wirnik - element ruchomy

To serce układu mechanicznego. Wirnik osadzony jest na wale i obraca się wewnątrz stojana. Najczęściej spotykanym rozwiązaniem jest silnik klatkowy. Jego wirnik składa się z prętów (aluminiowych lub miedzianych) połączonych na końcach pierścieniami końcowymi. Wirnik jest praktycznie niezniszczalny, bo nie posiada uzwojeń z drutu, które mogłyby się przerwać pod wpływem siły odśrodkowej. Drugim typem jest wirnik w silniku pierścieniowym, gdzie mamy klasyczne uzwojenie wyprowadzone na zewnątrz, ale o tym w dalszej części.

Wał i łożyskowanie

Cały moment obrotowy przekazywany jest na wał wykonany z wysokogatunkowej stali. Wał musi być podparty w sposób umożliwiający swobodny obrót przy minimalnych oporach. Tutaj najważniejszą rolę odgrywa łożysko. W silnikach indukcyjnych stosuje się zazwyczaj łożyska toczne, które muszą radzić sobie z siłami promieniowymi (od naciągu paska czy ciężaru wirnika) oraz osiowymi. Dobrej klasy łożysko gwarantuje cichą pracę i długą żywotność.

Obudowa i chłodzenie

Obudowa silnika (często żeliwna lub aluminiowa) pełni funkcję ochronną oraz odprowadza ciepło. Większość silników przemysłowych posiada na wale zamontowany wentylator, który wymusza przepływ powietrza wzdłuż ożebrowania obudowy. Dzięki temu silnik nie ulega przegrzaniu nawet podczas pracy ciągłej.

Rodzaje silników indukcyjnych ze względu na zasilanie

W zależności od dostępnej instalacji elektrycznej oraz wymagań maszyny, stosujemy różne warianty napędów. Najważniejszy podział dotyczy liczby faz zasilających.

Silniki trójfazowe to standard przemysłowy

Trójfazowy silnik indukcyjny to król fabryk. Zasilany jest z sieci 400V (dawniej 380V), gdzie trzy fazy przesunięte są względem siebie o 120 stopni. Taka konfiguracja sprawia, że wirujące pole magnetyczne powstaje w sposób naturalny i samoczynny. Trójfazowe silniki charakteryzują się:

• Wysokim momentem rozruchowym - silnik startuje pewnie nawet pod obciążeniem.
  
• Równomierną pracą - moment obrotowy jest stabilny w czasie.
• Wyższą sprawnością niż modele jednofazowe.

Jeśli tylko masz możliwość doprowadzenia siły, wybór silników elektrycznych trójfazowych będzie najlepszą decyzją. Każdy silnik trójfazowy w naszej ofercie jest przetestowany i przystosowany do ciężkiej pracy.

Wirnik klatkowy czy pierścieniowy?

Kolejny podział dotyczy konstrukcji samego wirnika, co ma kluczowe znaczenie dla charakterystyki rozruchu.

Silnik klatkowy

To najpowszechniejszy typ silnika. Jego wirnik to lita konstrukcja z prętów, nazywana też klatką.

Zalety: Bardzo prosta konstrukcja, niska cena, wysoka trwałość, brak elementów ściernych jak szczotki.
Wady: Duży prąd rozruchowy (uderzenie prądu przy starcie może być 5-8 razy większe niż prąd znamionowy), relatywnie niski moment przy starcie w porównaniu do silników pierścieniowych. Dzięki nowoczesnej elektronice (softstarty, falowniki), problem dużego prądu rozruchowego w silnikach klatkowych został w dużej mierze rozwiązany, co czyni je uniwersalnym napędem.

Silnik pierścieniowy

Jest to silnik indukcyjny, w którym wirnik posiada tradycyjne uzwojenie trójfazowe, a jego końce wyprowadzone są na pierścienie ślizgowe. Po pierścieniach ślizgają się szczotki, co pozwala na podłączyć do wirnika dodatkowy, zewnętrzny rozrusznik oporowy.

Stosuje się go tam, gdzie wymagany jest bardzo ciężki rozruch - np. duży dźwig, kruszarka, taśmociąg startujący z pełnym towarem.

Zwiększając rezystancję w obwodzie wirnika, uzyskujemy potężny moment rozruchowy przy jednoczesnym ograniczeniu prądu pobieranego z sieci. Jest to jednak rozwiązanie droższe i wymagające częstszej konserwacji (wymiana szczotek), dlatego w wielu miejscach wypierane jest przez zestawy: silnik klatkowy + falownik.

Parametry, na które należy zwrócić uwagę

Wybierając elektryczny napęd z naszej oferty, warto przeanalizować tabliczkę znamionową i dokumentację techniczną. Co jest ważne?

Moc znamionowa (kW): Określa, jaką pracę mechaniczną może wykonywać silnik w trybie ciągłym bez ryzyka przegrzania. Trzeba pamiętać, by dobierać moc z lekkim zapasem, ale nie przesadnym, ponieważ niedociążony silnik indukcyjny ma gorszy współczynnik mocy i sprawność.

Prędkość obrotowa (obr/min): Zależy od liczby par biegunów i częstotliwości sieci (Hz).

2 bieguny ~ 2800-2900 obr/min.
4 bieguny ~ 1400-1450 obr/min (najpopularniejsze).
6 biegunów ~ 900-960 obr/min.

Warto pamiętać, że podana prędkość dotyczy pracy pod obciążeniem. Na biegu jałowym wirnik kręci się szybciej, prawie z prędkością synchroniczną.

Sprawność (Klasy IE): Obecnie standardem są silniki energooszczędne IE3 lub IE4. Choć są droższe w zakupie, zużywają mniej energii, co przy obecnych cenach prądu zwraca się błyskawicznie. Wysoka sprawność to też mniejsze straty ciepła, czyli chłodniejsza praca silnika.

Wielkość mechaniczna (Wznios wału): Parametr ten (np. 80, 90, 100, 132) definiuje odległość od podstawy łap do środka wału. Jest to standard znormalizowany, co ułatwia wymianę silnika na inny model innego producenta.

Zastosowania - gdzie spotkasz silniki indukcyjne?

Uniwersalność, jaką oferuje silnik indukcyjny, sprawia, że lista zastosowań jest bardzo długa:

Transport: Każdy przenośnik taśmowy, rolkowy czy łańcuchowy na magazynie napędzany jest takim silnikiem.

Wentylacja i klimatyzacja: Wentylator przemysłowy, centrale wentylacyjne, systemy oddymiania.

Pompy: Od małych pompek cyrkulacyjnych po potężne pompy w wodociągach. Silniki asynchroniczne świetnie radzą sobie z tym stałym typem obciążenia.

Obróbka: Piły, szlifierki, tokarki konwencjonalne.

Dźwigi i windy: W starszych konstrukcjach windach stosowano silniki dwubiegowe, dziś dominują układy falownikowe.

Konserwacja i eksploatacja silników indukcyjnych?

Mimo że silnik indukcyjny uchodzi za pancerny, wymaga okresowej uwagi. Podstawą jest konserwacja łożysk. W większych silnikach znajdują się smarowniczki, w mniejszych łożysko jest zazwyczaj zabudowane. Zużyte łożysko generuje hałas, wibracje i ciepło, co może doprowadzić do uszkodzenia mechanizmu.

Drugim wrogiem jest temperatura. Przegrzać silnik jest łatwo, gdy wentylator zostanie zapchany pyłem lub trocinami. Zablokowany przepływ powietrza drastycznie obniża zdolność chłodzenia. Warto regularnie czyścić ożebrowanie obudowy. Należy też kontrolować stan połączeń elektrycznych w puszce. Luźny przewód może powodować iskrzenie, wzrost rezystancji i spadek napięcia na jednej z faz. Praca silnika trójfazowego przy zaniku jednej fazy (tzw. praca dwufazowa) kończy się zazwyczaj spaleniem uzwojeń w bardzo krótkim czasie. Dlatego zawsze warto stosować zewnętrzne wyłączniki silnikowe zabezpieczające przed przeciążeniem i zanikiem fazy. Często wewnątrz uzwojeń montowany jest termistor (czujnik PTC), który po podłączeniu do sterownika wyłączy napęd, gdy temperatura uzwojeń przekroczy bezpieczny próg.

Silnik indukcyjny vs inne rozwiązania

Klienci często pytają czy lepszy będzie silnik indukcyjny czy silnik synchroniczny? A może szczotkowy prądu stałego?

• Silniki asynchroniczne wygrywają ceną, prostotą i brakiem potrzeby skomplikowanego sterowania w prostych aplikacjach (podłączasz do sieci i działa). Są odporne na przeciążenia.
  
• Synchroniczny (np. serwosilnik) jest lepszy tam, gdzie wymagana jest idealna precyzja położenia i dynamika (robotyka), ale jest znacznie droższy.
  
  
• Silnik komutatorowy (szczotkowy) oferuje łatwą regulację obrotów napięciem, ale szczotki się zużywają, a iskrzenie wyklucza go z wielu stref zagrożonych wybuchem.

Dla 90% zastosowań ogólnoprzemysłowych, gdzie maszyna ma po prostu działać stabilnie i ciągle, silnik indukcyjny pozostaje bezkonkurencyjny.

W sklepie PLE Service zgromadziliśmy urządzenia, które spełniają rygorystyczne normy jakościowe. Oferujemy silniki trójfazowe o różnych mocach, prędkościach i sposobach montażu (łapowe, kołnierzowe). Posiadamy na stanie modele w obudowach aluminiowych (lekkie, dobre odprowadzanie ciepła) oraz żeliwnych (sztywne, odporne na korozję, dla przemysłu ciężkiego).

Jeśli Twoja maszyna stoi z powodu awarii lub planujesz budowę nowego urządzenia, nasz przemysłowy asortyment z pewnością Cię zadowoli. Pamiętaj, że dobrze dobrany silnik to inwestycja w spokój. Zwróć uwagę na średnicę wału, rozstaw łap i napięcie zasilania. Jeśli masz wątpliwości, jak podłączyć silnik lub jaki kondensator dobrać - nasi doradcy służą pomocą.

Silniki asynchroniczne z naszej oferty to gwarancja, że wirnik Twojego biznesu będzie się kręcił bez zakłóceń. Wybierz sprawdzony napęd, który nie zawiedzie pod obciążeniem. Zachęcamy do skorzystania z oferty PLE Service!