NÁVRH JEDNOFÁZOVÉHO ASYNCHRONNÍHO MOTORU S POMOCNOU FÁZÍ

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FKULT ELEKTROTECHNIKY KOMUNIKČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY ELEKTRONIKY FCULTY OF ELECTRICL ENGINEERING ND COMMUNICTION DEPRTMENT OF POWER ELECTRICL ND ELECTRONIC ENGINEERING NÁVRH JEDNOFÁZOVÉHO SYNCHRONNÍHO MOTORU S POMOCNOU FÁZÍ SINGLE-PHSE INDUCTION MOTOR CLCULTION DIPLOMOVÁ PRÁCE MSTER'S THESIS UTOR PRÁCE UTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Bc. PETR SCHLESINGER prof. Ing. VÍTĚZSLV HÁJEK, CSc. BRNO 008

2

3 LICENČNÍ SMLOUV POSKYTOVNÁ K VÝKONU PRÁV UŽÍT ŠKOLNÍ DÍLO uzavřená mezi smluvními stranami:. Pan/paní Jméno a příjmení: Bc. Petr Schlesinger Bytem: Narozen/a (datum a místo): , Brno (dále jen "autor") a. se sídlem Údolní 44/53, 6000 Brno jejímž jménem jedná na základě písemného pověření děkanem fakulty: doc. Ing. Čestmír Ondrůšek, CSc. (dále jen "nabyvatel") Článek Specifikace školního díla. Předmětem této smlouvy je vysokoškolská kvalifikační práce (VŠKP): disertační práce diplomová práce bakalářská práce jiná práce, jejíž druh je specifikován jako... (dále jen VŠKP nebo dílo) Název VŠKP: Návrh jednofázového asynchronního motoru s pomocnou fází Vedoucí/školitel VŠKP: prof. Ing. Vítězslav Hájek, CSc. Ústav: Ústav výkonové elektrotechniky a elektroniky Datum obhajoby VŠKP:... VŠKP odevzdal autor nabyvateli v: tištěné formě - počet exemplářů elektronické formě - počet exemplářů. utor prohlašuje, že vytvořil samostatnou vlastní tvůrčí činností dílo shora popsané a specifikované. utor dále prohlašuje, že při zpracovávání díla se sám nedostal do rozporu s autorským zákonem a předpisy souvisejícími a že je dílo dílem původním. 3. Dílo je chráněno jako dílo dle autorského zákona v platném znění. 4. utor potvrzuje, že listinná a elektronická verze díla je identická.

4 Článek Udělení licenčního oprávnění. utor touto smlouvou poskytuje nabyvateli oprávnění (licenci) k výkonu práva uvedené dílo nevýdělečně užít, archivovat a zpřístupnit ke studijním, výukovým a výzkumným účelům včetně pořizovaní výpisů, opisů a rozmnoženin.. Licence je poskytována celosvětově, pro celou dobu trvání autorských a majetkových práv k dílu. 3. utor souhlasí se zveřejněním díla v databázi přístupné v mezinárodní síti ihned po uzavření této smlouvy rok po uzavření této smlouvy 3 roky po uzavření této smlouvy 5 let po uzavření této smlouvy 0 let po uzavření této smlouvy (z důvodu utajení v něm obsažených informací) 4. Nevýdělečné zveřejňování díla nabyvatelem v souladu s ustanovením 47b zákona č. /998 Sb., v platném znění, nevyžaduje licenci a nabyvatel je k němu povinen a oprávněn ze zákona. Článek 3 Závěrečná ustanovení. Smlouva je sepsána ve třech vyhotoveních s platností originálu, přičemž po jednom vyhotovení obdrží autor a nabyvatel, další vyhotovení je vloženo do VŠKP.. Vztahy mezi smluvními stranami vzniklé a neupravené touto smlouvou se řídí autorským zákonem, občanským zákoníkem, vysokoškolským zákonem, zákonem o archivnictví, v platném znění a popř. dalšími právními předpisy. 3. Licenční smlouva byla uzavřena na základě svobodné a pravé vůle smluvních stran, s plným porozuměním jejímu textu i důsledkům, nikoliv v tísni a za nápadně nevýhodných podmínek. 4. Licenční smlouva nabývá platnosti a účinnosti dnem jejího podpisu oběma smluvními stranami. V Brně dne: Nabyvatel utor

5 bstrakt Tato diplomová práce má za cíl seznámit se základními poznatky o jednofázových asynchronních motorech, jejich odvození od motorů trojfázových a základy postupu výpočtu a návrhu jednofázových asynchronních motorů s kotvou nakrátko. Základ návrhu a výpočtu je tvořen klasickými postupy pro trojfázové motory nízkého napětí, 50 Hz bstract This master s thesis s target is to introduce the basic findings about single-phase asynchronous motors, their derivation from three-phase motors and the basics of a computation process and a concept of a single-phase asynchronous squirrel cage motor. The inbeing of this concept and the computation is created by classical processes for threephase motors with a low voltage, 50 Hz.

6 Klíčová slova synchronní motor; pomocná fáze; momentová charakteristika Keywords asynchronous motor; auxilliary phase; speed-torque characteristic

7 Bibliografická citace SCHLESINGER, P. Návrh jednofázového asynchronního motoru s pomocnou fází. Brno:,, s. Vedoucí diplomové práce prof. Ing. Vítězslav Hájek, CSc.

8 Prohlášení Prohlašuji, že svou diplomovou práci na téma Návrh jednofázového asynchronního motoru s pomocnou fází jsem vypracoval samostatně pod vedením vedoucího diplomové práce a s použitím odborné literatury a dalších informačních zdrojů, které jsou všechny citovány v práci a uvedeny v seznamu literatury na konci práce. Jako autor uvedené diplomové práce dále prohlašuji, že v souvislosti s vytvořením této diplomové práce jsem neporušil autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si plně vědom následků porušení ustanovení a následujících autorského zákona č. /000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení 5 trestního zákona č. 40/96 Sb. V Brně dne Podpis autora.. Poděkování Děkuji vedoucímu diplomové práce prof. Ing. Vítězslavu Hájkovi, CSc. za účinnou metodickou, pedagogickou a odbornou pomoc a další cenné rady při zpracování mé diplomové práce. V Brně dne Podpis autora..

9 Obsah ÚSTV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY ELEKTRONIKY OBSH... SEZNM SYMBOLŮ INDEXŮ... SYMBOLY... INDEXY... 4 SEZNM OBRÁZKŮ...5 ÚVOD SYNCHRONNÍ MOTORY Konstrukce Točivé magnetické pole Princip činnosti Synchronní otáčky Provozní vlastnosti...7. JEDNOFÁZOVÝ INDUKČNÍ MOTOR BEZ POMOCNÉ FÁZE Princip a vlastnosti Výsledná momentová charakteristika Použití ZPŮSOBY ZÍSKÁVÁNÍ ZÁBĚRNÉHO MOMENTU Odporový rozběh Kapacitní rozběh....4 DLŠÍ ZPŮSOBY ZÍSKÁVÁNÍ ZÁBĚRNÉHO MOMENTU Jednofázový indukční motor se stíněnými póly Použití Popis a princip Pomaluběžný motor se stíněnými póly JEDNOFÁZOVÝ MOTOR S TRVLE PŘIPOJENÝM KONDENZÁTOREM Provedení pro velký záběrný moment Trojfázový motor připojený na jednofázovou síť URČENÍ KPCITY KONDENZÁTORU ZÁKLDNÍ NÁVRH STROJE VÝPOČET HLVNÍCH ROZMĚRŮ STROJE VINUTÍ STTORU VÝPOČET ROTORU KONSTNTY STROJE ZTRÁTY ÚČINNOST PŘÍKLD VÝPOČTU PRO MOTOR P,KW VÝPOČET HLVNÍCH ROZMĚRŮ STROJE VINUTÍ STTORU VÝPOČET ROTORU KONSTNTY STROJE ZTRÁTY ÚČINNOST ZÁVĚR POUŽITÁ LITERTUR... 44

10 Seznam symbolů a indexů Symboly Značka Název Jednotka Lineární proudová hustota m - b Šířka drážek statoru cm b, Otevření drážky cm b z Šířka zubů statoru cm b z Šířka zubu rotoru cm B j Indukce ve jhu statoru T B j Indukce ve jhu rotoru T B z Indukce v zubech statoru T B z Indukce v zubech rotoru T C Kapacita kondenzátoru µf D Vnitřní průměr statoru cm D Vnější průměr statoru m h d, Hloubka drážky statoru, rotoru cm H j Intenzita magnetického pole ve jhu statoru.m - H z Intenzita magnetického pole v zubech statoru.m - H j Intenzita magnetického pole ve jhu rotoru.m - H z Intenzita magnetického pole v zubech rotoru.m - I Proud hlavní fáze I B Proud pomocné fáze I dt Proud rotorové tyče I dkr Proud v rotorovém kruhu k V Činitel vinutí hlavní fáze k VB Činitel vinutí pomocné fáze k Vt Činitel vinutí rotoru k d Činitel plnění drážky k δ Carterův činitel pro stator k δ Carterův činitel pro rotor l Ideální délka železa cm l z Délka závitu statorového vinutí cm m Počet fází statoru m j Hmotnost jha statoru a rotoru kg m z Hmotnost zubů statoru a rotoru kg n Otáčky motoru ot.min - N Počet závitů hlavní fáze N B Počet závitů pomocné fáze p,0 Ztrátové číslo magnetického materiálu W.kg - p Počet pólových dvojic P Příkon motoru W q Počet drážek na pól a fázi Q Počet drážek statoru Q Počet drážek připadající pro hlavní vinutí Q Počet drážek rotoru R Činný odpor hlavního vinutí statoru Ω R t Činný odpor rotorové tyče Ω R kr Činný odpor rotorového kruhu Ω R t Činný odpor "jedné fáze" rotoru Ω R Odpor rotoru přepočtený na stator Ω S Průřez vodiče hlavního vinutí mm S Průřez vodiče s izolací mm S d Potřebná plocha drážky mm S t Průřez rotorové tyče mm S kr Průřez rotorového kruhu mm S 3 Výkon trojfázového stroje stejných rozměrů jako jednofázový V t p Pólová rozteč cm U B Napětí na pomocném vinutí V

11 3 Značka Název Jednotka U m Celkové magnetické napětí na obvodu U mj Magnetické napětí jha statoru U mj Magnetické napětí jha rotoru U mz Magnetické napětí na zubech statoru U mz Magnetické napětí na zubech rotoru U mδ Magnetické napětí na vzduchové mezeře X 0 Diferenční rozptylová reaktance statoru Ω X č Rozptylová reaktance přes čela vinutí Ω X d Rozptylová reaktance statorové drážky Ω X q Rozptylová reaktance od natočení drážek Ω X h Magnetizační reaktance Ω X h Reaktance samotné vzduchové mezery Ω X z Rozptylová reaktance pro hlavy zubů Ω X d Drážková rozptylová reaktance rotoru Ω X q Rozptylová reaktance od natočení drážek rotoru Ω X σ Rozptylová reaktance statoru Ω X σ Rozptylová reaktance rotoru Ω X 0 Diferenční rozptylová reaktance rotoru Ω α Úhel mezi sousedními drážkami ve stupních δ Šířka vzduchové mezery cm δ Efektivní vzduchová mezera cm δ Ekvivalentní vzduchová mezera cm P Cu Ztráty ve vinutí statoru W P Cu Ztráty ve vinutí rotoru W P Fe Ztráty v železe W P m Mechanické ztráty motoru W ε, Úbytky na vinutí φ Magnetický tok Wb λ Štíhlostní poměr λ d Vodivost statorové drážky λ d Vodivost uzavřené drážky λ z Rozptyl přes hlavy zubů η Účinnost motoru ρ Rezistivita Ω.m ρ Fe Hustota železa kg.m -3 σ Proudová hustota ve vinutí hlavní fáze.mm - σ 0 Součinitel diferenčního rozptylu σ dt Proudová hustota v tyči rotoru.mm - σ dkr Proudová hustota v rotorovém kruhu.mm - σ q Součinitel rozptylu od natočení drážek σ 0 Činitel diferenčního rozptylu rotoru Drážková rozteč τ d

12 4 Indexy Index Význam týkající hlavní fáze B týkající se pomocné fáze č týkající se čela d týkající se drážek j týkající se jha z týkající se zubů max maximální m mechanický min minimální l hliníkový Cu měděný Fe železný N jmenovitý statorový rotorový δ týkající se vzduchové mezery σ rozptylový

13 5 Seznam obrázků obr. ukázka motoru s kotvou nakrátko...6 obr. ukázka motoru s kroužkovou kotvou...6 obr.3 pulzující elektromagnetické pole...6 obr.4 trojfázový napájecí proud...7 obr.5. celková momentová charakteristika...8 obr.6. Náhradní schéma...8 obr. 7. momentová charakteristika jednofázového indukčního motoru...9 obr.8. Fázorový diagram...0 obr. 9. Zapojení jednofázového indukčního motoru... obr. 0. Fázorový diagram... obr.. Fázorový diagram... obr.. jednofázový motor se stíněnými póly...3 obr.3. ukázka provedení motoru se stíněnými póly...4 obr. 4. motor se stíněnými póly v asymetrickém provedení...4 obr.5. ukázka pomaluběžného motoru se stíněnými póly...5 obr.6 zapojení pro běh doleva a zapojení pro běh doprava...6 obr. 7 jednofázový motor s trvale připojeným kondenzátorem v provedení pro velký záběrný moment...6 obr. 8. Momentová charakteristika...7 obr. 9. Steinmetzovo zapojení trojfázového motoru...8 obr. 0. kruhové točivé magnetické pole při trojfázovém provozu...9 obr. eliptické točivé magnetické pole při Steinmetzově zapojení nebo u jednofázového motoru s trvale připojeným kondenzátorem...9 obr. Další možnost napájení trojfázového motoru z jednofázové sítě...0 obr.3. zapojení se dvěma kondenzátory... obr. 4. Ukázka plechu statoru...5 obr. 4. Ukázka plechu rotoru...7 obr. 5 Náhradní schéma jedné fáze počítaného motoru...3

14 6.Úvod..asynchronní motory - jedná se o motory, kde proud v motoru je vyvolán magnetickou indukcí. Proto bývají mnohdy označovány také jako indukční motory. Tyto motory jsou nejdůležitější trojfázové motory....konstrukce - stator se skládá z nosného tělesa (krytu) svazku statorových plechů a statorového vinutí, jehož začátky a konce jsou vyvedeny na svorkovnici. Rotor je sestaven z rotorových plechů nasazených ve svazku na hřídeli. V drážkách rotoru jsou uloženy vodiče, které jsou tvořeny buď tyčemi na čelních stranách spojenými zkratovacími kroužky - kotva nakrátko(obr..) nebo obdobným vinutím jako na statoru, spojeným do hvězdy a vyvedeným na sběrací kroužky - kroužková kotva(obr..). Tato kotva se užívá převážně pro motory velkých výkonů obr. ukázka motoru s kotvou nakrátko obr. ukázka motoru s kroužkovou kotvou...točivé magnetické pole: Vznik točivého magnetického pole - při napájení cívky střídavým jednofázovým proudem vznikne okolo cívky stojaté magnetické pole(obr.3.). i I sinωt Φ * sinωt (.) max * max obr.3 pulzující elektromagnetické pole

15 7 Podmínky vzniku točivého magnetického pole: ) minimálně tři cívky - třífázové vinutí ) Cívky budeme napájet třífázovým napětím fázově posunutým o 0 obr.4 trojfázový napájecí proud Výsledný magnetický tok a směr pole: Výsledný fázor nemění s časem svou velikost a otáčí se ve směru postupu fází rychlostí ω. Výsledný magnetický tok je vždy dán součtem okamžitých hodnot toků φ a, φ b a φ c. Jeho koncový bod popisuje kružnici a proto mluvíme o kruhovém točivém magnetickém poli. Lze si představit, že statorové vinutí uložené v drážkách je možno si nahradit permanentním magnetem, který by se otáčel rychlostí ω...3.princip činnosti - magnetické pole statoru indukuje v rotoru napětí, tímto vzniklý proud vytváří druhé magnetické pole rotoru, působící proti poli statoru. Tímto působením vzniká moment, který otáčí rotorem ve směru točivého pole statoru...4.synchronní otáčky - otáčky, kterými se tzv. otáčí točivé pole statoru. Pokud se rotor motoru otáčí těmito otáčkami, v rotoru se neindukuje žádný proud, tudíž nevzniká žádný moment. Proto se motor za provozu otáčí otáčkami nižšími. Rozdílu synchronních otáček a otáček rotoru říkáme skluz (s). synchronní otáčky vypočteme ze vztahu 60. f n s p (.) kde: f... je kmitočet napájecí sítě a p...je počet pólových dvojic motoru..5.provozní vlastnosti - bývají dány momentovou charakteristikou, kterou lze získat různými způsoby. Jedním z nich býval dříve například kruhový diagram. Zvětšíme-li vnějším momentem otáčky motoru nad synchronní otáčky, je n > n s a skluz vychází záporný. ns n s < 0 (.3) n s

16 8 Určitým nadsynchronním otáčkám (skluz s g ) odpovídá statorový proud I g. Jeho činná složka, úměrná výkonu I g * cos ϕ, je záporná, takže indukční stroj se stal generátorem a dodává do sítěčinný výkon. Jalová složka proudu zůstává kladná, indukční generátor jalový výkon sám nevyrábí, ale odebírá ho ze sítě, do které pracuje. Velikost proudu, který dodává indukční generátor do sítě a jeho účiník jsou určeny otáčkami (skluzem). obr.5. celková momentová charakteristika Z trojfázových indukčních motorů je odvozen jednofázový indukční motor...jednofázový indukční motor bez pomocné fáze...princip a vlastnosti obr.6. Náhradní schéma

17 9 Pro toto náhradní schéma platí tato zjednodušení: lineární magnetizační charakteristika motoru vlastní mechanické ztráty v motoru se zanedbávají rotorové veličiny jsou přepočítané na stator vinutí statoru a rotoru jsou symetrická Vysvětlení použitých symbolů R - ohmický odpor statoru L - indukčnost statoru L 3 - indukčnost prezentující ztráty v železe R Fe - ohmický odpor prezentující ztráty v železe L - indukčnost rotoru přepočítaná na stator s - skluz R - ohmický odpor rotoru přepočítaný na stator Jednofázové indukční motory jsou vždy s kotvou nakrátko (na rozdíl od třífázových). Otáčky těchto motorů jsou dány stejně jako u trojfázových motorů kmitočtem napájecí sítě a počtem pólů stroje. Statorové vinutí je uloženo do dvou třetin celkového počtu drážek, ve zbývajících drážkách je uloženo vinutí rozběhové(pomocné) fáze. Motor by se bez ní sám nerozběhl (protože má pulsující, stojaté magnetické pole a ne točivé jako třífázový motor). Vinutí hlavní a pomocné fáze jsou vzájemně pootočená o 90 stupňů elektrických. Stojaté magnetické pole můžeme nahradit dvěma stejnými točivými póly, obíhajícími proti sobě. obr. 7. momentová charakteristika jednofázového indukčního motoru Jestliže se rotor jakýmkoliv způsobem roztočí, např. na otáčky n, moment M je větší než moment M a rotor se začne otáčet působením rozdílů obou momentů. Po roztočení

18 0 opačným směrem(-n) je výsledný moment stejně velký, ale opačný a rotor se bude otáčet opačně....výsledná momentová charakteristika - je dána součtem obou charakteristik M a M. Pro oba směry je tato charakteristika stejná, takže jednofázový indukční motor pracuje stejně v obou směrech, podle toho, na kterou stranu se roztočí. Z průběhu charakteristiky je vidět, že rotor nemůže dosáhnout nikdy synchronních otáček, neboť při nich je jeho moment záporný. Pro roztočení jednofázového indukčního motoru můžeme požít jakéhokoliv způsobu, třeba i roztočení rukou(zatáhnutím za řemen, klikou apod.)...3.použití Jednofázový indukční motor bez pomocné fáze lze realizovat například tak, že u trojfázového motoru napájíme pouze jedno vinutí střídavým proudem. S touto konstrukcí motoru - motorem s kotvou nakrátko s jedním vinutím se můžeme setkat u některých starších brusek - podle potřeby se zvolil směr otáčení (otočilo se kotoučem na příslušnou stranu) obr.8. Fázorový diagram Všechny jednofázové indukční motory se vyrábí pouze s kotvou nakrátko. Provedení s kroužkovou kotvou je teoreticky možné, ale v praxi nemá význam, protože jednofázové motory se vyrábí o výkonech do kw a tudíž není nutné se starat o snížení záběrného proudu, což je hlavní účel kroužkové kotvy.

19 .3.Způsoby získávání záběrného momentu Dnes se jednofázové motory vyrábí výhradně s pomocným rozběhovým vinutím a rozbíhají se jako dvoufázové. Pomocná fáze má kapacitní, odporový, nebo induktivní charakter, aby vznikl potřebný fázový posun mezi polem hlavní a pomocné fáze. Po rozběhu se pomocná fáze zpravidla odpojí (nejčastěji odstředivým vypínačem). Na síť je možno připojit motor do výkonu asi 500W. Reverzaci provádíme záměnou přívodu u pomocné fáze. Nejjednodušší jednofázové vinutí se soustředěnými cívkami a pomocnou rozběhovou fází. Pomocná fáze(w W0) se připojí paralelně k hlavní fázi. Potřebný fázový posun ψ bývá dán rozdílnými elektrickými vlastnostmi obou paralelních větví. Obvykle bývá menší než 90 o, tudíž vzniklé točivé pole není kruhové, ale jen eliptické. K rozběhu motoru však stačí. by vznikl fázový posun, tak se do série s pomocným vinutím zapojuje činný odpor(odporový rozběh), nebo kondenzátor(kapacitní rozběh). a) b) obr. 9. Zapojení jednofázového indukčního motoru: a) s odporovým rozběhem b) s kapacitním rozběhem.3.. Odporový rozběh Předřadný odpor R se obvykle nahrazuje přímo zvětšením odporu pomocného vinutí(odporová fáze). Zvětšení odporu dosáhneme použitím mosazného vodiče, nebo větším počtem závitů, z nichž poslední jsou navinuty v opačném směru, aby buzení cívky zůstalo nezměněno. Samotné zmenšení průměru není vhodné, neboť znamená zmenšení tepelné kapacity vinutí. Taktéž je možné použít tzv. bifilární vinutí, které potom má výrazně nižší indukčnost nežli vinutí hlavní. Bifilární vinutí je takové, které je navinuto smyčkou z vodiče - má stejný počet závitů navinutých v jednom i ve druhém směru.

20 obr. 0. Fázorový diagram ψ - fázový posun mezi proudy v hlavním a pomocném vinutí ψ ϕ - ϕ B Rozběhové vinutí je většinou dimenzováno jen na krátkodobé zatížení a musí se po skončeném rozběhu odpojit. Vinutí můžeme odpojit např. trojpólovým přepínačem. Výhodnější je použití odstředivého vypínače, namontovaného přímo na hřídel motoru. V dnešní době se zejména kvůli poruchovosti odstředivých spínačů používají se různá relé, nejčastěji relé časová..3.. Kapacitní rozběh K dosažení lepšího a tiššího rozběhu (jednofázový motor při eliptickém magnetickém poli hlučí během rozběhu) a tam, kde pro dosažení potřebného záběrného momentu odporový způsob rozběhu nestačí, zapojujeme do obvodu rozběhového vinutí kondenzátor. Bývá to zpravidla lehký a malý bipolární elektrolytický kondenzátor, dimenzovaný na krátkodobé zatížení. Na něm bývá i údaj o hustotě spouštění, kterou je schopen vydržet. Rozběhovým kondenzátorem můžeme dosáhnout až čtyřnásobného záběrného momentu při zmenšeném záběrném proudu. Proto je zvlášť vhodný pro pohon kompresorových chladniček, které při rozběhu vyžadují velký záběrný moment. obr.. Fázorový diagram ψ ϕ + ϕ B (.4)

21 3 Jak je zřejmé z fázorového diagramu, pouze u kapacitního rozběhu je možno docílit pravého úhlu mezi proudy v jednotlivých vinutích, což má za následek vznik kruhového magnetického pole, kdy má motor nejtišší chod a největší záběrný moment. Při jakémkoliv jiném úhlu vzniká pole eliptické, které se projeví zvýšenou hlučností motoru, menším záběrným momentem a mnoha dalšími nežádoucími vlastnostmi..4. Další možnosti získání záběrného momentu.4.. Jednofázový indukční motor se stíněnými póly Jedná se zpravidla o velmi malé motorky na jednofázový proud mají stator s vyjádřenými póly, složenými z dynamových plechů. obr.. jednofázový motor se stíněnými póly magnetické plíšky

22 4 obr.3. ukázka provedení motoru se stíněnými póly.4.. Použití Motor se stíněnými póly se používá k pohonu gramofonů, ventilátorů, šlehačů apod. Mívá tichý chod. Používá se jen pro malé výkony Popis a princip Statorové vinutí je na vyniklých pólech. Motor se otáčí stále stejným směrem. Část hlavního magnetického toku protéká plochou, kterou objímá závit nakrátko a indukuje v něm proud, který vybudí druhý - pomocný magnetický tok. Tento tok se vektorově sčítá s hlavním tokem, vznikne malý záběrný moment, který stačí na roztočení nezatíženého motoru. Účinnost těchto motorů je malá, závit nakrátko se trvale zahřívá. Výhodou těchto motorů je jednoduchost a s tím spojená malá poruchovost. obr. 4. motor se stíněnými póly v asymetrickém provedení.4.4. Pomaloběžný motor se stíněnými póly Tyto motory mívají 0 nebo 6 pólů a tomu odpovídající nízké otáčky. Jsou většinou provedeny s vnějším rotorem. Stator se pak skládá z prstencové budicí cívky a dvou statorových polovin z ocelového plechu. Obě poloviny mají po obvodu plechové jazyky

23 5 (zahnuté pásky), které působí jako jazýčkové póly. Pólování jazýčkových pólů obou statorových polovin je stejné, neboť je určováno magnetickým polem cívky. Každý druhý pólový jazyk působí jako oddělený (odstíněný) pól. Kolem všech stíněných pólů jedné poloviny statoru leží společný prstenec nakrátko, který způsobuje fázové posunutí magnetických toků oddělených pólů oproti magnetickým tokům hlavních pólů. Rotor je přes jazýčkové póly nasazen jako hrnec. Na jeho vnitřní straně je kroužek z magneticky tvrdého materiálu. Magnetické pole statoru indukuje v rotoru vířivé proudy, které způsobují asynchronní chod rotoru. V magnetickém materiálu rotoru se vytvářejí točivým polem oddělené póly a rotor se pak otáčí otáčkami stejnými jako točivé magnetické pole. Tyto motory jsou v podstatě jednofázové synchronní motory. Mívají výkony od W do 3W. Používají se např. v hodinách, časových relé apod. obr.5. ukázka pomaluběžného motoru se stíněnými póly.5.jednofázový motor s trvale připojeným kondenzátorem Jedná se o jednofázový asynchronní motor s kondenzátorem v pomocné fázi. Kondenzátor vytváří potřebné fázové posunutí v pomocné fázi, potřebné pro vznik točivého pole. Při neděleném pomocném vinutí je kondenzátor sériově předřazen a při děleném pomocném vinutí je kondenzátor sériově zapojen mezi jeho dílčí části.

24 6 obr.6 zapojení pro běh doleva zapojení pro běh doprava Pro změnu směru otáčení motoru je třeba přepólovat směr proudu v pomocném vinutí. Toho lze dosáhnout například změnou připojení kondenzátoru na svorkovnici..5.. Provedení pro velký záběrný moment Pro dosažení velkého záběrného momentu je výhodné použití rozběhového kondenzátoru C a provozního kondenzátoru C B (obr. 7). Záběrný moment může být díky kapacitě obou kondenzátorů zvýšen na dvojnásobek až trojnásobek jmenovitého momentu. Motor se pak může rozbíhat i se zátěží. Po rozběhu se rozběhový kondenzátor C odpojuje a v činnosti zůstává pouze provozní kondenzátor C B (obr. 8). Odpojení C je nutné, protože jinak by pomocným vinutím protékal příliš velký proud, který by ho přehřál. Odpojení se uskutečňuje tepelným nebo nadproudovým relé, případně odstředivým vypínačem. obr. 7 jednofázový motor s trvale připojeným kondenzátorem v provedení pro velký záběrný moment

25 7 Provozní kondenzátor by měl mít přibližně,3 kvr jalového výkonu na kw výkonu motoru. Rozběhový kondenzátor by měl mít asi trojnásobnou kapacitu nežli provozní kondenzátor. obr. 8. Momentová charakteristika Kondenzátor tvoří spolu s indukčností pomocného vinutí sériový kmitavý obvod. Proto je na kondenzátoru napětí vyšší než je napětí síťové. Toto napětí je největší při chodu motoru naprázdno. Motory s trvale připojeným kondenzátorem se používají o výkonech do kw a můžeme se s nimi setkat v domácích spotřebičích a menších pracovních strojích. K těmto motorům můžeme zařadit také trojfázový motor zapojený na jednofázovou síť - například ve Steinmetzově zapojení.

26 8 obr. 9. Steinmetzovo zapojení trojfázového motoru.5.. Trojfázový motor připojený k jednofázové síti Při provozu na jednofázové střídavé napětí je proud přivedený přes kondenzátor oproti síťovému proudu fázově posunut (obr. 9.). Při tomto posunutí opět vznikne točivé magnetické pole. Vlivem kondenzátoru jsou proudy v jednotlivých vinutích různě velké. Tím se mění indukční tok periodicky s každou periodou střídavého napětí.

27 9 obr. 0. kruhové točivé magnetické pole při trojfázovém provozu obr. eliptické točivé magnetické pole při Steinmetzově zapojení nebo u jednofázového motoru s trvale připojeným kondenzátorem

28 0 Při trojfázovém provozu lze směr otáčení motoru změnit přehozením dvou libovolných fází, při jednofázovém provozu lze reverzaci provést změnou připojení kondenzátoru - viz. obrázek. Trojfázové motory mohou být provozovány na jednofázové střídavé napětí, jsou li pomocí zapojení do trojúhelníku nebo do hvězdy přizpůsobena napětí na vinutích na napětí sítě. Při eliptickém točivém poli je oproti kruhovému poli při trojfázovém provozu menší výkon motoru a to maximálně 70% jmenovitého výkonu. Záběrný moment se zmenší při tomto jednofázovém provozu většinou na polovinu. Ve Steinmetzově zapojení jsou provozovány motory do výkonu maximálně kw, pokud není možnost jejich připojení na trojfázovou síť. Toto zapojení bývá užíváno například u oběhových čerpadel ústředního topení. Další možností je zapojení trojfázového motoru jako motor se stíněným pólem. Toto zapojení spočívá v tom že se vinutí spojené v sérii napájí jednofázově a třetí vinutí se spojí nakrátko( viz. obr. ). Při tomto provozu však motor můžeme zatěžovat maximálně třetinovým výkonem. Tohoto zapojení se užívalo hlavně v době kdy kondenzátory větších kapacit na vyšší napětí bývaly velmi drahé a proto se vyplatilo provozovat z větší části nevyužitý motor. V dnešní době se však toto zapojení již nepoužívá, jelikož vyjde cenově mnohem výhodněji provozovat motor s kondenzátorem, nehledě k tomu že celé zařízení je mnohem méně rozměrné. obr. Další možnost napájení trojfázového motoru z jednofázové sítě

29 .6. Způsoby určení kapacity kondenzátoru Požadovaná kapacita kondenzátoru je závislá na síťovém napětí. Při 30V a kmitočtu 50Hz je 70µF na kw výkonu motoru. V elektrotechnické literatuře jsou uváděny různé vzorce podle kterých je možné určit kapacitu kondenzátoru. Příklady různých empirických vzorců: kde je: C - kapacita kondenzátoru (µf) k - konstanta závislá na napětí sítě P - výkon trojfázového motoru (kw) platí: k 5 pro napětí 400V k 68 pro napětí 30V k 00 pro napětí 0V (.5) C k. P kde je C - kapacita kondenzátoru (F) U - napětí sítě (V) P - výkon motoru (W) f - kmitočet sítě (Hz) C U P (.6). f C 68.P (.7) kde je C - kapacita kondenzátoru (µf) P - výkon trojfázového motoru (kw) ( Karel Štech, elektroinstalace doma a na chatě)

30 Další možnost určení kapacity kondenzátoru je z následující tabulky výkon 0,6 0,8,,5, 3 trojfázového motoru (kw) lehký rozběh C(µF) těžký rozběh (Ladislav Voženílek, Kurs elektrotechniky) Dále je možno provozovat motor se dvěma kondenzátory, z nichž jeden je připojen trvale a druhý je připojen pouze při rozběhu a po rozběhnutí motoru je odpojen.(obr. 3.) V tomto případě je možné pro odpojovaný kondenzátor použít kondenzátor elektrolytický ( v případě že nemáme jiný kondenzátor o požadované kapacitě) obr.3. zapojení se dvěma kondenzátory Kapacity kondenzátorů můžeme určit z následující empirické tabulky Výkon motoru Trvale připojený kondenzátor Odpojovaný kondenzátor W µf µf (Klaus Tkotz, Příručka pro elektrotechnika)

31 3.Základní návrh jednofázového asynchronního motoru s trvale připojeným kondenzátorem..hlavní rozměry statoru stroje Výkon trojfázového stroje stejných rozměrů jako jednofázový. P γ S 3 P3. P[ V; W ] cosϕ η γ (.) 3 Vnější průměr statoru D min 3 + D 0,36 0,897 min max 0,056. P D 0,. P D [ m] (.) Vnitřní průměr statoru 3 max 3 S. D [ m] ; k S 0,5 pro p ; k S 0, pro 4 (.3) D k p D Pólová rozteč πd t p cm; cm p [ ] (.4) Lineární proudová hustota 53ln [ m - D + ;m] (.5) Ideální délka železa 4 8,6.0 S3 l. cm;. cm B.. D n δ S [ ; T; V; ot.min ] (.6) Štíhlostní poměr l t λ [ cm] λ 0,6 pro p ; λ,4 pro p 4 (.7) p..vinutí statoru Magnetický tok 4 l. D. Bδ.0 Wb; W; T; cm p φ [ ] (.8)

32 4 Činitel vinutí hlavní a pomocné fáze α α sin q. sin qb. k V kvb α α q.sin qb.sin (.9) q - počet drážek na pól a fázi α - úhel mezi sousedními drážkami ve stupních Počet závitů hlavní fáze U. ( ε ) N V ; Hz; Wb; záv. 4,44. f. k. φ [ ] (.0) V Napětí na pomocném vinutí - přibližně platí U a.0,4 U V [ ] (.) B. Proud hlavní fáze I P η cosϕ. U.. kcu Cu ( ) [ ] + k (.) Počet závitů pomocné fáze N 0,63U B kv. N B. (.3) U k B VB Proud pomocné fáze kv. N I B kcu. a. I. k. N (.4) VB Kapacita kondenzátoru 380. I B C µ F; ; V U + U B [ ] (.5) B Průřez vodiče hlavního vinutí I S ;. mm ; mm [ ] (.6) σ Potřebná plocha drážky. N. S S [ mm ] Q. k (.7) d d Q - počet drážek připadající pro hlavní vinutí Q - počet drážek statoru, u jednofázových motorů většinou 4 k d - plnění drážky (0,4) S - průřez vodiče s izolací

33 5 Šířka zubů statoru δ π.( D ) Bδ b. B 0,9. Q [ cm T ] (.8) z ; z B z - indukce v zubech statoru (,55T) δ - šířka vzduchové mezery Obr. 4. Ukázka plechu statoru

34 6.3.Výpočet rotoru Šířka zubu rotoru δ π.( D ) B bz ; Bz 0,9. Q Q - počet drážek rotoru B z - indukce v zubech rotoru (,7T) δ. [ cm T ] (.9) Odpor rotorového vinutí pro zvolený skluz ( s). su..( ε ε ). Q. kvt Rt [ mm ] 4. N. kv.( P +. Pm ) ε, - úbytky na vinutí P m - mechanické ztráty motoru (.0) Činitel vinutí rotoru 0,8. π sin.. t p kvt 0,8. π. t (.) p Proud rotorové tyče. su..( ε ε ). kvt I dt ; V; Ω. N. k. R V t [ ] (.) Průřez rotorové tyče I dt S ;. mm ; mm t dt [ ] (.3) σ Proud v rotorovém kruhu I dt I dkr [ ] p. π.sin Q (.4) Průřez rotorového kruhu I dkr S ;. mm ; mm kr dkr [ ] (.5) σ

35 7 obr. 4. Ukázka plechu rotoru.4.konstanty stroje Délka závitu statorového vinutí. l + π. D cm [ ] (.6) l z Činný odpor hlavního vinutí statoru N. l z. ρ N. lz R Ω; Ω. mm. m S 47. S Činný odpor rotorové tyče lt. ρ Rt Ω; Ω. mm. m ; m; mm S t [ ] [ ; m; mm ] (.7) (.8)

36 8 Činný odpor rotorového kruhu π. d kr. ρ Rkr Ω; Ω. mm. m ; m; mm S. Q kr [ ] Činný odpor "jedné fáze" rotoru Rkr Rt Rt + [ Ω] p. π.sin Q (.9) (.30) Odpor rotoru přepočtený na stator 4. m.( N. kv ). R [ Ω] t Q. kvt m - počet fází statoru R (.3) Konstanty pro určení magnetizační reaktance Carterův činitel pro stator τ d k [ ; mm] 3 τ d b + δ 4 δ (.3) Carterův činitel pro rotor τ d k ; mm τ δ [ ] (.33) d τ d - drážková rozteč b, - otevření drážky Efektivní vzduchová mezera δ k k δ mm [ ] (.34). δ δ. Magnetické napětí na vzduchové mezeře 4 U m,6. δ. B.0 ; cm; T δ [ ] (.35) δ Magnetické napětí na zubech statoru U H. h.0 ;. m cm [ ] (.36) mz z d ;

37 9 Indukce ve jhu statoru B D B. D D. h ) p.0,9 δ [ T cm] (.37) j ; ( d Magnetické napětí jha statoru U H. D.0 ;. m cm [ ] (.38) mj j ; Magnetické napětí na zubech rotoru U H. h.0 ;. m cm [ ] (.39) mz z d ; h d, - hloubka drážky statoru, rotoru Indukce ve jhu rotoru Bδ D δ B. T D h p.0,9 [ cm] (.40) j ; d Magnetické napětí jha rotoru U H D.(. ).0 ;. m [ cm] δ (.4) mj j ; Celkové magnetické napětí na obvodu U U δ + U + U + U U [ ] (.4) m m mz mz mj + mj Ekvivalentní vzduchová mezera U m δ δ. [ ; cm; ] U mδ Magnetizační reaktance X V p h. ; f N. k,6. m t l. 00. δ p Reaktance samotné vzduchové mezery δ X h X h. [ Ω; cm; Ω] δ [ Ω; cm Hz] (.43) (.44) Konstanty pro určení rozptylové reaktance statoru Součinitel diferenčního rozptylu π. p Q 0.. q +. + [ ] k. Q 6 4. p 6. q σ (.45) V

38 30 Diferenční rozptylová reaktance statoru X Ω X σ [ ] (.46) 0 0. h Rozptyl přes hlavy zubů ( τ d 0,75( b + b )) [ ; cm cm] λ (.47) z ; 6. τ d. δ Rozptylová reaktance pro hlavy zubů X f N 0, l λz.. p q [ Ω; Hz cm] z ; (.48) Součinitel rozptylu od natočení drážek p Q 0,8 τ d σ,64.. [ cm] (.49) q ; Rozptylová reaktance od natočení drážek. X Ω; Ω X σ [ ] (.50) q q h Vodivost statorové drážky 0,53h d 0,046h + 0, b b d λ [ ; cm cm] (.5) d ; b - šířka drážek statoru Rozptylová reaktance statorové drážky X f N 0, l λd.. p q [ Ω; Hz cm] d ; Rozptylová reaktance přes čela vinutí X f N 0, π. D..0,5. p [ Ω; Hz cm] č ; (.5) (.53) Rozptylová reaktance statoru σ X + X + X č + X [ Ω] (.54) X 0 d q

39 3 Konstanty pro výpočet rozptylové reaktance rotoru Činitel diferenčního rozptylu rotoru σ 3,33 [ ] (.55) 0. p Q Diferenční rozptylová reaktance rotoru. X Ω; Ω X σ [ ] (.56) 0 0 h Vodivost uzavřené drážky 0,53h d + 0,66 + 3,6 3. b λ [ ; cm cm] (.57) d ; Drážková rozptylová reaktance rotoru X f N. k 0, k Vt [ ; Hz cm] V d Ω ; m. λd. l. Q (.58) Rozptylová reaktance od natočení drážek rotoru X Ω; Ω X [ ] (.59) q q Rozptylová reaktance rotoru X + X + X Ω σ [ ] (.60) X 0 d q obr. 5 Náhradní schéma jedné fáze počítaného motoru

40 3.5.Ztráty a účinnost hmotnost jha statoru a rotoru ρ Fe 7800kg.m -3 π. D π.( D. h ).( ) 8 3 d π D h d m. l +. l. ρ.0 [ kg; cm; kg. m ] j 4 4 hmotnost zubů statoru a rotoru ρ Fe 7800kg.m -3 8 m (4. b. h. l + 9. b. h. l)..0 kg; cm; kg m 4 3 [ ] z d z d Fe. Fe (.6) z ρ (.6) Ztráty v železe P,8.( p. m + p. m ) (.63) Fe,0 j, 0 z m j,z - hmotnost jha, zubů p,0 - ztrátové číslo magnetického materiálu Fiktivní odpor železa U RFe [ Ω; V; W ] P (.64) Fe Ztráty ve vinutí statoru P R. I W ; Ω [ ] (.65) Cu ; Ztráty ve vinutí rotoru P R. I W; [ ] (.66) Cu Ω; Příkon motoru P P +. P + P + P + P [ W ] (.67) Cu. Cu Fe m Účinnost motoru P η P (.68)

41 33 3.Příklad výpočtu pro motor P 00W; n 860ot/min; U 30V; f 50Hz 3..Rozměry stroje Výkon trojfázového stroje stejných rozměrů jako jednofázový. P.00 γ S 3 57V cosϕ η 0,95.0,9 3 3 P3. P γ.00 00W Vnější průměr statoru 0,36 D 0,056. P 0,056., D D min max 0,. P D min + D 3 0,897 3 max Vnitřní průměr statoru 0,., 0,36 0,897 0,360 m 0,534 m 0, ,534 0,447 m k S 0,5 pro p ; D k S. D 0,5.0,447 0,074m Pólová rozteč D 3,4.7,4 t p π, 37cm p. Lineární proudová hustota 53ln D ln0, m 34,39 cm. Ideální délka železa (volíme B δ 0,65T) 4 4 8,6.0 S3 8, l.. B.. D n 0,65.34,39.7, δ S 0,77cm Štíhlostní poměr ( λ 0,6 pro p ) l 0,77 λ 0,95,37 t p

42 34 3..Vinutí statoru Magnetický tok 4 D. Bδ.0 0,77.7,4.0,65.0 φ p 4 l. 3 Počty drážek na pól a fázi Q.4 q p.. q B Q 3. p ,07.0 Činitel vinutí hlavní a pomocné fáze α 5 sin q. sin 8. 0,866 k V 0,895 α 5,044 q.sin 8.sin α 5 sin qb. sin 4. 0,5 kvb 0,9577 α 5 0,5 qb.sin 4.sin Počet závitů hlavní fáze, volíme ε 0,5 U. ( ε ) 30.( 0,5) N 4,44. f. k. φ 4, ,895.5, V Wb 09záv. Proud hlavní fáze ( k Cu ) P 00 I. 7, η cos. U. ( kcu ) 3 ϕ + 0,95.0, Napětí na pomocném vinutí U a.0,4. U j96, V B 6 Počet závitů pomocné fáze 0,63U B kv. N 0,55.96,6 0, N.. U k 96,6 0,9577 B B VB 00záv.

43 35 Proud pomocné fáze kv. N 0, I kcu. a. I. j.7,3. j6, k. N 0, B 6 VB B Kapacita kondenzátoru 380. I B C U + (0,63. U ) B ,6 + (0,63.96,6) 88,µ F Průřez vodiče hlavního vinutí I 7,3 S, mm volíme d,mm, S,3mm σ 6,5 Potřebná plocha drážky S. N. S.09.,3.,6 d Q. k d.4.0,4 3 5mm Šířka zubů statoru, volíme: δ 0,03cm; B z,55t δ π.( D ) Bδ ( ) b 0,65 3,4. 7,4 0,05.. 0, cm z B 0,9. Q,55 0, z

44 36 3.3Výpočet rotoru Šířka zubu rotoru, volíme B z,7t, Q 9 δ π.( D ) Bδ ( ) b 0,65 3,4. 7,4 0,05.. 0, cm z B 0,9. Q,7 0,9.9 5 z Činitel vinutí rotoru 0,8. π sin. 0,8. π sin. t p.,37 kvt 0,8. π 0,8. π. t.,37 p 0,998 Odpor rotorového vinutí pro zvolený skluz, volíme s 0,046; ε 0,; P m 0W ( s). su..( ε ε ). Q. kvt Rt 4. N. k.( P +. P ) V ( 0,046).0, ( 0,5 ) ,895.( ) m 0,.9.0,988, Ω Proud rotorové tyče. su..( ε ε ). kvt 0, ( 0,5 0, ).0,998 I dt 9,54 4. N. k. R.34.0,895.,98.0 V t Průřez rotorové tyče volíme σ dt 4,5/mm I dt 9,54 St 8,3 mm σ 4,5 dt Proud v rotorovém kruhu I dt 9,54 I 363, p. π π.sin.sin Q 9 dkr 3 Průřez rotorového kruhu I dkr 363,3 Skr 85,44mm σ 4,5 dkr

45 Konstanty stroje Délka závitu statorového vinutí l z. l + π. D.0,77 + π.4,47 67cm Činný odpor hlavního vinutí statoru N. l z. ρ N. lz 34.0,67 R 0, 37Ω S 47. S 47.,3 Činný odpor rotorové tyče lt. ρ 0,77.0,067.0 Rt 4 S 8,3.0 t 6,0.0 4 Ω Činný odpor rotorového kruhu π. d kr. ρ π.7,4..0,067.0 Rkr 4 S. Q 85, kr 6 7, Ω Činný odpor "jedné fáze" rotoru Rkr Rt Rt +,0.0 p. π.sin Q 6 7,48.0 +,4.0. π.sin Ω Odpor rotoru přepočtený na stator. m.( N. kv ) ,895 R. R t Q. k 9.0,988 ( ) 4 4 Vt.,4.0,8Ω Konstanty pro určení magnetizační reaktance Carterův činitel pro stator τ d 9,48 kδ 3 3 τ d + δ b 9,48 + 0,3.7,5 4 4,8 Carterův činitel pro rotor τ d kδ τ d Efektivní vzduchová mezera δ k. k. δ,8..0,3 0, 684mm δ δ

46 38 Magnetické napětí na vzduchové mezeře 4 4 U m,6. δ. B.0,6.0,0684.0, δ δ Magnetické napětí na zubech statoru B z,55t H z 860.m - U mz H z. hd ,5.0 46, 5 Indukce ve jhu statoru Bδ D 0,65 7,4 B.., T j D D. h ) p.0,9 4,47 (4,47 5).0,9 05 ( d Magnetické napětí jha statoru B j,05t H j 300.m - U H. D , , mj j 4 Magnetické napětí na zubech rotoru B z,7t H z 350.m - U H. h , , mz z d 6 Indukce ve jhu rotoru Bδ D δ 0,65 7,4 0,06 B.., T j D h p.0,9 7,4,86.0,9 8 d Magnetické napětí jha rotoru B j,8t H j 480.m - U H.( D. h ) (7,4,86).0 mj j d Celkové magnetické napětí na obvodu U U + U + U + U + U m mδ mz mz mj mj 7+ 46,5 + 43,4 + 33, ,5 Ekvivalentní vzduchová mezera U m 855,5 δ δ. 0, ,083cm U 7 mδ Magnetizační reaktance X h f N. k,6. m , V 09.0, t p δ. l p, ,083 0,77. 7,6Ω

47 39 Reaktance samotné vzduchové mezery δ 0,083 X h X h. 7,6. 86, Ω δ 0,0684 Konstanty pro určení rozptylové reaktance statoru Součinitel diferenčního rozptylu π. p Q σ 0.. q +. + k. Q 6 4. p V π.. 0, Diferenční rozptylová reaktance X σ. X 0, , 0, 74Ω 0 0 h Rozptyl přes hlavy zubů λ q 0, ( τ 0,75( b + b )) ( 0,378 0,75(0,75 + 0) ) d z 6. τ d. δ 6.0,378.0,03 Rozptylová reaktance pro hlavy zubů X z 0,03 f N l λz ,77 0,03 0, , , 04Ω p q Součinitel rozptylu od natočení drážek σ,64. q p Q 0,8. τ d 0,8, ,378 0,003 Rozptylová reaktance od natočení drážek X σ. X 0,003.86,, 75Ω q q h Vodivost statorové drážky 0,53h d 0,046h λ d + 0, b b d 0,53.,5 0,046.,5 + 0,66 +,8 3.0,95 0,75 Rozptylová reaktance statorové drážky X d f N l λd ,77,8 0, , , 59Ω p q

48 40 Rozptylová reaktance přes čela vinutí X č f N π. D π.7,4 0, ,5 0, ,5 0, 59Ω p Rozptylová reaktance statoru X + X + X + X 0,74 + 0,59 + 0,59 +,75 3, 67Ω X σ 0 d č q Konstanty pro výpočet rozptylové reaktance rotoru Činitel diferenčního rozptylu p σ 3,33. 3,33. 0, Q Diferenční rozptylová reaktance rotoru X σ. X 0,009.86, 0, 8Ω 0 0 h Vodivost uzavřené drážky 0,53h 0,53.,43 λ d d + 0,66 + 3,6 + 0,66 + 3,6 3. b 3.0,55 4,7 Drážková rozptylová reaktance rotoru X d f N. k 0, k 50 0, V Vt 09.0, ,998 m. λd. l. Q.0,77..4,7 9 0,05Ω Rozptylová reaktance od natočení drážek rotoru X X, 75Ω q q Rozptylová reaktance rotoru X + X + X 0,8 + 0,05 +,75, 565Ω X σ 0 d q

49 4 3.5.Ztráty a účinnost hmotnost jha statoru a rotoru ρ Fe 7800kg.m -3 m j π. D 4 π.4,47 4 7,3kg π.( D. h 4 π.(7,4.,5) 4 ) d π.( D h. l + 4 d ). l ρ Fe.0 π.(7,4.,43).0, , hmotnost zubů statoru a rotoru ρ Fe 7800kg.m -3 8 m (4. b. h. l + 9. b. h. l). ρ.0 z z d z (4.0,44.,5.0, ,5.,43.0,77) d Fe 8 0,008kg Ztráty v železe PFe,8.( p,0. m j + p, 0. mz ),8. 5 Fiktivní odpor železa U 30 RFe 566Ω P 93,5 Fe Ztráty ve vinutí statoru P R. I 0,37.7,3 7, W Cu 3 Ztráty ve vinutí rotoru P R. I,8.7,3 Cu 68, Příkon motoru P m 0W P P +. P +. P + P Cu Cu ,3 +.68, + 93, W Účinnost motoru P 00 η 0,89 P 455 Fe ( 3.7, ,008) 93, W W + P m

50 4 7. Závěr ad. Bylo pojednáno o asynchronních motorech obecně, o základních parametrech a veličinách a specifických vlastnostech těchto strojů Setkáme se zde s momentovou charakteristikou, jejím vysvětlením. Dále v této části jsou popsány jednotlivé možnosti jak získat u jednofázového asynchronního motoru záběrný moment. U jednotlivých uvedených typů motorů je patrné, že dosažení největšího možného záběrného momentu je možné pouze při použití kapacitního rozběhu. Co se týče jednoduchosti a provozní spolehlivosti, jsou na tom nejlépe motory se stíněnými póly, jednoduše řečeno - pokud je nespálíme přetěžováním, nemá se u nich co pokazit. Mají ale spoustu velkých nevýhod, mezi největší bezesporu patří, že u nich není možná reverzace a mají značné ztráty v závitech nakrátko, z toho vyplývá jejich nízká účinnost % a také mají malý účiník - cosϕ 0,4-0,6. Z tohoto důvodu se používají pouze při malých výkonech. (do 00W). Nejlepších provozních vlastností lze dosáhnout použitím trvale připojeného kondenzátoru. Pokud ale kondenzátor není správně navržen, může motor mít i horší vlastnosti nežli motor s odporovým rozběhem. Pomocí kondenzátoru lze i trojfázový motor provozovat jako jednofázový, pokud k jedné z fází připojíme do série kondenzátor. Také je zde nastíněna problematika určení kapacity rozběhového kondenzátoru. Výpočet vychází ze základního pravidla kdy pří kmitočtu 50Hz a napětí 30V je na kw výkonu motoru potřeba kapacita 70µF. Zde jsou uvedeny vzorce a pravidla od různých autorů vycházející z různých potřeb použití jednofázových asynchronních motorů. ad. Výpočet je zaměřen na základní určení hlavních rozměrů stroje, což je u mnoha poháněných zařízení v dnešní době jedna z nejdůležitějších věcí - například snaha o co největší miniaturizaci zařízení. Dále je zde zmínka o možných rizicích při navrhování asynchronních strojů ad3. Zde je proveden příklad výpočtu pro motor P,kW, n 860ot/min, U 30V, f 50Hz. Hodnoty magnetických materiálů byly převzaty z návodu na výpočty asynchronních motorů firmy VUES Brno.

51 43 8. Použitá literatura [] Tkotz Klaus a kolektiv: Příručka pro elektrotechnika, Europa Sobotáles 00 [] Voženílek Ladislav: Kurs elektrotechniky, SNTL [3] Wilda Libor: Elektrotechnická měření, SPŠE Brno 997 [4] Štech Karel: Elektroinstalace doma a na chatě, Grada 00 [5] Prof. Popadin Stepan, Elektrické mikrostroje na střídavý proud, Vydavatelství Technika, Sofie, Bulharsko 987 [6] Kopylov, I. P.: Stavba elektrických strojů. SNTL, Praha 988 [7] Štěpina, Jaroslav, Dr. Ing. : Jednofázové indukční motory. SNTL, Praha 957 [8] Kolektiv pracovníků VUES Brno : Návod výpočtu jednofázových asynchronních motorů, VUES Brno 968 [9] Kolektiv pracovníků autorů : Fyzikálněchemické tabulky, SPN Praha 988

52 44