Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava Fakulta elektrotechniky a informatiky ELEKTRICKÉ POHONY

Transkript

1 Vysoká škol báňská - Techická uiverzit Ostrv Fkult elektrotechiky iformtiky ELEKTRICKÉ POHONY pro kombiové distčí studium oboru Elektroeergetik Ivo Neborák Václv Sládeček Ostrv 7

2 . KINEATIKA A ECHANIKA ELEKTRICKÝCH POHONŮ. vedeá problemtik je podrobě rozebrá v lit. []. Zákldí pohybová rovice Čs ke studiu: hodi Cíl Po prostudováí tohoto odstvce budete umět defiovt dymický výko momet pst pohybovou rovici pohou Výkld Kždá změ rychlosti dω vede ke změě kietické eergie soustvy motor - poháěý mechizmus dw d. Tto změ dle záko o zchováí eergie je výsledkem rozdílu elemetárí eergie všech hcích sil dw eergie všech sil odporu dw P. dw dw P dw d vžujeme-li tyto změy z čs dt, obdržíme pohybovou rovici výkoové rovováhy eboli dw dt dw dt P P P P d dw dt d s uvžováím, že dymický výko soustvy P d chrkterizuje změu kietické eergie P d dw dt d d dt dω Jω Jω + ω dt dj dt S uvžováím těchto vzthů pk můžeme odvodit zákldí pohybovou rovici pro promělivý momet setrvčosti: Pd dω dj d P J + ω ω dt dt Pro kosttí momet setrvčosti dosteme jedoduchý, zámý vzth d P dω J dt

3 Shrutí pojmů.. Pohybová rovice elektrického pohou, kietická eergie, výko, momet, momet setrvčosti. Otázky... Jk defiujeme dymický momet elektrického pohou?. Stbilit eregulového elektrického pohou Čs ke studiu:.5 hodiy Cíl Po prostudováí tohoto odstvce budete umět rčit, zd je dý poho stbilí či estbilí vést podmíku stbility Výkld vžujme eregulový poho prcující s ustáleou rychlostí ω kost., tedy dω /dt. Pk se pohybová rovice redukuje rovost mometů motoru ztížeí prcovího stroje P, což je v souřdicích, ω (obr...l.) vyzčeo ustáleým prcovím bodem P, který je průsečíkem mometových chrkteristik motoru (ω) prcovího mechismu P (ω). Stbilitou el. pohou v prcovím bodě P pk rozumíme schopost pohou vrátit se do tohoto prcovího bodu v přípdě, že dojde ke krátkodobé změě ztížeí ebo mometu motoru. Obr.... stáleý prcoví bod pohou 3

4 V opčém přípdě, kdy se po této změě poho vzdluje od tohoto prcovího bodu, hovoříme o estbilím prcovím bodu. Odvoďme yí podmíky pro stbilitu: V uvžovém přípdě poruchy echť pltí pro momet motoru vzth d + + ω dω Pro momet ztížeí prcovího mechismu P P P A pro rychlost + ω P P ω + ω d P + ω dω Doszeím do pohybové rovice dosteme P ( ω + ω) d d P d + ω P ω J dω dω dt P A vzhledem k rovici P dω /dt dále d ω dω P d P ω dω P d ω J dt Jejímž řešeím je čsový průběh odchylky rychlosti P d d P dω dω P ω Ke t J Poho tedy bude stbilí tehdy, jestliže pro odchylku rychlosti lze psát lim ω t Což je splěo v přípdě, že d d P dω dω P tedy d dω d P dω P P Neboli v přípdě, že změ dymického mometu s rychlostí v prcovím bodě je záporá. Vysvětlíme si pojem stbility příkldě sychroího motoru, poháějícího prcoví stroj s kosttím ztížeím (obr....). Obě chrkteristiky mjí dv průsečíky P, P. Průsečík P předstvuje stbilí prcoví bod, protože při zvýšeí rychlosti je změ dymického mometu záporá, čili povede k sížeí rychlosti, převžuje momet ztížeí d mometem motoru, ztímco při sížeí rychlosti převzuje momet motoru d brzdým mometem ztížeí. 4

5 d d P b Pltí podmík dω dω c P Obr.... stáleý prcoví bod pohou Průsečík P předstvuje estbilí prcoví bod, protože d d P dω dω P b c Při sížeí rychlosti dojde k zstveí pohou, při zvýšeí dojde k přechodu do stbilího bodu P. vedeme si příkldy růzých typů chrkteristik motorů prcovích mechismů s ohledem stbilitu pohou (obr...3.) Vyšetřeí stbility regulového pohou se provádí kvlittivě jiým způsobem metodmi regulčí techiky. 5

6 Obr...3. Stbilit pohou pro růzé typy chrkteristik motorů ztížeí Shrutí pojmů.. Stbilit eregulového pohou, ustáleý prcoví bod, stbilí prcoví bod, estbilí prcoví bod. Otázky... Jká je podmík stbility eregulového pohou? 6

7 . OTEPLOVÁNÍ A ENERGETIKA ELEKTRICKÝCH POHONŮ.. Přepočet S3, resp. S6 trvlý chod S, metod ekvivletího proudu, mometu výkou Čs ke studiu: hodi Cíl Po prostudováí tohoto odstvce budete umět Specifikovt rozdíl mezi režimem S3 S6 pst rovici pro přepočet režimu S3, resp. S6 S Výkld vžujeme průběh přerušového ztížeí, kterému odpovídá průběh ztrát P dle obr.... Odpovídjící otepleí motoru pk předstvuje křivk ϑ(t), skládjící se z jedotlivých úseků oteplovcí ochlzovcí křivky motoru. Obr.... Průběh ztrát otepleí při přerušovém ztížeí otor, který je tepelě využit, by měl být dimezová tkový trvlý výko, by po dobu ztížeí tímto výkoem se oteplil teplotu blízkou dovoleému otepleí. Tto podmík bude splě tehdy, jestliže ztráty motoru při tom to áhrdím kosttím ztížeí budou rovy ritmetické středí hodotě ztrát P m z čsového průběhu P(t) po dobu cyklu T. Protože T je mlé proti oteplovcí čsové kosttě τ t, jsou odchylky otepleí od středí hodoty mlé eovlivňují životost izolce. Říkáme, že dimezujeme motor dle středích ztrát P m T P m P( t)dt T (..) 7

8 Rozdělíme-li ztráty motoru ztráty prázdo (v železe mechické), které jsou z předpokldu přibližě stálé rychlosti kosttí, ztráty ve viutí, které jsou úměré čtverci ztěžovcího proudu, dosteme pro čsový průběh ztrát vzth ( t) P + P K Ri ( t) P (..) cu + Středí ztráty P m bude pk možo vyjádřit pomoci áhrdího ekvivletího proudu P K + (..3) m RI ekv )Doszeím rovice (3.4.) (3.4.3)do vzthu (3.4.) získáme defiičí vzth pro ekvivletí proud I ekv T T i ( t)dt (..4) Ekvivletí oteplovcí proud můžeme tedy určit ze skutečého průběhu proudu motoru ze středí hodoty čtverce proudu. Tto metod se zývá metod ekvivletího proudu. strojů s derivčí chrkteristikou (stejosměré motory s cizím buzeím, sychroí motory) - ezávisí mgetický tok rychlost ztížeí. V tomto přípdě pltí úměr mezi výkoem P, mometem proudem I : P~~I. Lze proto při chodu vlstí chrkteristice těchto motorů defiovt obdobým způsobem tké ekvivletí momet ekv ekvivletí výko P ekv ekv T T ( t)dt (..5) Pekv P ( t)dt T T (..6) Zprvidl bývá zdá ztěžovcí digrm prcovího stroje (průběh mometu), tkže se určí typový výko motoru z ekvivletího mometu rychlosti. etodu ekvivletího proudu užíváme většiou ke kotrole využití motoru již hotových pohoech, kde je k dispozici zázm měřeého proudu stroje se sériovou chrkteristikou epltí úměr mezi mometem proudem I, rychlost se ztížeím zčě klesá. V tomto přípdě lze využít k dimezováí pouze metodu ekvivletího proudu. Postup je pk tkový, že z průběhu mometu prcovího stroje (t) chrkteristiky I() motoru udávou výrobcem se vytvoří čsový průběh proudu I (t) z ěj se vypočte I ekv. V přípdě přerušového chodu S 3 je v přestávce t mezi dvěm ásledujícími cykly motor odpoje, tkže odpdou ztráty prázdo, které při odvozováí předchozích vzthů byly uvžováy. Tto skutečost vede při výpočtu ekvivletích veliči k odchylkám, které všk obvykle zedbáváme. motorů s vlstím chlzeím se u režimu S3 projeví sížeé chlzeí v době přestávky mezi cykly, což má z ásledek růzou velikost čsové kostty oteplováí τ t ochlzováí τ o.v áhrdím výpočtovém ztížeí všk uvžujeme pouze jediou čsovou kosttu τ t s tímto rozdílem epočítáme. Aby áhrdí ztížeí vystihovlo tuto skutečost, zvádíme místo skutečé doby přestávky t redukovou (áhrdí) dobu t' o, á-li odpovídt počátečí koečé oteplováí během cyklu áhrdímu trvlému ztížeí, pltí pro dobu t' o vzth τ t t τ, t t Poměry obou čsových kostt byly uvedey v tb.. Reduková dob cyklu bude pk 8

9 P T T, t z + t τ t T τ Tkže středí ztráty m ( ) m,, T P t dt P podobě ekvivletí proud ekv ( ) ekv I T i, T, t dt I Tím dochází k zvýšeí ekvivletího proudu o ž 5% (vyšší hodoty pltí pro mlé ztěžovtele z ). Stejě je uto uprvit u motorů s derivčí chrkteristikou vzthy pro ekvivletí momet ekv (5) výko P ekv (6). Tímto způsobem se provádí přepočet zákldě otepleí u pohoů s přerušovým chodem S3 trvlé ztížeí S. Vyskytují-li se všk v ztížeí špičkové momety, může vést teto přepočet zákldě otepleí k esprávým závěrům, eboť motor emusí mít tkovou mometovou přetížitelost, by byl schope tyto mometové špice pokrýt. V tomto přípdě je tedy uto kotrolovt mometovou přetížitelost zvoleého motoru (viz ásledující str) v přípdě, že motor evyhovuje, je uto jeho typový výko zvýšit. Shrutí pojmů.. etod ekvivletího proudu, mometu, výkou, ztěžovtel, středí ztráty Otázky... Npište rovici pro ekvivletí proud, momet, výko. V čem se jedotlivé metody liší. Návrh motoru z hledisk mometové přetížitelosti. Čs ke studiu: / hodiy Cíl Po prostudováí tohoto odstvce budete umět Zkotrolovt poho z hledisk mometové přetížitelosti 9

10 Výkld Při dimezováí motoru je uto kromě tepelého máháí motoru kotrolovt mometovou přetížitelost q. ometová přetížitelost je poměr mximálího mometu k mometu jmeovitému. Jk plye z předchozí kpitoly, při krátkodobém ebo přerušovém chodu může být motor krátkodobě přetíže (iž by došlo k překročeí dovoleého otepleí). V těchto čsových úsecích le ikdy esmí dojít k překročeí mximálího mometu motoru. stdrdích stejosměrých motorů to čií cc dvojásobek jmeovité hodoty. Vyplývá to ze skutečosti, že momet DC motorů s kosttím buzeím motory s cizím buzeím či s permetími mgety - je přímo úměrý proudu kotvy (viz kpitol o DC motorech). Při větším ež dvojásobém proudu dochází k dměrému jiskřeí komutátoru. Stejosměré seriové motory jsou omezey rověž komutcí při syceí pomocých pólů, přetížitelost bývá q ž,5. Stejosměré motory s permetími mgety ve speciálím provedeí pro servopohoy obráběcích strojů mívjí přetížitelost ž q. sychroích motorů je mximálí momet mometem zvrtu mechické chrkteristice (viz kpitol o sychroích motorech). Pro stdrdí motory krátko se tto hodot pohybuje v rozmezí,5 ž 3,5 ásobku jmeovitého mometu (teto údj jdeme v ktlogu dého motoru). Pricipiálě tedy motor emůže vyviout větší momet ež je momet zvrtu. Pokud bychom ho ztížili větším mometem, dojde k jeho zstveí, přičemž by motor odebírl proud krátko. sychroích motorů je mximálí dovoleý momet spoje jedk s mximálím dovoleým proudem, le i s mximálím dovoleým zátěžým úhlem, po jehož překročeí dochází k vypdutí ze sychroismu jeho zstveí, přičemž by motor odebírl velký proud. Sychroí motory mjí q,5 ž,5 při ormálím provedeí, ve speciálím provedeí ž q 3 ž 4. Pro všechy uvedeé typy tedy můžeme stovit výše uvedeým postupem mximálí momet zkotrolovt, zd v ěkterých úsecích ztěžovcího digrmu eí překroče. Pokud by tomu tk bylo, je uto vrhout motor většího výkou tk, by jeho mximálí momet překroče ebyl. Shrutí pojmů.. ximálí momet, mometová přetížitelost Otázky.. 3. Jk stovíme mximálí momet u jedotlivých typů motoru?

11 3. POHONY SE STEJNOSĚRNÝI OTORY S CIZÍ BZENÍ Stejosměré motory s cizím buzeím se používjí téměř výhrdě v regulčích pohoech pro ejrůzější plikce ve spojeí s polovodičovými měiči. Poho tvořeý stejosměrým motorem, pájeým z dym zámý jko Leordov skupi, se des používá je ojediěle pro ěkteré speciálí plikce. echický komutátor sběré ústrojí motoru všk v kždém přípdě předstvuje ejslbší místo DC pohou. To spolu s výkoovým omezeím motoru vede ke sze hrdit jej v celém rozshu používých výkoů pohoem střídvým. 3.. echická chrkteristik DC motoru s cizím buzeím, řízeí rychlosti Čs ke studiu: hodi Cíl Po prostudováí tohoto odstvce budete umět pst rovici mechické chrkteristiky ss motoru s cizím buzeím chrkterizovt vliv jedotlivých veliči tvr mechické chrkteristiky Výkld Pro ustáleý stv pltí pro DC motor zpojeý dle obr tto soustv lieárích rovic: b m + R I cφ ω + R R i b I b P I kde je pájecí pětí kotvy (rotoru), b je pájecí pětí budicího obvodu (sttoru), i je idukové pětí, cφ je souči kostrukčí kostty stroje hodoty mgetického toku ω je úhlová rychlost otáčeí, ω π, kde jsou otáčky motoru. Jestliže ještě 6 vezmeme v úvhu vzth pro elektromgetický momet motoru odvodit ásledující vzth pro rychlost otáčeí motoru: m cφ I, lze pk R I R ω cφ cφ cφ ( cφ ) Grficky je tto závislost vyese obr ω ω (3..)

12 + - I i R L Lb Rb b + - Obr Zpojeí ss cize buzeého motoru Obr echické chrkteristiky ss cize buzeého motoru

13 Obr echické chrkteristiky ss cize buzeého motoru ve všech kvdrtech Z rovice mechické chrkteristiky vyplývjí možosti řízeí rychlosti ss motoru: pětím zdroje, mgetickým tokem φ (prostředictvím budicího pětí b ) odporem R (vějším odporem R p ). Posledí možost se v deší době u ově vrhových pohoů eužívá vzhledem k tomu, že se jedá o ehospodárý způsob řízeí rychlosti, přičemž se elektrická eergie přeměňuje ve vějším odporíku v teplo. Z rovice (3...) vyplývá, že odpor kotvy R způsobuje úbytek rychlosti závisející ztížeí. Při ztížeí jmeovitým mometem je rychlost motoru ω ižší ež rychlost prázdo ω O úbytek rychlosti je tedy R ω cφ ( ) Změou pětí zdroje měíme velikost rychlosti prázdo ω O /(cφ). N velikost úbytku rychlosti emá tto změ vliv, tkže mechické chrkteristiky jsou rovoběžé. Změou mgetického toku φ měíme jedk velikost rychlosti prázdo, le tké úbytku rychlosti(~/ φ ), tkže chrkteristiky jsou při odbuzováí měkčí ež při řízeí rychlosti pětím. 3

14 Řízeí rychlosti změou pěti probíhá při kosttím mgetickém toku rovém jmeovitému toku motoru φ φ. Oblst dovoleého ztížeí motoru při tomto řízeí je proto ohriče jmeovitým mometem, který je dá dovoleým proudem (obr ). Npětí svorkách motoru by emělo překročit jmeovitou hodotu stroje, tkže regulce kotevím pětím umožňuje měit rychlost pouze ižší hodotu, ež je zákldí rychlost dá vlsti chrkteristikou stroje, tj. Chrkteristikou při jmeovitém pětí, která je určeá rychlostí prázdo ω O rychlostí ω při jmeovitém ztížeí, Pro rozšířeí rozshu regulce D ω AX /ω IN se využívá řízeí rychlosti změou mgetického toku φ. Protože ss motory jsou vrhováy s mgetickým tokem v oblsti kole mgetizčí chrkteristiky, lze řízeí rychlosti provádět prkticky pouze sižováím mgetického toku φ, čili odbuzováím. Výhodou tohoto způsobu je, že regulce se provádí v obvodech poměrě mlého výkou, eboť výko budicího obvodu předstvuje pouze ž 5% výkou motoru. K regulci se zde využívjí pro mlé výkoy motorů odpory v budicím obvodu, pro větší výkoy točivé měiče u ových pohoů výhrdě tyristorové měiče. Dovoleé ztížeí mx při odbuzováí získáme z rovice pro momet doszeím z cφ RI ω S rostoucí rychlostí se tedy dovoleé ztížeí hyperbolicky sižuje (obr. 3...), což odpovídá řízeí při kosttím výkou, Horí mez řízeí rychlosti odbuzováím je omeze mechickými prmetry kotvy bdáží viutí, kolektorovým ústrojím p. A epřevyšuje zprvidl rozsh : ž : 3 d zákldí rychlost, u speciálě kostruových motorů se užívá rozshu ž : 8). Z rovice mechické chrkteristiky vyplývá, že odbuzováím se zvyšuje jedozčě rychlost pouze při chodu prázdo, ztímco při ztížei kost. Se závislost ω f(φ) vyzčuje mximem (obr ), které zjistíme z podmíky mxim : dω/dφ, Obr Závislost ω f(φ) při kost. 4

15 Tkže dω R + dφ c φ c φ 3 (3..) ximálí rychlost bude při toku získého z rov. (3..) ω cφ R mx mi mi ( cφ ) 4R cφ mi R Shrutí pojmů 3.. cize buzeý motor, koteví pětí, proud kotvy, budicí proud, mgetický tok, regulce rychlosti, úhlová rychlost, otáčky motoru Otázky Npište rovici mechické chrkteristiky ss motoru s cizím buzeím 5. Chrkterizujte vliv jedotlivých veliči tvr mechické chrkteristiky 6. Jkým způsobem je možé regulovt otáčky stejosměrého motoru, jk lze provést změu směru otáčeí? 3.. Struktury stejosměrých pohoů s řízeými tyristorovými usměrňovči Čs ke studiu: hodi Cíl Po prostudováí tohoto odstvce budete umět Nkreslit chrkterizovt řídicí vější chrkteristiku měiče Nkreslit mechické chrkteristiky při pájeí z tyristorového měiče Výkld Rychlý rozvoj tyristorů v posledích letech jejich sižující se ce přiesl revolučí zvrt v oblsti elektrických pohoů. V součsé době se u ás vyrábějí tyristory s proudovou ztížitelostí 6 ž řádově ka, s opkovtelým pětím řádově do kv. Tyto skutečosti umožňují uifikovt zpojeí pro pohoy mlých, středích velkých výkoů bez utosti 5

16 užívt úsporých důvodů polořízeých zpojeí s tyristory diodmi, příp. sériové prlelí spojováí tyristorů pro dosžeí dosttečé pěťové proudové ztížitelosti. Řídicí vější chrkteristik řízeého tyristorového usměrňovče Výstupí pětí měiče je zvlěé, tkže proud v kotevím obvodu motoru pájeého z tyristorového usměrňovče je rověž zvlěý. Pokud je proud epřerušeý, tj. jeho okmžitá hodot eklese ulu, je možo řízeý usměrňovč formálě hrdit pěťovým zdrojem s vitřím pětím, s ohmickým odporem R i idukčostí L i. Vitří pětí dα tvoří středí hodot usměrěého pětí prázdo při úhlu řízeí tyristoru α kde d je pětí prázdo při úhlu α. Závislost dα f (α) pro epřerušeý proud je řídicí chrkteristikou měiče prázdo (obr. 3...) Obr Řídicí chrkteristikou měiče 6

17 Náhrdí vitří odpor je tvoře těmito složkmi je sekudárí stru převedeý odpor trsformátoru, R, R jsou odpory primárího sekudárího viutí P TR je převod trsformátoru. můstkových spojeí se musí vzít v úvhu vždy odpory dvou fází trsformátoru, u uzlových je jede. je áhrdí odpor odpovídjící zátěži závislému úbytku pětí při komutci tyristorů. Rozptylová rektce trsformátoru X TR edovolí skokovou změu proudu z jedoho tyristoru druhý způsobí jeho zpožděý průběh; tkže po dobu µ (tzv.úhel překrytí) dojde k součsému vedeí proudu v obou tyristorech. Rozptylovou rektci trsformátoru přepočítou sekudárí stru vypočítáme ze vzthu X σ, X σ jsou rozptylové rektce primárího sekudárího viutí. můstkových spojeí je áhrdí odpor R k dvojásobý, tj. R k,955 X TR. R VT je odpor vyhlzovcí tlumivky, přip. tlumivky pro omezeí okruhového proudu (u reverzčích měičů s okruhovými proudy). Náhrdí idukčost řízeého usměrňovče L i L + TR L VT je tvoře především idukčostí vyhlzovcí tlumivky L VT rozptylovou idukčostí trsformátoru L TR přepočteou sekudárí stru trsformátoru. Při zvětšováí řídícího úhlu α d úhel π/ se středí usměrěé pětí stává záporé, směr proudu se eměí změí se směr výkou, který jde yí ze stejosměré stry do střídvé. Při velkých úhlech řízeí je uto, by tyristor, ze kterého komutuje proud jiý, obovil svou blokovcí schopost, dříve ež se změí polrit u - u okmžitých hodot příslušých fázových pětí. Kdyby komutce eskočil vetil eobovil svou blokovcí schopost, došlo by k tzv. prohořeí ivertoru, při kterém by vzikl velký proud, ěmž by se podílel střídvý i stejosměrý zdroj eergie. Vější chrkteristiky měiče jsou tedy dáy vzthem 7

18 jsou zázorěy obr V je úbytek pětí tyristoru (uzlové spojeí) ebo tyristorech (můstkové spojeí). Síť chrkteristik je zprv omeze proudovou ztížitelostí tyristorů. echické chrkteristiky v oblsti spojitého proudu N svorkách motoru bude v ustáleém stvu pětí Odtud rychlost motoru Obr Vější chrkteristik měiče při spojitém proudu Obr echické chrkteristiky pohou s řízeým usměrňovčem echické chrkteristiky (obr ) v oblsti spojitého proudu jsou rovoběžky, které jsou měkčí ež při pájeí z W.Leordov měiče v důsledku vitřího odporu měiče R i. Te je dá především komutčími úbytky pětí. Trsformátory pro pájeí měičů mjí velké pětí krátko u k 8 ž % (pro omezeí zkrtových proudů) 8

19 kde, jsou jmeovitá pětí trsformátoru I, I jsou jmeovité proudy trsformátoru Při úhlu α π/ jde o režim dymického brzděí (pětí měiče je ulové), ztímco při úhlech π/ < α < α mx jde o režim rekupertivího brzděí oblst omezeá osou ω přímkou α π/ odpovídá protiproudému brzděí. Pro meší výkoy se z ekoomických důvodů eužívá u můstkových spojeí pájecí trsformátor. V tom přípdě v důsledku uvedeých úbytků pětí při zjištěí potřebé pěťové regulčí rezervy měiče při rychlých změách proudu musí být jmeovité pětí motoru při síťovém pětí 38 V v rozshu 4 ž 44 V při síťovém pětí 5 V 54 ž 57 V. Shrutí pojmů 3.. Řídicí chrkteristikou měiče, vější chrkteristik měiče, mechické chrkteristiky pohou s řízeým usměrňovčem Otázky Nkreslete řídicí chrkteristiku DC motoru s cizím buzeím pájeého z řízeého tyristorového usměrňovče 5. Nkreslete vější chrkteristiku DC motoru s cizím buzeím pájeého z řízeého tyristorového usměrňovče 6. Nkreslete mechické chrkteristiky DC motoru s cizím buzeím pájeého z řízeého tyristorového usměrňovče 3.3 Reverzčí stejosměré pohoy se 4-kvdrtovými tyristorovými řízeými usměrňovči Čs ke studiu: hodi Cíl Po prostudováí tohoto odstvce budete umět vést růzé zpojeí 4-kvdrtových tyristorových měičů Nkreslit průběh reverzce se dvěm měiči v kotvě 9

20 Výkld Pro brzděí reverzci stejosměrých cize buzeých motorů je uto obrátit smysl mometu, což lze provést změou smyslu kotevího proudu ebo změou smyslu mgetického pole. Ztímco změ kotevího proudu u Leordov měiče proběhl bez přídvých zřízeí, u usměrňovčů s ohledem vetilový účiek měiče se bez ich eobejdeme. Jedoměičový reverzčí poho s kotktím přepíáím budicího viutí (obr. 3.3.) Pro jede směr jsou seputy kotkty stykče K, pro druhý kotkty stykče K. Velká čsová kostt buzeí edovolí reverzci v čse krtším ež,5 ž,5 s. Během obráceí smyslu mgetického toku musí být proud v kotvě I (způsob záiku proudu viz popis obr ). Jedoměičový reverzčí poho s kotktím přepíáím kotevího viutí (obr. 3.3.b) Reverzci řídí opět stykče K K. Reverzci lze provést v čse si, ž,3 s. Přeputí musí opět proběhout bez proudu kotvy. ) b) c) Obr Růzá zpojeí stejosměrých reverzčích pohoů Reverzčí poho s dvěm měiči v buzeí jedím měičem v kotvě (obr. 3.3.c)

21 Lze použít u dymicky eáročých pohoů, dosžitelá dob reverzce je ž,4 s. Po dobu změy smyslu mgetického toku musí být opět proud v kotvě ulový. Pro zrychlei reverzce se užívá urychleí buzeí, které vyžduje pěťovou. rezervu u měičů v buzeí. Reverzčí poho s dvěm měiči v kotvě jedím měičem v buzeí (obr ) Pro pohoy vyždující rychlou reverzci (lze dosáhout, s) se užívjí dv měiče v kotvě, kždý pro jede směr proudu. Pricip si ukážeme tiprlelím můstkovém zpojeí (obr ). N obrázku je kresleo zpojeí s měičem s okruhovými proudy. Pro moderí pohoy se v součsosti více používá zpojeí bez okruhových proudů, u kterého je vždy jede měič zbloková, v důsledku čehož jsou okruhové proudy I I rovy ule tím mohou být v zpojeí vypuštěy tlumivky pro omezeí okruhových proudů OT ž 4. echické chrkteristiky motoru vykzují určité zvýšeí rychlosti při přechodu z režimu motorického do brzdého (obr. 3.3.b) dé oblstí přerušového proudu. Účiost pohou je větší ež u zpojeí s okruhovými proudy, struktur řídících regulčích obvodů je složitější, silová část pohou je levější. ) b) Obr Reverzčí poho s dvěm měiči v kotvě ) zpojeí b) mechické chrkteristiky

22 ω I T bp S bl bl bl bl bl b bl S úsek Obr Průběh reverzce u pohou s dvěm měiči v kotvě (bez okruhových proudů) Řízeí probíhá tk, že měič, který evede proud, je zbloková (obr ). Předpokládejme, že ve výchozím stvu pájí motor měič ( v usměrňovčovém režimu, bloková úsek ). Jeho pětí di je větší ež idukové pětí motoru i. Při poždvku reverzce (koec úseku ) se měič přeství do mximálího ivertoru (střídčový režim S), čímž proud rychle klese ulu (úsek ), eboť zvětšeím řídicího úhlu α se síží pětí měiče pod hodotu idukového pětí, le vzhledem k vetilovému účiku se proud emůže dostt do záporých hodot. Po poklesu proudu ulu logik ásledě teto měič zblokuje (úsek 3) po uplyutí bezproudové puzy přepojí řídící impulzy druhý měič, který jíždí z mx. ivertoru (úsek 4). Délk bezproudové puzy epřeshuje ž ms. Po dobrzděí pk měič přejde do usměrňovčového režimu rozbíhá motor opčou stru (úsek 5). Po rozběhu stveé otáčky se pk proud ustálí hodotu dou zátěžým mometem (úsek 6). Poz. : Doby áběhu doběhu proudu dob bezproudové puzy je v obr z důvodu přehledosti zčě prodlouže vzhledem k osttím úsekům. Shrutí pojmů kvdrtový řízeý tyristorový usměrňovč, reverzčí logik Otázky Jké možosti máme z hledisk zpojeí reverzčích tyristorových měičů? 8. Které zpojeí je techicky ejlepší proč? 9. Jk prcuje reverzčí logik u pohou se dvěm měiči v kotvě?

23 3.4 Účiost účiík stejosměrých pohoů s řízeými tyristorovými usměrňovči Čs ke studiu: hodi Cíl Po prostudováí tohoto odstvce budete umět Defiovt účiost účiík DC pohoů s tyristorovými měiči Nkreslit jejich průběh Výkld Elektromgetický výko při spojitém proudu motoru lze vyjádřit vzthem i P ω cφi ii cφ Příko odebírý ze sítě je (při zedbáí komutčích úbytků) P S I dα Účiost P i cφω ω η PS dα i + V + i ω + cφ Účiost tedy závisí jedk ztížeí rychlosti. ( R + R ) I V + ( Ri + R ) Při ztížeí jmeovitým proudem I je závislost účiosti η rychlosti vyese obr pro srováí je zde vyese závislost účiost i pohou s Leordovým měičem téhož výkou. Celkový účiík pohou s tyristorovým měičem je dá vzthem cosϕ ν cosϕ kde čiitel zkresleí ν, tj. poměr efektivích hodot. hrmoické síťového proudu tohoto proudu je dá vzthem I kde µ je úhel překrytí cos ϕ je účiík.. hrmoické 3

24 Z uvedeých vzthů je zřejmé, že celkový účiík závisí rověž rychlosti (prostředictvím úhlu řízeí α ); ztížeí (růst ztížeí vede k zvětšeí úhlu překrytí µ). N obr je vyese závislost celkového účiíku rychlosti při jmeovitém ztížeí hřídeli pro srováí rověž obdobá závislost pro poho s Leordovým měičem stejého výkou. Obr Závislost účiosti pohou s tyristorovým měičem při kosttím ztížeí Obr Závislost účiíku pohou s tyristorovým měičem při kosttím ztížeí Shrutí pojmů 3.4. Účiost, účiík, řízeý tyristorový usměrňovč Otázky N čem závisí účiost DC pohou při pájeí z tyristorového měiče?. N čem závisí účiík DC pohou při pájeí z tyristorového měiče? 4

25 4. POHONY S ASYNCHRONNÍI OTORY 4.. echická chrkteristik sychroího motoru Čs ke studiu:,5 hodiy Cíl Po prostudováí tohoto odstvce budete umět pst rovici mechické chrkteristiky s. motoru chrkterizovt vliv jedotlivých veliči tvr mechické chrkteristiky Výkld Asychroí motor díky své kostrukčí jedoduchosti je ejužívějším motorem. Ze zjedodušeého áhrdího schémtu jedé fáze obr vyplývá v ustáleém stvu pro efektiví hodotu proudu rotoru přepočteého sttor Obr Náhrdí schém s. motoru kde X K X σ + X σ je rektce krátko, R, R jsou odpory fáze sttoru rotoru. Elektromgetický výko ve vzduchové mezeře Rovici mechické chrkteristiky pk vypočítáme z Klosov vzthu Pro prktické použití se uprvuje teto vzth do tvru(zjedodušeý Klosův vzth) 5

26 mx kde s sk + s s k s 6 f p f f kde momet zvrtu jemu odpovídjící skluz získáme položeím d/ds. Pro prktické výpočty používáme ásledující vzthy plté pro jmeovité hodoty pájecího pětí kmitočtu: ximálí momet mx q Skluz zvrtu určíme z Klosov vzthu: kde jmeovitý skluz s s k s q + q ximálí momet skluz zvrtu pro ktuálí hodotu pětí kmitočtu určíme z rovic mx f mx f k k f s s f Z rovice vyplývá, že momet sychroího motoru je úměrý čtverci pětí, tkže sychroí motor je citlivý kolísáí sítového pětí. Z Klosov vzthu lze odvodit vzth mezi kritickým jmeovitým skluzem Závislost sttorového proudu skluzu I f(s) můžeme určit ze vzthu I I µ -I, kde I f(s) vypočítáme z úvodího vzthu pro I. Obě křivky mjí ejvětší vzájemou vzdáleost při chodu prázdo s, s rostoucím rotorovým proudem, se obě křivky přibližují. 6

27 Obr ech. chrkteristik A Obr Průběhy I, I f(s) Shrutí pojmů 4.. Skluz, Klosův vzth, mximálí momet, mometová přetížitelost, skluz zvrtu, rektce krátko Otázky Npište rovice mechické chrkteristiky s. motoru 6. kterých motorů můžeme použít k řízeí rotorové odporíky? 4.. Řízeí rychlosti sychroích motorů Čs ke studiu: 5 hodi Cíl Po prostudováí tohoto odstvce budete umět vést způsoby řízeí otáček sychroích motorů. Porovt výhody evýhody jedotlivých způsobů řízeí 7

28 Výkld 4... Řízeí rychlosti A změou sttorového kmitočtu Vlstosti pohoů s frekvečím řízeím sychroích motorů Frekvečím řízeím střídvých motorů lze v součsé době docílit stejých vlstostí jko u stejosměrých regulčích pohoů lze očekávt ještě dlší rozmch v tomto směru s ohledem výhody střídvých motorů vůči stejosměrým, které spočívjí především v tom, že tyto stroje emjí komutátor. motorů krátko ( bezkroužkových sychroích motorů) odpdjí i sběrcí kroužky. echická robustost jedoduchost kostrukce ve srováí se stejosměrými motory klde meší poždvky údržbu, (což je příkld zákldí poždvek pro pohoy v jderé eergetice), umožňuje vyšší mezí výkoy, vyšší otáčky, použitelost pro prostory s ebezpečím výbuchu v horictví v chemii vyzčuje se mlým mometem setrvčosti. Ztímco stejosměré motory dovolují mximálí obvodovou rychlost rotoru m/s, sychroí motory s hldkou kotvou 3 m/s, sychroí motory m/s homopolárí stroje s msivím rotorem ž 4 m/s. Reltivě mlé setrvčé rotující hmoty umožňují relizovt i dymicky áročé pohoy. Střídvé motory ve spojeí s trzistorovými střídči umožňují des regulovt otáčky v širokém rozshu. Vysokootáčkové stroje se vyždují ve zkušebách splovcích motorů, u obráběcích strojů, brusek, pro odstředivky, td. lá měrá hmotost jedotku výkou mlé rozměry zvyšují v součsé době přitžlivost střídvých motorů i pro trkci. Kosttí sychroí otáčky umožňují split poždvky sychroí chod mohmotorových pohoů v textilím průmyslu. Hlví dosud uváděá evýhod, tj. obtížá regulce rychlosti, je při součsém stvu moderí výkoové elektroiky výpočetí mikroelektroiky ve světě odstrě. S výjimkou vetilových kskád byly ztím všechy probré způsoby řízeí rychlosti sychroích motorů spojey se zčými ztrátmi. Nejperspektivější způsob řízeí rychlosti je součsé řízeí frekvece pětí ebo proudu, které se s rozvojem trzistorových střídčů rychle rozšiřuje. Řízeím frekvece f se měí sychroí rychlost motoru ω πf/p p. Idukové pětí sttoru je úměré frekveci toku. i 4.44 N Φ m. f kost. Φ m. f V prvém přiblížeí zedbáme úbytky pětí sttorové impedci. Zmešeí frekvece f vede při kosttím pětí k vzrůstu toku Φ m, k syceí stroje zvětšeí mgetizčího proudu I µ, tedy ke zhoršeí eergetických ukztelů, příp. k dměrému otepleí. Zvětšeí frekvece f při kosttím pětí, vede ke zmešeí mgetického toku při stálém mometu hřídeli motoru K Φ m I cosϕ způsobí vzrůst rotorového proudu, dměré otepleí viutí edosttečé využití mgetického obvodu. Síží se rověž mximálí momet mx. Z uvedeého rozboru vyplývá utost součsé regulce frekvece pětí ebo proudu v závislosti ztížeí. Rozsh řízeí bývá : 5 ž : pod zákldí rychlost ω ; ž :4 d ω. speciálě kostruových strojů se horí hrice rychlosti může mohoásobě zvýšit proti uvedeým údjům, spodí hrici můžeme sížit utomtickou regulcí rychlosti. 8

29 9 Frekvečí pěťové řízeí mx mx mx mx Φ Φ f f f f i i m Z výše uvedeé rovice vyplývá, že momet sychroího motoru je úměrý čtverci pětí, tkže sychroí motor je citlivý kolísáí síťového pětí viz obr Obr echická chrkteristik A při změě pětí Při stálém mometu hřídeli kost je uté udržet kosttí mgetický tok Φ m, což vede k součsému řízeí pětí frekvece f tk, by pltilo / f kost. Při jmeovité frekveci je frekvečí poměr ν f / f, v áhrdím schémtu obr pltí, že mgetizčí rektce X µ» R + jx σ tké j X µ I µ > R + jx σ I, tkže úbytek pětí viutí sttoru lze zedbt. Při podsttě sížeé frekveci f (ν <,) se všk zmešuje νx µ. zče se upltňovt úbytek pětí odporu sttorového viutí R. Poměr R /(π f L µ ) bude růstt, tkže je uto řídit sttorové pětí dle vzthu: f f K K f f.. ν kde korekčí fktor ( ) ( ) λ ν λ σ µ σ µ X X j R X X j f f R K f R X X σ µ λ +

30 Obr Náhrdí schém A Obr K f f (ν) při frekvečím řízeí Závislost korekčího fktoru K f frekvečím poměru ν f / f pro růzá λ je vyese obr V áhrdím schémtu sychroího motoru se tedy při frekvečím řízeí všechy rektce ásobí ν. echické chrkteristiky jsou zázorěy obr ) z předpokldu, že pětí je řízeo dle výše uvedeého vzthu f. K f ν f. K f V přípdě, že řídíme pětí, úměré frekveci f i pro ízké rychlosti, je vyzčeá mechická chrkteristik čárkově. Při řízeí rychlosti d zákldí rychlost (ν> ) bychom při řízeí dle výše uvedeého vzthu (resp. i pro /fkost.) potřebovli vyšší pětí ež jmeovité. Docházelo by k pěťovému přetěžováí motoru ehledě to, že bychom museli toto zvýšeé pětí techicky zjistit. Proto se v oblsti d jmeovitým kmitočtem udržuje kosttí jmeovité pětí. Dochází tedy k zeslbeí mgetického pole podobě jko u stejosměrého motoru. Toto zeslbeí všk emá vliv rychlost prázdo (jko u DC motoru) ýbrž pouze průběh mometu. V tom přípdě mximálí momet motoru klesá s kvdrátem kmitočtu. Tomuto řízeí v obou rozszích odpovídjí mechická chrkteristiky zázorěé obr b). Tk tedy vypdjí tyto chrkteristiky u reálého pohou. Shrutí pojmů 4.. Frekvečí řízeí, korekčí fktor, /f řízeí, řízeí s kosttím pětím, mgetický tok Otázky Jk uto řídit s. motor v oblsti mlých rychlostí? 8. K čemu dochází v oblsti d jmeovitými otáčkmi? 3

31 ) b) Obr echické chrkteristiky A při frekvečím řízeí 4.3. Brzděí sychroích motorů Čs ke studiu: hodiy Cíl Po prostudováí tohoto odstvce budete umět pst rovice mechické chrkteristiky pro jedotlivé druhy brzděí chrkterizovt vliv jedotlivých veliči tvr mechické chrkteristiky Výkld Stejě jko u stejosměrých cize buzeých motorů existují tři zákldí způsoby brzděí: rekupercí, protiproudé stejosměré (dymické) Rekuperčí brzděí A Při zvýšeí rychlosti d ω (obr. 4...) se dostává motor do oblsti rekuperčího brzděí, ve které je skluz s <. Jiá možost jk dosáhout tohoto režimu je sížeí rychlosti 3

32 ω 6f/p p, ( p p je počet pólpárů), což lze dosáhout sížeím frekvece pájecího pětí f (tohoto způsobu se používá právě u des by se dlo říci již hromdě používých - měičů kmitočtu) ebo přeputím viutí vyšší počet pólpárů p p (výthové motory). Prcoví bod se při tom pohybuje z bodu P do P ebo při brzdém spouštěí břemee do P 3 (obr ). Pro mechickou chrkteristiku pltí Klosův vzth. Obr echické chrkteristiky A při rekuperčím brzděí Brzděí protiproudem Obráceím sledu fází pájecího pětí (obr ) dojde ke změě smyslu točivého pole, tkže rotor se otáčí proti smyslu pole, (křivk obr , skluz s >. Idukové pěti s i rotorová frekvece f s f vzrostou v okmžiku přeputí téměř dvojásobek (s). Proto u kroužkového motoru je zpotřebí zřdit do kždé fáze rotoru odpor dvojásobé hodoty ežli je odpor pro spouštěí (křivk b obr ). K zbráěí rozběhu v protisměru je uto motor při dosžei ulové rychlosti odpojit od sítě, př. odstředivým vypíčem. Při brzdém spouštěí břemee je prcoví bod P ve IV. kvdrtu. motorů krátko je při přeputí árz sttorového proudu si o % větší ež při přímém připojeí síť, víc všecho teplo se vyvíjí v rotoru. Tyto skutečosti omezují rozsh výkoů, kde lze použít protisměrého brzděí u motorů krátko. Pro mechickou chrkteristiku pltí Klosův vzth. 3

33 Obr Schém zpojeí mechické chrkteristiky protiproudého brzděí A Stejosměré brzděí Při stejosměrém brzděí se odpojí sttor od střídvé sítě připojí se zdroj stejosměrého pětí. Nejčstější zpojeí sttoru jsou zázorěy obr včetě celkového odporu R c čiitele mgetizčího proudu K µ I µ / I ss. Při dymickém brzděí se stroj chová jko střídvý geerátor. Stejosměrý proud I ss vytvoří stojící mgetické pole, v ěmž se otáčí kotv motoru. Příkld výpočtu mechické chrkteristiky viz lit. []. Jejich tvr je obr , kde vystupuje poměrá rychlost ν. N vlstí chrkteristice je ν velmi mlé, což vede k mlému brzdému mometu při vyšších rychlostech. Proto u větších motorů se zřzuje do rotoru přídvý odpor R p, který se může postupě vyřzovt. V kombici s řízeím budícího proudu I ss lze split libovolé poždvky tvr chrkteristik (obr ). Obr Zpojeí sttoru u stejosměrého brzděí A 33

34 Obr echické chrkteristiky stejosměrého brzděí A Shrutí pojmů 4.3. Brzděí geerátorické,, protiproudé, stejosměré. Otázky Npište rovice mechické chrkteristiky pro jedotlivé druhy brzděí 6. Nkreslete mechické chrkteristiky pro jedotlivé druhy brzděí 7. Chrkterizujte vliv jedotlivých veliči tvr brzdé mechické chrkteristiky LITERATRA [] ČERÁK, T.:. Skriptum VŠB Ostrv, 98. [] NEBORÁK, I. PALACKÝ, P. SLÁDEČEK, V. VRÁNA, V.:. Syllby do cvičeí. VŠB - T Ostrv,. 34

35 OBSAH. KINEATIKA A ECHANIKA ELEKTRICKÝCH POHONŮ..... Zákldí pohybová rovice..... Stbilit eregulového elektrického pohou.... OTEPLOVÁNÍ A ENERGETIKA ELEKTRICKÝCH POHONŮ..... Přepočet S3, resp. S6 trvlý chod S, metod ekvivletího proudu, mometu výkou..... Návrh motoru z hledisk mometové přetížitelosti POHONY SE STEJNOSĚRNÝI OTORY S CIZÍ BZENÍ echická chrkteristik DC motoru s cizím buzeím, řízeí rychlosti Struktury stejosměrých pohoů s řízeými tyristorovými usměrňovči Reverzčí stejosměré pohoy se 4-kvdrtovými tyristorovými řízeými usměrňovči Účiost účiík DC pohoů s řízeými tyristorovými usměrňovči POHONY S ASYNCHRONNÍI OTORY echická chrkteristik sychroího motoru Řízeí rychlosti sychroích motorů Řízeí rychlosti A změou sttorového kmitočtu Brzděí sychroích motorů Rekuperčí brzděí A Brzděí protiproudem Stejosměré brzděí... LITERATRA... 35