1. UVOD

Asinhrone mašine su najrasprostranjenije električne mašine.Uglavnom se koriste kao električni motori a ređe kao generatori. Udeo asinhronih motora u ukupnoj proizvodnji električnih motora je oko 80%. Oni predstavljaju osnovne pretvarače električne energije u mehaničku i danas troše više od 40% ukupno prizvedene električne energije u svetu.

Proizvode se u širokom opsegu snaga, od delova vata do nekoliko desetina megavata. Brzina obrtanja asinhronih motora opšte namene je od 3000 o/min do 5000 o/min a specijalnih do nekoliko desetina hiljada obrtaja u minuti.

Asinhrone mašine se retko koriste kao generatori za proizvodnju električne energije, pošto tada zahteva postojanje posebnog izvora reaktivne energije.

2. SKLOP I VRSTE ASINHRONIH MOTORA

2

Osnovni delovi asinhrone mašine su stator (nepokretni deo) i rotor (obrtni deo).

Stator je u vidu šupljeg valjka složenog od limova. Duž valjka, na njegovom unutrašnjem omotaču, po celom obimu nalaze se žlebovi, a u njima izolovani provodnici, povezani tako da obrazuju višefazni obično trofazni namotaj.

U unutrašnjosti statora asinhrone mašine nalazi se rotor koji se sastoji od naslage limova napresovane na vratilo, na čijem se spoljašnjem omotaču nalaze žlebovi u kojima su provodnici povezani tako da obrazuju namotaj rotora. Radi smanjenja gubitaka usled vihornih struja limovi statora i rotora su uzajamno izolovani.

Između naslaga limova statora i limova rotora nalazi se međugvožđe, čija se veličina kod motora snage do 100kW nalazi u granicama od 0,25mm do 1mm, pri čemu su veće vrednosti pri većim snagama i brzinama obratnja.

Vratilo rotora se oslanja na dva nepokretna ležišta.Rotori se u zavisnosti od tipa namotaja dele na kratkospojene i

fazne. Fazni rotor se često naziva i rotor sa prstenovima ili namotani rotor. Namotaji faznih rotora se ne razlikuju bitno od namotaja statora. Krajevi faznih navoja rotora, koji su obično spregnuti u zvezdu, izvedeni su do tri prstena koji se nalaze pored samog rotora na njegovom vratilu, i koji su izolovani uzajamno i od vratila.

Kod kratkospojenih rotora provodnici rotora obrazuju takozvani veveričiji kavez. Provodnici smešteni u žlebove spajaju se zavarivanjem ili zakivanjem i lemljenjem sa dva metalna obruča, postavljena na suprotnim stranama rotora.

Slika1. Veveričiji kavez

2.1 Vrste asinhronih motora

3

Asinhroni motori izrađuju se kao otvoreni, poluotvoreni i zatvoreni.

Otvoreni motori upotrebljavaju se u prostorijama u kojima nema ni vlage ni prašine.

Poluotvoreni motori imaju oklop i poklopce tako izrađene da voda koja kaplje, ne može prodreti do navoja.

Zatvoreni motori se upotrebljavaju u prostorijama u kojima ima prašine, prskajuće vode i gasova koji nagrizaju izolaciju. Oni se hlade preko površine oklopa kućišta. Oklopi malih i srednjih motora grade se sa rebrima, čime se rashladna površina povećava. Kod velikih zatvorenih motora hlađenje se ostvaruje prinudnim strujanjem vazduha. Oklop se gradi sa dva otvora od kojih jedan služi za dovod, a dugi za odvod vazduha. Pri postavljanju motora ova dva otvora se spoje sa dovodnim i odvodnim kanalom za vazduh. Strujanje vazduha se ostvaruje pomoću ventilatora na rotoru motora.

Slika 2 Asinhroni motori

3. NAMOTAJI ASINHRONIH MOTORA. KLIZNI PRSTENOVI. DRŽAČ DIRKI

3.1 Izrada namotaja statora

Za namotaje statora upotrebljavaju se bakarni (uglavnom) provodnici okruglog i pravougaonog preseka.

Razlikujemo tri vrste izolacije provodnika:1. izolaciju samog provodnika2. izolaciju između slojeva3. izolaciju svežnja provodnika od zidova žleba i od drugih

svežnjeva van žleba

4

1. Izolacija samog provodnika-1 (slika 3) kod savremenih mašina vrši se uglavnom pomoću emajlnih lakova na bazi sintetičkih smola. Provodnik se određenim postupkom prevuče tankim slojem (filmom) laka, koji je termički i mehanički veoma otporan. Ovako izolovani provodnici dozvoljavaju veće gustine struje, što dovodi do smanjenja dimenzija namotaja, a time i do smanjenja mase i dimenzija čitave mašine. Postoji i izolacija između provodnika-2. ona se sreće samo kod visokonaponskih mašina čiji su namotaji načinjeni od provodnika pravougaonog preseka (slika 3(a))

2. Provodnici su u žlebu raspoređeni u jednom (jednoslojni namotaji) ili dva sloja (dvoslojni namotaji). Kada su raspoređeni u dva sloja, izolacija između slojeva-6 (slika 3) ostvaruje se postavljanjem uzdužnog izolacionog umetka, čija debljina zavisi od napona mašine (obično 0,3-1mm).

Slika 3. izolacija žlebova statora: otvoreni (a) i poluotvoreni (b) žlebovi za namotaje sa „tvrdim“ navojnim delovima; poluzatvoreni žlebovi za jednoslojne (c) i dvoslojne (d) namotaje sa „mekim“ navojnim delovima; 1 - izolacija provodnika; 2 – izolacija između provodnika; 3 – žlebna izolacija; 4,5 – izolacioni umeci; 6 – međuslojna izolacija; 7 – klin

U slučaju namotaja za složeni napon iznad 4000V u izolaciji se moraju popuniti sve šupljine, tako da ne ostanu ni najmanji mehurići vazduha. U tu svrhu navojni delovi se pre unošenja u žlebove moraju impregnisati asfaltnom masom. Impregnisanje se vrši u naročitim komorama, najpre u vakumu, zatim pod pritiskom.

3. Izolovanje i mehanička zaštita navojnih delova od zidova žleba izvodi se pomoću žlebne izolacije (izolacione postave žleba). Žlebna izolacija – 3 stavlja se ili na navojne delove namotaja (slika 3(a)), ili u žlebove mašine pre smeštanja namotaja (slika 3(b),(c),(d)).

5

Izolacioni umeci – 4 štite žlebnu izolaciju od mogućih mehaničkih oštećenja usled hrapavosti dna žleba. Izolacioni umeci – 5 predviđeni su za zaštitu žlebne izolacije od mogućih oštećenja pri postavljanju klinova od izolacionog materijala za zatvaranje žlebova.

Bočne strane navojnih delova obično se izoluju sa nekoliko slojeva različitih izolacionih traka.

3.1.1 Navijanje (namotavanje) navojnih delova

Navijanje navojnih delova vrši se na prostim ili univerzalnim pomoćnim šablonima sa ručnim ili motornim pogonom. Pri tome se broj navojaka kontroliše na brojaču. Strane navijenih delova privremeno se učvršćuju trakom.

Slika 4. Vrste žlebova: (a) otvoreni; (b) poluotvoreni; (v) poluzatvoreni; (g) zatvoreni

3.1.2 Umetanje navojnih delova u žlebove statora

Namotaji se mogu smestiti u žlebove na više načina, što zavisi od vrste žleba. Razlikujemo tri vrste žleba: otvorene (slika 4(a)), poluotvorene(slika4(b)), poluzatvorene(slika4(v)) i zatvorene (slika4(g)).

Kod zatvorenih žlebova žica namotaja se provlači kroz izolacionu čauru u žlebu. Ovakav način izvođenja namotaja nazivamo provlačenjem (ušivanjem). Kod poluzatvorenih žlebova namotaj može biti prvobitno izveden u obliku „mekih“ navojnih delova (polušablonski namotaj), pa se provodnici jedan za drugim ulažu kroz prorez žleba. Ovakav namotaj naziva se „usipani“ (slika 5). kod otvorenih i poluotvorenih žlebova ulažu se navojni delovi već gotovi, izrađeni i izolovani. U tom slučaju namotaj se zove šablonski.

Za izvođenje operacije umetanja navojnih delova u žlebove koristi se običan monterski alat (pljosnata klešta, sekač za žicu, plastični čekić, nož) i specijalni alat (čelični okvir za sabijanje provodnika itd.)

6

3.1.3 Spajanje navojnih delova

Faza namotana odvojenim navojnim delovima povezuju se u grupe navojnih delova u skladu sa šemom. U tu svrhu krajevi provodnika se očiste od izolacije i povežu upredanjem. To se radi za sve fazne navoje.

Pre lemljenja ili zavarivanja upredenih krajeva provodnika vrši se pomoću induktora ispitivanje na kratke spojeve faznih navoja sa masom i na kratke spojeve između faznih navoja. Fazni navoji se proveravaju i na kratke spojeve između navojaka. Spojna mesta se nakon lemljenja ili zavarivanja dobro izoluju.

Počeci i krajevi faza se obeležavaju i izvode do priključnih zavrtanja. Raspored ovih zavrtanja na priključnoj ploči je takav (slika 6a) da omogućava da se fazni navoji statora na prost način spregnu u zvezdu (slika 6b) ili trougao (slika 6v).

Slika 5. Umetanje „usipnog namotaja“

(a) (b) (c) Slika 6. Raspored priključnih zavrtanja (a); (b) sprega u zvezdu;

7

(c) sprega u trougao

3.2 Izrada namotaja faznog rotora

Dok se statorski namotaji izvode kao štapni samo kod većih mašina, dotle se rotorski namotaji obično izvode kao štapni od provodnika u vidu pravougaonih bakarnih šipki. U slučaju jednoslojnih štapnih namotaja u žleb se stavlja jedan provodnik pravougaonog preseka koji sasvim ispunjava žleb. Kod dvoslojnih štapnih namotaja, imamo dva ili četiri provodnika u žlebu. U slučaju velikog preseka, provodnik (pravougaona bakarna šipka) se deli u dva ili više elementarnih provodnika uzduž žleba. Kod jednoslojnih namotaja, kada je provodnik izdeljen u više provodnika, svaki od njih se obavije izolacionom trakom, a žleb se postavi izolacijom (slika 7a).

a) b) v) g)

Slika 7. Izolacija žlebova faznog rotora: poluzatvoreni žlebovi za jednoslojne (a) i dvoslojne (b) namotaje sa „tvrdim“ navojnim delovima; poluzatvoreni žlebovi za jednoslojne (v) i dvoslojne (g) namotaje sa „mekim“ navojnim delovima: 1 – izolacija provodnika/elementarnog provodnika; 2 – žlebna izolacija; 3,4 – izolacioni umeci; 5 – međuslojna izolacija; 6 – klin

Kod dvoslojnih namotaja sa jednim provodnikom u sloju, svaki provodnik se obavije izolacionom trakom, a žleb se postavi izolacijom (slika 7b).

Kod manjih motora namotaj rotora se izvodi kao jednoslojni (slika 6v) ili dvoslojni (slika 7g) namotaj sa navojnim delovima od izolovane okrugle žice. Izolacija je tada kao i u statoru.

Provodnici rotora u kratkom spoju su šipke čiji se presek prilagođava izabranom obliku žleba.

Na slici 8 prikazan je rotor u procesu postavljanja štapnog namotaja.

8

Slika 8. Fazni rotor u procesu postavljanja štapnog namotaja

3.2.1 Izvođenje namotaja faznog rotora

Izvođenje namotaja faznog rotora započinjemo tako što sa strane kliznih prstenova umećemo štapove (šipke) u žlebove prema konstrukcionoj šemi. Sa strane kliznih prstenova umeću se donji štapovi, a na njihove bočne strane stavlja se izolacioni umetak i privremeno se obavije čeličnom žicom ili voštanom trakom.

Uz upotrebu specijalnih ključeva sa pogonske strane rotora savijaju se donji štapovi u stranu, pri čemu oblik savijenih bočnih strana treba da bude prema šablonu, dok se bočne veze savijaju prema obliku bočnih veza donjih štapova. Bočni delovi treba da budu pravilno raspoređeni po obimu rotora i dobro izolovani.

Donji štapovi se izoluju od gornjih pomoću izolacionih umetaka.Sa strane kliznih prstenova umeću se gornji štapovi i povezuju sa

donjim štapovima pomoću bakarnih kalaisanih prstenova (slika 8) u skladu sa šemom. Zatim se gornji štapovi savijaju sa pogonske strane rotora i povezuju sa donjim štapovima. Između grupa navojnih delova gornjeg sloja namotaja postavljaju se izolacioni umeci.

Radi dobijanja sigurnog spoja između štapova, oni se leme mekim ili tvrdim lemom, a krajevi faza povezuju se (privremeno) u zvezdu i proverava ispravnost šeme, kao i dielektrična čvrstoća izolacije između faza i faza i mase. Zatim se prsten koji povezuje namotaj u zvezdu i počeci faza sa kliznim prstenovima spajaju pomoću zavrtanja ili bakarnih šipki. Kvalitet zalemljenih mesta se proverava na taj način što se kroz namotaj rotora pusti struja 100-150% veća od nominalne, pri čemu na loše zalemljenim mestima, imamo povećanje zagrevanja namotaja.

9

Slika 9 Prsten za povezivanje štapova

3.2.2 Asinhroni motori sa kratkospojenim rotorom

Asinhroni motori sa kratkospojenim rotorom su najrasprostranjeniji, naročito za snage do 100kW. Žlebovi rotora ovih motora se zalivaju aluminijumom, što predstavlja progresivnu tehnološku operaciju, pri kojoj se sa najmanjim utroškom rada i materijala dobija gotov namotaj, koji se sastoji iz štapova, kratkospojenih obruča i krila ventilatora. Zalivanje aluminijumom ne postavlja naročite zahteve u pogledu kvaliteta površine zidova žlebova, može biti izvedeno pri ma kojem obliku žleba i obezbeđuje dobar kontakt između štapova bez primene lemljenja ili zavarivanja. Izlivanje ventilacionih krila zajedno sa namotajom obezbeđuje dobar odvod toplote od kaveznog namotaja.

Postoje više načina zalivanja rotora aluminijumom: statičko, vibraciono, centrifugalno, pod pritiskom, pod visokim pritiskom.

Statički način zalivanja je najprostiji. Ovde se najpre jezgro rotora, složeno na kalup, zagreje do temperature 400-500 stepeni celzijusovih, a zatim postavlja u presu gde se vrši statičko zalivanje žlebova aluminijumom. Ukoliko rotor nema zatvorene žlebove, na rotor se postavlja košuljica koja sprečava izlivanje aluminijuma iz žlebova. Presa ima kalupe za livenje koji se postavljaju sa obe strane jezgra rotora i u njima se pri zalivanju obrazuju kratkospojeni obruči i ventilaciona krila. Zalivanje aluminijumom se obavlja pri temperaturi 750-800 stepeni celzijusovih. Statički pritisak ostvaruje sam naliveni aluminijum. Pri zalivanju, vazduh iz žlebova i kalupa za livenje struji nagore, što dovodi do šupljikavosti liva. Hlađenje liva i kristalizacija

10

aluminijuma vrši se odozdo nagore, zbog čega u gornjem delu izlivenog kaveznog namota mogu da se pojave veći defekti u livu.

Bolji kvalitet liva dobija se pri vibracionom i centrifugalnom zalivanju rotora aluminijumom. Suština vibracionog zalivanja sastoji se u tome što se u toku procesa zalivanja i kristalizacije aluminijuma vrši vibriranje. Iako uticaj vibracija na proces kristalizacije metala nije u potpunosti razjašnjen, eksperimentalni rezultati i praktična primena su pokazali da se pomoću vibracija u potpunosti odstranjuju ili znatno umanjuju najznačajniji defekti koji nastaju u procesu livenja. Naročito dobri razultati u odnosu na druge načine dobijaju se pri zalivanju rotora sa malim presekom žlebova.

Pri centrifugalnom zalivanju rotora aluminijumom, jezgro rotora se u procesu zalivanja zavisno od dužine i prečnika jezgra obrće brzinom od 130-200 o/min oko vertikalne ose. Ovaj način zalivanja rotora najviše se primenjivao do sredine 50-ih godina prošloga veka, ali se zbog određenih nedostataka (nejednaka gustina liva, ne obezbeđuje se usmerena kristalizacija aluminijuma, nebezbedan rad osoblja za opsluživanje itd.) danas sve ređe primenjuje.

Najproduktivniji način zalivanja rotora aluminijumom je zalivanje pod pritiskom na specijalnim uređajima za zalivanje. Na ovaj način zaliva se preko 90% rotora malih i srednjih asinhronih mašina. Jednio se za rotore većih prečnika (preko 250 mm) koristi vibraciono (uglavnom), statičko ili centrifugalno zalivanje. Pri zalivanju pod visokim pritiskom nije potrebno prethodno zagrevanje jezgra rotora, dok se pri zalivanju pod niskim pritiskom jezgro rotora prethodno zagreje do temperature 400-500 stepeni celzijusovih.

Zalivanje pod visokim pritiskom je najpogodnije za automatizaciju procesa zalivanja i sa njim se postiže najveća produktivnost. Zalivanje pod niskim pritiskom daje najbolji kvalitet izlivenih kaveznih namota u odnosu na bilo koji drugi način zalivanja. Pored toga, uređaji za zalivanje pod niskim pritiskom nisu složeni i imaju relativno nisku cenu, pa se ovaj način zalivanja rotora aluminijumom sve više primenjuje.

Za kavezne rotore velikih asinhronih motora koriste se štapni namoti sa obručima za kratko spajanje. Štapovi namota načinjeni su od bakra ili legure bakra i mogu biti okrugli, pravougaoni ili profilisani, što zavisi od poprečnog preseka žleba. Na slici 10 prikazani su rotori sa dvostrukim žlebovima (slika 10a), sa dubokim i uzanim žlebovima (slika 10b), sa okruglim zatvorenim žlebovima (slika 10v) i sa okruglim žlebovima sa prorezom (slika 10g).

11

Slika 10 Različite vrste kaveznih rotora sa štapastim namotom

3.3 Držač dirki

Držač dirki prikazan je na slici 11. Na površinu kliznog prstena naleže dirka – 1, koja se u gnezdu steže pomoću zavrtnja – 2 na kraju poluge – 3, obrtne oko prstena – 6, učvršćenog na prstu držača. Dobar kontakt između dirke i prstena ostvaruje se pomoću opruge - 4 koja pritiska dirku na prsten. Zatezanje opruge reguliše se navratkom - 8. Struja od dirke ide preko gibkog kabla – 7 do prstena – 6, a od ovog preko kabla -5 do krajeva izvedenih na jednoj izolacionoj ploči na oklopu mašine. Poluga – 3 držača dirke sastoji se iz dve isečene ploče, međusobno povezane pregradama. Zbog toga što se držači dirki različizih prstenova nalaze na zajedničkom nosaču ovaj treba da bude izolovan, što se postiže izolovanjem mikanitom ili bakelitnom hartijom. Radi predupređenja kratkoih spojeva između susednih držača dirki, odvajamo ih izolacionim podmetačima.

12

Slika 11 Držač dirki

4. Zaključak

13

Asinhroni motori imaju široku primenu kao elektromotorni pogoni većine proizvodnih mehanizama u indistriji. Koriste se i u uređajima automatike i telemehanike, kućnih aparata, medicinskim uređajima...

Široka primena asinhronih motora zasnovana je na njihovoj prostoj konstrukciji, pouzdanosti u radu, dobrim ekspaloatacionim svojstvima, niskoj ceni i jednostavnom održavanju.

5. Literatura

1. V.V. Petrović M.R. Pendić: „Električne mašine – Transformatori, obrtna magnetna polja, asinhroni motori“, Beograd, 1980.

14

2. M.R. Pendić, Z.R. Pendić: „Električne mašine sa ogledima“, Beograd, 1985.

3. M.R. Pendić, Z.R. Pendić: „Električne mašine sa ogledima“, Beograd, 1990.

4. http://www.wikipedia.com

15