Raspodjela mag.polja duinom oboda statora nee biti sinusoidalna, ali kako smo ve ustanovili, radi jednostavnosti, baviemo se samo prvim harmoninim lanovima i ta polja emo predstavljati sinusoidalnim, imajui na umu da se zapravo radi samo o prvom harmoninom lanu,odnosno osnovnom valu.

Uzimamo najjednostavniji sluaj da statorski pobudni namotaj ini jedan svitak. Proputajui kroz njega naizmjeninu struju koja se vremenski sinusoidalno mijenj, ona e svojim mag. Naponom stvoriti mag. Polje indukcije B, ali vremenski promjenljivo kao to je i ona. Na ovakav nain stvorena mag. Indukcija bie duinom oboda statora ne samo prostorno promjenljiva nego i vremenski.

Takvo mag.polje koje je prostorno i vremenski promjenljivo nazivamo pulzirajue magnetsko polje. Ako sada na stator umjesto jednog svitka stavimo tri iji su poeci po obodu, dobiemo stator sa tzv. Trofaznim namotajem (sl.2.30). Drugim rijeima, trofazna maina naizmjenine struje na svom statoru ima tri fazna namotaja, meusobno pomaknuta u prostoru za 120, odnosno za 1/3 dvostrukog polnog koraka .

Sl. 2.30 Stator sa tri fazna namotaja

Pri simetrinom optereenju sve tri faze, svaki svitak (fazni namotaj) napajamo strujama jednakim po veliini i meusobno pomaknutim za 120, odnosno za 1/3 peride T. U svakom svitku pomou mag. napona stvorie se pulzirajue mag. polje, tako da emo u trofaznoj maini imati 3 pulzirajua mag. polja meusobno pomaknuta prostorno i vremenski za 120. Poto se sva tri polja zatvaraju kroz isto mag. kolo od njih e nastati jedno rezultantno mag.polje, kako je predstavljeno na dijagramu (sl. 2.31).

Polje stvoreno na ovakav nain nazivamo obrtno mag. polje. Nikola Tesla je 1887. god. Prvi doao na ideju i pokusom dokazao da se pomou viefazni sistema u namotajima koji miruju moe proizvesti obrnuto mag. Polje, to je osnov za rad motora koji je konstruisan iste god. Teslin motor, danas poznat pod nazivom indukcioni asnihroni motor, zbog svojih izvanrednih tehnikih karakteristika ima gotovo iskljuivu primjenu u industrijskim pogonima kao pogonska maina.

Da je rezultantno mag. Polje obrtnog karaktera, uvjeriemo se posmatrajui sl. 2.31. Uzimamo najjednostavniji trofazni jednoslojni namotaj statora sa 2 pola (p=1) kod koga se namotaji jedne faze sastoji od jednog svitka (m=1) (sl. 2.31a).

Sl. 2.31 Dijagramski prikaz rezultantnog obrtnog Teslinog mag. polja

Vrijeme emo raunati od trenutka kada je struja prve faze jednaka nuli. Posmatraemo promjene mag. Toka duinom zranog zazora u nekoliko razliitih trenutaka,tj. t1= 1/4T; t2=1/4+1/3T i t3=1/4+2/3T. U svakom od posmatranih trenutaka struja u namotaju jedne faze pozitivna maksimalna, dok su struje druge dvije faze po vrijednosti upola manje ali negativne.

Predpostaviemo da je struja koja tee faznim namotajem od njegovog poetka do kraja pozitivna npr. Za prvu fazu od A do X, a negativna ako tee obratno, npr. za drugu fazu od Y prema B. Na slikama b, c i d prikazani su vektorski dijagrami struja triju faza kao i od njih stvoreni osnovni valovi mag. Indukcija (odgovaraju nepokretnim naizmjeninom mag. tokovima).

Sada pristupamo odreivanju smjera i pravca vektora rezultantnog mag. toka kao i krivulje raspodjele njegove indukcije duinom zranog zazora u vremenski odabranim posmatranim trnucima. Sa sl. b, c i d vidimo da susjednim svicima, bez obzira kojim fazama pripadaju, teku struje istog smjera i one stvaraju zajedniki mag. tok iji je smjer isti kao i smjerovi tokova pojedinih svitaka.

Smjer zajednikog mag. toka odreujemo Amperovim pravilom.Tako smo odredili pravac i smjer rezultantnog mag. toka koji se, kako se sa slike vidi, obrce, i to u smjeru kretanja kazaljke na satu. Sa posmatanih slika nije tesko uociti da ce osnovni val indukcije koji odgovara rezultantnom mag. toku biti u svakom trenutku jednak zbiru osnovni valova indukcije ( ). To je takoer sinusoida s amplitudnom vrijednou 3/2Bm i prikazano je debljom linijom.

Znai, rezultantno mag. polje sa stalnom amplitudnom vrijednou putuje duinom oboda statora i to je jo jedan dokaz njegovog obrtnog karaktera. Brzina vrtnje obrtnog mag.polja srazmjerna je frekvenciji pulzirajuih polja (odnosno frekveencije struje), a obrnuto srazmjerna broju pari polova maine.

Izraavajui brzinu vrtnje sa brojem obrtaja uminuti, dobivamo:

(o/min)

... (2.21)

Ova brzina vrtnje n1 naziva se sinhrona brzina.

Da zakljucimo: Maksimalna indukcija rezultantnog mag. toka putuje duinom zranog zazora i nalazi se uvijek u osi onog faznog namotaja u kojem struja u tom trenutku ima svoju najvecu vrijednost. Rezultantni mag. tok obre se u smijeru kretanja kazaljke na satu i za vrijeme jedne periode T pree po obodu statora dvostruki polni korak .

Njegova obodna brzina je:

... (2.22) Maksimalna vrijednost osnovnog vala indukcije obrtnog mag. toka, proizvedenog pomou trofaznog statora, vea je za 3/2 puta od max. vrijednosti osnovnog vala indukcije mag. toka jednog faznog namotaja.

... (2.23)

Ukoliko namotaj statora ima q faznih namotaja prostorno pomaknutih za /q i napajanih qfaznim naizmjeninim strujama, max. indukcija takvog obrtnog mag. toka je:...(2.24)

2.2 FIZIKE OSNOVE NA KOJIMA POIVA RAD ASINHRONIH MOTORA

2.2.1. Pojam, svrha i primjena asinhronih motora Asinhroni motor je maina koja pretvara elektrinu energiju u mehaniku i moe da vri mehaniki rad. Elektrinu energiju dovodimo na stator, odakle se ona elektromagnetskim putem prenosi na obrtni dio maine (rotor) i tako se pretvara u mehaniku energiju. Na njegovo vratilo mogu se spojiti raznovrsni radni strojevi koji vre koristan mehaniki rad.

To su razni alatni strojevi, poljoprivredni strojevi, strojevi za obradu drveta, pumpe, ventilatori itd. Zbog svoje jednostavne konstrukcije, dobrih pogonskih osobina, visokog stepena iskoritenja i velike sigurnosti u radu imaju vrlo iroku primjenu u elektromotornim pogonima, industruji, rudarstvu, poljoprivredi i itavom nizu drugih oblasti.

Nedostatci asinhronh motora su u tome to pogoravaju faktor snage elektrine mree na koju su prikljuen, to im je ograniena mogunost regulacije broja okretaja ( naroito pri kontinuiranom regulisanju brzine obrtanja) i to su im loe karakteristike pri putanju u rad. Pokuaji da se ovi nedostatci otklone ostali su bez uspjeha, a u pogledu regulacionih karakteristika jo uvijek zaostaju za motorima istosmjerne struje.

U itavom nizu industrijskih pogona relativno male snage, gdje se ne zahtjeva regulisanje brzine, asinhroni motor je nezamjenjiv. Pri tome sve vei znaaj dobija asinhroni motor sa kratkospojenim rotorom, istiskujui iz upotrebe asinhroni motor sa kliznim prstenovima. Razlozi su u tome to su motori s kratkospojenim rotorom u usporedbi s prstenastim konstruktivno jednostavniji, sigurniji u radu i imaju bolji faktor snage i stepen korisnog djelovanja.

2.2.2. Princip rada asinhronog motora Dovoenjem trofazne naizmjenine struje u namotaje statora trofaznog asinhronog motora stvara se obrtno mag. polje koje se vrti sinhronom brzinom n1. Predpostavimo da se polje vrti u smjeru kretanja kazaljke na satu i ima polaritet, kako je prikazano na sl. 2.32a. Radi jednostavnosti, posmatramo jedan provodnik rotora.

Sl. 2.32.Princip rada asinhronog motora, a) smjer mag.

polja u jednom momentu, b) djelovanje mag. polja na provodnik, c) odreivanje smjera elektromagnetne sile F.

U momentu prikljuenja motora na mreu rotor miruje. Silnice obrtnog mag. polja svojom sinhronom brzinom presjecaju provodnike rotora i u njima indukuju napon koji e, ukoliko je rotorski namotaj zatvoren, proizvesti indukovanu struju. Znai, njen uzrok je indukovani napon, pa se ovi motori nazivaju jo i indukcioni, tj. njihov rotor je proizvoa elektrine energije.

Kako dolazi do vrtnje rotora? Posmatramo li provodnik koji se nalazi na rotoru (sl.2.32b), vidjeemo da imamo situaciju kada provodnikom protie indukovana struja, a nalazi se pod uticajem obrtnog mag. polja. Tako je ostvaren uslov za stvaranje elektromagnetne sile ija je vrijednost:

F=bil (N) ...(2.25)

Sl. 2.33. Djelovanje elektromgnetnih sila na provodnike rotora i odreivanje obrtnog momenta

Na jednoj strani provodnika koji posmatramo silnice ortnog mag. polja i silnice polja provodnika imaju isti smjer i sabiraju se, a na drugoj strani smjerovi silnica su suprotni, polje slabi i na toj strani doi e do izbacivanja provodnika (sl. 2.32c). Smjer elektromagnetske sile F odreujemo pravilom lijeve ruke, koje glasi: ako silnice obrtnog mag. polja ulaze u dlan i ako isprueni prsti pokazuju smjer struje u provodniku, isprueni palac e pokazati smjer elektromagnetne sile.

Vidimo da ova sila tjera provodnik da se obre u istom smjeru u kome se vrti i obrtno mag. polje. Ovo vrijedi za sve provodnike koji su smjeteni po obodu rotora (sl.2.33). Sve ove elektromagnetske sile koje pojedinano djeluju na svaki provodnik rotora sa krakom poluprenika rotora r stvaraju obrtne momente pod ijim se uticajem rotor vrti. Suma svih pojedinih momenata Fr ini rezultantni obrtni momenat motora M.

Brzina obrtanja rotora n uvijek je manja od brzine obrtnog mag. polja (nn1), klizanje postaje negativno, a smjer okretanja polja statora u odnosu na rotor se mijenja na suprotnu stranu u odnosu na onu kada je maina radila kao motor. Jasno je da e doi do promjene smjera indukovanog napona i struje u provodniku rotora kao i smjera elektromagnetske sile.

Momenat to razvija asinhroni motor postaje koei u odnosu na obrtni momenat pogonske maine kojom smo izvrili ubrzanje. U ovom sluaju asinhrona maina nema vie ulogu motora ve se ponaa kao generator. To je asinhroni generator koji mehaniku energiju dobijenu od pogonske maine pretvara u elektrinu i vraa je u mreu na koju je prikljuen njegov stator. Prema tome, kada asinhrona maina radi kao generator, klizanje se kree u granicama od s=0 do s=-.