Sylabus tématu. L e k c e z e l e k t r o t e c h n i k y. 1. DC stroje. 2. AC stroje. Vítězslav Stýskala TÉMA 4

Transkript

1 Stýskala, 22 L e k c e z e l e k t r o t e c h n i k y Vítězslav Stýskala TÉA 4 Oddíl 1 Sylabus tématu 1. DC stroje a) generátory řízení napětí, změna polarity b) motory spouštění, reverzace, řízení otáček, el. brzdění 2. AC stroje a) 1f A spouštění, reverzace, řízení otáček, el. brzdění b) f A spouštění, reverzace, řízení otáček, el. brzdění c) f S - spouštění, reverzace, řízení otáček, el. brzdění

2 Řízení velikosti napětí DC generátor torů Indukované napětí v kotevním vinutí je určeno indukčním zákonem U a u i = B l v Velikost napětí lze ovlivňovat řídit přímo úměrně 1. hodnotou magnetické indukce B - ta je přímo úměrná budícímu E toku => budícímu proudu I b 2. otáčkami n - ty jsou funkcí obvodové rychlosti kotvy v. Aktivní délka vodiče v kotevním vinutí l je pro hotový DC stroj neměnná, stejně jako počet závitů kotevního vinutí. Změna polarity DC generátor torů Aby se změnila polarita kotevního napětí DC generátoru, musí dojít buď: ke změně směru budícího E toku, tj. opačnému směru budícího proudu I b (v praxi častější použití) nebo ke změně smyslu otáčení kotvy, tj. rotoru.

3 Způsoby spouštění DC motorů s cizím m buzením DC motorky s permanentními magnety s spouštějí přímým připojením kotevního napětí ke svorkám kotevního vinutí. DC motory s permanentními magnety se spouštějí zpravidla postupným zvyšováním připojeného kotevního napětí tak, aby při požadovaném nárůstu rychlosti nedošlo k překročení dovolených hodnot proudu I a při spouštění, viz. diagramy na obr. níže. Přechodný záběrný proud je několikanásobně větší než jmenovitý. I a I amax(dov) I a I an Ω Ω N čas (s) Způsoby spouštění DC motorů s cizím m buzením otory větších výkonů s elektromagnetickým buzením se z důvodů omezení velkého nárůstu záběrového proud (15-krát větší i více než jmenovitý) spouštějí zvyšováním hodnoty kotevního napětí tak, aby nebyla překročena hodnota spouštěcího proudu zpravidla více jak 1,5 krát. V současnosti se k této činnosti používají řízené polovodičové usměrňovače (ŘU). U DC motoru s cizím buzením je budící vinutí vždy předem buzené na jmenovitou hodnotu budícího proudu, aby měl motor plný elektromagnetický tok a velký záběrový moment. U derivačního motoru se plné nabuzení zajišťuje regulačním zařízení. U motoru s cizím buzením (ale i u derivačního) musíme při vypínání motoru zajistit nejdříve zánik kotevního proudu v kotevním vinutí a až následně zánik budícího proudu v budícím vinutí. V opačném případě hrozí mechanické zničení motoru vlivem odbuzení (n )!!!! Z tohoto důvodů se obvod buzení nejistí.

4 Řízení otáček a reverzace DC motorů s cizím m buzením Řízení otáček z do n N se provádí změnou kotevního napětí při konstantním buzení. Pro řízení otáček nad jejich jmenovitou hodnotu se používá snížení I b, tzv. odbuzení, v praxi to bývá do hodnoty násobku otáček jmenovitých. Pro řízení proudu v budícím vinutí se v současnosti používají zpravidla taktéžřu, ale menšího výkonu. Elektrické brzdění DC motorů s cizím m buzením Proces brzdění je využíván ke snížení hodnoty otáček rotoru! 1. Odporové brzdění princip je velmi podobný jak u DC CB, tak u A. Energeticky jde o to, aby brzdný výkon se přeměnil na teplo v přídavném rezistoru (a částečně nebo zcela v odporu vinutí kotvy). Kotevní vinutí motoru se odpojí od zdroje a místo něj se zapojí brzdný rezistor. echanická energie rotujícího rotoru + ostatních rotujících částí s ním spojených se generátoricky přemění v indukované napětí a proud a následně zmaří v teplo. R p _ II. Q (R a +R p ) I. Q n, Ω -

5 2. Brzdění protiproudem motor, který se otáčí v jednom smyslu, se odpojí kotvou od zdroje a po zařazení přídavného rezistoru se připojí k témuž zdroji ale s opačnou polaritou. U a + n, Ω I. Q R p _ - n IV. Q (R a +R p ) Spouštění DC motorů sériových alé sériové motorky do cca 5 W se spouštějí přímým připojením k DC síti, neboť jejich vinutí mají poměrně velký odpor. otory větších výkonů se spouštějí přes spouštěcí rezistor, nebo postupným zvyšováním napětí, tj. i proudu. Reverzuje se přepnutím vinutí tak, aby se změnil směr proudu v kotevním vinutí. Realizuje se to několika způsoby kontaktně, nebo pomocí polovodičových diod. Elektrické brzdění DC motorů sériových Lze je brzdit do odporu, obdobně jako DC-CB tak, že budící vinutí je připojeno k nezávislému zdroji. Dají se však brzdit do odporu jako stroj s vlastním buzením jako DC generátor s paralelním buzením.

6 Indukční motory

7 Způsoby spouštění klecových f A Přímým připojením k síti do 2,2 kw, resp. pokud to dovolí napájecí síť *. Přepínačem statorového vinutí Y- D (cca do 6 kw). Autoransformátorem softstartérem ěničem kmitočtu * Běžná distribuční síť nn. Vysvětlení vlivu napětí na moment princip využívaný při spouštění f A přepínačem statorového vinutí Y- D

8 Trojpólové a jednopólové schéma zapojení spouštění f A spouštěčem - s rezistory pro menší výkony - s tlumivkami pro větší výkony L1 L2 L K 1 K1 K 2 spouštěč R S K2 U1 V1 W1 ~ Trojpólové a jednopólové schéma zapojení spouštění f A autotransformátorem Snížené napětí kvadraticky úměrně sníží moment a proud, včetně záběrových. L1 K1 L2 L K1 V1 autotransformátor U1 W1 ~

9 Trojpólové schéma zapojení spouštění f A přepínáním Y/D Proudy i momenty se sníží x, viz. následující graf. L1 L2 L D Y K1 K2 K V1 U1 U2 V2 W2 W1,I Pripcip spouštění f A přepínáním statorového vinutí Y/D, Průběhy momentu, proudu a okamžik přepnutí z Y do D. I D D ld I Y N Y ly n p n

10 Trojpólové schéma s polovodičovým řízeným měničem napětí elektronický rozběhový člen ( softstartér ) L1 L2 L K1 U Ř softstartér V1 U1 W1 Řízení otáček f A Principy vycházení z obecného vztahu pro otáčky n = n 6 f 1 ( s) = ( 1 s) = f( f, p, s) f( n, s) 1 = 1 1 p změnou počtu pólových dvojic p p - lze dosáhnout pouze skokové změny otáček, protože počet pólů stroje a tím i pólových dvojic může být pouze celé číslo změnou skluzu možno jen u kroužkových A, nehospodárný způsob změnou velikosti napájecího napětí obdobný princip jako při spouštění změnou kmitočtu f 1 moderní a hospodárný způsob

11 Trojpólové schéma s polovodičovým kmitočtovým měničem K1 ~ ~ měnič kmitočtu ~ ěniče kmitočtu umožňují plynulou změnu výstupního kmitočtu v širokém rozsahu a tomu pak odpovídající úhlovou rychlost rotoru f A. ěniče kmitočtu lze řídit dvěma základními způsoby: skalární U f řízení - velikost maximálního momentu je konstantní. V oblasti malých kmitočtů již nelze zajistit konstantní magnetický tok a proto zde dochází k poklesu momentu vektorově orientované řízení - umožňuje provoz s plným momentem i při nulových otáčkách, složitější

12 Brzdění f A Brzdění A se provádí buď proto, aby se dosáhlo rychlého zabrzdění, tj. zkrátila doba doběhu motoru, nebo aby se motor brzdil v případech, kdy je poháněn zátěží od poháněného mechanismu (např. u jeřábů, výtahů, odvíječek, apod.). brzdění protiproudem brzdění dynamické brzdění generátorické Brzdění protiproudem U motoru běžícího jedním směrem (např. I. Q kde > a n (Ω) > ) se zamění sled dvou přívodních fází (tím se změní směr otáčení točivého magnetického pole statoru a tím i směr působení momentu tímto polem vyvolaným, A brzdí ve II. Q. < a n (Ω) > ). Obdobně i pro opačný výchozí směr chodu (avšak II. Q a IV. Q). Při nulových otáčkách se musí vždy odpojit od sítě. V opačném případě by se motor roztočil v opačném směru!! 1 I I. Q n (Ω ) n S 1 I. Q - 1 I II. Q n (Ω ) - n S 1 I V. Q

13 Brzdění dynamické Stator motoru se odpojí od napájecí střídavé sítě a připojí se dvěma fázemi ke DC zdroji, který vytváří stacionární (pevné) magnetické pole, které indukuje do otáčejícího se rotoru napětí. Rotorovým obvodem začne procházet proud. agnetickým polem statoru dochází současně také k silovému působení na obvod rotoru proti směru jeho otáčení, dochází tedy ke vzniku brzdného momentu a motor se tak brzdí. Na obr. jsou mech. charakteristiky pro různě velké brzdné proudy, které lze DC zdrojem měnit. V malých otáčkách malý moment! Nutno dobrzdit mechanicky!!! n I B I B1 I B n I B1 > I B2 > I B Brzdění generátorické Nastává tehdy, jestliže A pracuje jako generátor, tj. jestliže jeho mechanické otáčky jsou větší než otáčky synchronní, 1 např. při řízení otáček motoru změnou počtu pólů přepnutím statorového vinutí ze dvou na čtyři póly, tj. přepnutím na vyšší počet pólů. Odpovídající mech. charakteristiky jsou na obr., ve kterém generátorickému brzdění odpovídáčást 5 mech. charakteristiky ve II.Q (<, n>, vyznačeno plnou čarou). Dalšími způsoby docílení generátorického brzdění je snížení kmitočtu napájecího napětí nebo zvýšení rychlosti A v důsledku působení aktivního momentu zátěže. Tento způsob brzdění nelze použít pro zastavení motoru! n n 1,(1) n 1,(2) 2p=4 2p=2