AS jako asynchronní generátor má Výkonový ýštítek stroje ojedinělé použití, jako typický je použití ve větrných elektrárnách, apod.

Transkript

1 Asynchronní stroje Ing. Tomáš Mlčák, Ph.D. Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB TUO Katedra elektrotechniky fei.vsb.cz/kat452 TZB III Fakulta stavební

2 Stýskala, 2002 ASYNCHRONNÍ STROJE Obecně Asynchronní stroj (AS) je používán jako 1f a 3f motor (AM) a také jako generátor. Nejčastěji však jako motor. Je nazýván tažným koněm průmyslu. Většina AM používaných v průmyslu je s klecovým rotorovým m, tzv. nakrátko. Oba motory, třífázový i jednofázový motory mají široké použití. Jednofázový asynchronní motor Rozběhový kondenzátor Ložiskový štít-zadní Ložiskové pouzdro Hřídel AS jako asynchronní generátor má Výkonový ýštítek stroje ojedinělé použití, jako typický je použití ve větrných elektrárnách, apod. Svorkovnice

3 ASYNCHRONNÍ MOTORY Stator - konstrukce Jádro (paket) z izolovaných dynamoplechů s drážkami Řez statorovým m Jádro Statorová drážka Vinutí z izolovaných Cu vodičů, zpravidla tří nebo jednofázové, je vytvarováno a uloženo oddělené drážkovou izolací v drážkách jádra Rotor klecového AM - konstrukce Paket z izolovaných dynamolechů s drážkami na vnějším obvodu od Kovové tyče zalisovány v drážkách, zpravidla slitiny na bázi Al Dva kroužky spojující tyče nakrátko Drážky a tyče jsou zešikmeny z důvodů snížení hlučnosti vlivu harmonických Řez tyčí rotorového Rotorové tyče mírné zešikmení Spojovací kruhy

4 Názorný řez 3f AM v patkovém provedení statorová svorkovnice motorový přívod elektrické energie příkon P 1 výkonový štítek ventilátor kryt ventilátoru ložiska 3f statorové proud chladícího vzduchu hřídel výkon P 2 přední a zadní ložiskový štít ztráty ΔP patka litinová nebo hliníková kostra s chladícími žebry

5 KROUŽKOVÉ ASYNCHRONNÍ MOTORY Rozdílnost konstruce Vinutý rotor: Trojfázové rotorové je uloženo v rotorových drážkách. Je zapojen zpravidla do hvězdy (Y), zřídka do trojúhelníka (D) Konce fází rotoru jsou vyvedeny na kroužky, začátky do uzlu (Y) Tři uhlíkové kartáče dosedají na tři kroužky Rotorové může být spojeno s externími variabilními rezistory nebo se samostaným zdrojem (měničem) Třífázové statorové Vzduchová mezera Koncepce 3f AM s vinutým rotorem 3f rotorové uložené v rotorových drážkách vyvedené na kroužky Fáze V Statorové jádro - paket z izolovaných dynamoplechů Fáze U W - Rotorový paket z izolovaných dynamoplechů V - U + W + V + Fáze W Statorové drážky s m U - hřídel motoru

6 ASYNCHRONNÍ MOTORY Princip činnosti 3f AM Statorové je napájeno třífázovým napětím, které v něm vyvolá souměrný střídavý proud. Protékající třífázový proud generuje ve statoru točivé EM pole. Toto EM pole rotuje (obíhá, otáčí se) synchronní úhlovou rychlostí Ω 1 = π n 1 /30. Synchronní rychlost je úměrnáě synchronním otáčkam n 1, ty závisí na frekvenci napájecího napětí AM a počtu pólových dvojic (pólpárů) p: n 1 = 60 f / p (min -1 ) Rotující EM pole indukuje indukované napětí do vodičů j p j p rotorového nakrátko. Indukované napětí vyvolá v klecovém rotoru el. proud.

7 Princip vzniku kruhového točivého magnetického pole ve statoru 3f AM fáze statorového napájení z 3f střídavéh ho zdroje harmo onického na apětí U u U v U v n 1.. synchronní otáčky točivého mag. pole ve statorovém, resp. ve statorovém paketu

8 Působení kruhového točivého magnetického pole ve statoru t 3f AM na rotor, vznik točivého momentu n 1 synchronní Statorové otáčky n. otáčky (aktuální) rotoru Stator Rotor (rotorové( o není nakresleno) 3 fázový zdroj

9 ASYNCHRONNÍ MOTORY Vznik tažné síly AM Točivé EM pole indukuje proud v tyčích rot. Vzájemné působení tohoto proudu a EM točivého pole vyvolá hybnou sílu přenášenou na hřídel F = B I 1 l l je délka rotoru Síla F Force l n, Ω I 1 Tyče rotorového BIndukce rotating B točivého EM pole Rotorové kruhy

10 ASYNCHRONNÍ MOTORY 3f AM - Význam skluzu Když se rotor otáčí stejnou úhlovou rychlostí (resp. otáčkami) jakou má točivé EM pole statoru, je jím indukované napětí, proud a moment roven nule. Proto k vytvoření momentu musí mít rotor AM rychlost menší než je rychlost synchronní (Ω < Ω 1, resp. n < n 1 ). Motor ke své činnosti potřebuje stále určitý rozdíl rychlosti (otáček) rotoru vůči rychlosti (otáčkám) synchronní, vytvořené EM polem statoru. Tento poměrný pokles otáček se nazýván skluz s a je dán vztahem: s =(n 1 - n)/n 1 Frekvence indukovaného napětí a proudu v rotoru je: f 2 = s f 1 Jmenovitý skluz s n (při jmenovitém zatížení) AM bývá od 0,5 do 5%, u velmi malých motorů až 10%.

11 ASYNCHRONNÍ MOTORY 3f AM - Skluz - Příklad výpočtu Třífázový AM 14,7 kw, 3x230V, 50Hz, šestipólový, zapojený do Y, má skluz 5%. Vypočtěte: a) Synchronní otáčky a synchronní rychlost b) Otáčky rotoru c) Frekvenci rotorového proudu Řešení a) Synchronní otáčky : n 1 =60 f /p =60 50 / 3 = ot./min., tj. 16,667 ot./s. synchronní úhlová rychlost : Ω 1 =2 π n 1 = 104,669 rad./s. b) Otáčky rotoru: n = (1 - s ) n 1 = (1-0,05) = 950 ot./min. c) Frekvenci rotorového proudu: f 2 = s f 1 = 0,05 50 = 2,5 Hz

12 ASYNCHRONNÍ MOTORY 3f AM - Momentová charakteristika - průběh a důležité hodnoty Momentová charakteristika, tzn. n = f (M) závislost rychlosti, resp. otáček AM na zatěžovacím momentu se dá sestrojit např. pomocí programu MathCad. Obrázek s m.ch. AM ukazuje důležité body a hodnoty, včetně nominálního bodu A. AM pracuje jako motor v rozsahu skluzu od 1 do 0. n M 1 A n = f (M) n 1 n 0 n z N v 0,05 0,1 02 0,2 0,3 0,4 0 M N n, resp. Ω s 0,5 M M 0,6 07 0,7 0,8 M Z 0,9 s = 1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 M 4,0

13 Asy ynchronní motory 3 pracovní režimy, plynulé přech ody

14 ASYNCHRONNÍ MOTORY 3f AM - Výkonová analýza - bilance výkonů a výkonových ztrát Výkony a ztráty jsou u AM vyjádřeny s použitím jeho náhradního schématu. Diagram toku výkonů ů při jmenovitém zatížení í ukazuje následující í obrázek: Výkon přenášený EM točivým polem ze statoru do rotoru přes vzduchovou mezeru δ Výkon elektromagnetického pole (vnitřní) I 1 *} = sϕ 1N Re {3 U 1 I U 1NS I 1S cos P 1N = R = 3 U železe S t a t o r Ztráty v ΔP Fe tí statoru R 1 y ve vinut = 3 I 2 1 R Ztráty ΔP j1 = P δ = M em Ω 1 Ztrá áty v rotoro ovém vinut tí ΔP 2 j2 = 3 I 2 R 21 P mec = M mec Ω N Mech hanické ztráty ΔP mec R o t o r datečné ztráty Do P 2N = M N Ω N ΔP toč = ΔP mec + ΔP d P mec = 3 I 22 R 21 (1- s)/s P 2N = P mec - ΔP toč P δ = 3 I 22 (R 21 /s)

15 Jednofázový AM ASYNCHRONNÍ MOTORY OBECNĚ Je nejvíce používán v chladničkách, pračkách, ždímačkách, hodinách, vrtačkách, malých kompresorech, pumpách, atd. Hlavní Statorový paket z izolovaných dynymoplechů Statorové drážky s m + Klecový rotor Rotorové tyče _ U tohoto typu motoru je v drážkách statorovém paketu uloženo dvojí Startovací - uspořádané navzájem - pomocné kolmo. Jedno je hlavní (pracovní), a druhé pomocné je pro rozběh Kroužky spojující j tyče nakrátko (stratovací).

16 ASYNCHRONNÍ MOTORY Jednofázový AM - Princip spouštění Spouštění 1f AM vyžaduje vytvoření točivého EM pole. Točivé EMpolekrozběhu je zde vytvořeno (např. pomocí kapacitoru v) proudy ve ch navzájem fazově posunutími o 90 o (el.). I odstředivý spínač U rozběhové hlavní C rotor