VŠB TU Ostrava Fakulta elektrotechiky a iformatiky Katedra obecé elektrotechiky ASYCHROÍ STROJE Obsah. Výzam a oužití asychroích motorů 2. rici čiosti asychroího motoru 3. Rozděleí asychroích motorů 4. Výko a momet asychroího motoru 5. Souštěí trojfázových asychroích motorů 6. Řízeí otáček asychroích motorů g.staislav Kocma, g. Ctirad Koudelka září 2004
. Výzam a oužití Asychroí stroje se užívají ejčastěji jako motory. Jsou ejrozšířeějšími elektromotory vůbec a oužívají se k ejrůzějším ohoům roto, že jsou ze všech elektromotorů ejjedodušší a ejlaciější. Jsou rověž rovozě ejsolehlivější a vyžadují malou údržbu. Užívají se k ohoům zařízeí jako jsou čeradla, vetilátory, komresory, ásové doravíky, jeřáby, výtahy, obráběcí stroje, atd. 2. rici čiosti asychroího motoru ( AM ) rici čiosti AM je založe a vzájemém elektromagetickém ůsobeí točivého magetického ole statoru a roudů, vytvořeých ve viutí rotoru tímto magetickým olem. AM je tedy založe a idukci aětí a roudů v rotoru a roto se také azývá idukčím motorem. Točivé magetické ole se u AM vytvoří ve viutí statoru (evá, eohyblivá část stroje), které je ejčastěji rovedeo jako trojfázové, kde viutí jedotlivých fází jsou rostorově atočea o 20 0 a kterými rotéká trojfázový harmoický roud. Asychroí stroje mohou také racovat jako asychroí geerátory (to zameá, že mechaickou eergii řeměňují a elektrickou) v říadě, že oháěím AM dosáheme jeho mechaických otáček vyšších ež jsou otáčky sychroí, čímž idukovaá aětí a roudy v rotoru jsou oačého smyslu a stroj tedy dodává čiý elektrický výko do sítě. oháíme-li stroj mechaickým mometem ůsobícím roti otáčeí točivého magetického ole, racuje jako sychroí brzda, tj. momet asychroího stroje ůsobí roti hacímu mechaickému mometu. V raxi se uvádějí otáčky AM v otáčkách za miutu, ak vztah ro sychroí otáčky je: S - ( mi, Hz, -) 60 f, kde je očet ólových dvojic. Mírou asychroizmu tj. rozdílu otáček sychroích a otáček rotoru je skluz, defiovaý vztahem: S - s 00. S (%) Skutečé otáčky asychroího motoru jsou ak dáy vztahem: S. ( s) dukovaé roudy v obvodu rotoru vytvoří rověž točivé magetické ole rotoru, které se vzhledem k rotoru stroje otáčí rychlostí daou vztahem : f 2 2 S kde frekvece f 2 je frekvece aětí a roudu ve viutí rotoru defiovaá jako f f 2 2 ( S ) s f 3. Rozděleí asychroích motorů S 2
odle očtu fází statorového viutí - trojfázové - dvojfázové - jedofázové odle rovedeí rotorového viutí - s kotvou akrátko (klecové) v drážkách rotoru jsou uložey vodivé tyče, ejčastěji hliíkové, sojeé a čelích straách kruhy akrátko - s kotvou kroužkovou v drážkách rotoru je trojfázové viutí z mědi sojeé do hvězdy, jehož vývody jsou řiojey a tři kroužky alisovaé stejě jako magetický obvod rotoru a hřídeli stroje a ke kterým řiléhají evě osazeé kartáče umožňující vyvedeí viutí a svorkovici stroje. Zůsob zaojeí trojfázového statorového viutí Viutí statoru, ejčastěji trojfázové, je uložeo v drážkách jeho magetického obvodu složeého z lechů vzájemě izolovaých. Jeho šest koců je vyvedeo a svorkovici a ozačeo odle obr. a, kde začátky viutí jsou ozačey U, V, W a koce U2, V2, W2. omocí vodivých sojek lze sojit viutí buď do hvězdy (obr.b), ebo do trojúhelíka (obr. c). W2 U2 V2 W2 U2 V2 W2 U2 V2 U V W U V W U V W L L2 L3 L L2 L3 a) b) c) Obr. Svorkovice asychroího motoru: a) řiojeí viutí, b) sojeí do hvězdy (Y), c) sojeí do trojúhelíka (D) 4. Výko a momet asychroího motoru říko odebíraý trojfázovým elektromotorem z aájecí sítě je dá vztahem : U cosϕ 3 U cosϕ 3 kde U a jsou fázové veličiy, 3
U a ϕ jsou sdružeé veličiy, tj. aětí mezi vodiči a roud tekoucí vodičem řívodího vedeí k motoru je fázový osu mezi aětím a roudem. Účiost AM je dáa vztahem : η - mechaický výko a hřídeli motoru - říko motoru, tj. elektrický výko odebíraý motorem z aájecí sítě Jmeovitý točivý momet motoru a hřídeli M ro jmeovitý výko motoru a jmeovité otáčky s se určí ze zámého vztahu : M Ω 2π 60 9,55 - ( m, W, mi ) Grafickým vyjádřeím závislosti mometu a otáčkách (tj. i a skluzu) charakteristika a obr.2. je mometová BRZDA M MOTOR GEERÁTOR (rotisměrá) (adsychroí brzda) M l M m M b - s 0 s s b S s0 -s -M Obr.2 Mometová charakteristika asychroího stroje 5. Souštěí trojfázových asychroích motorů 4
Souštěí AM je čiost otřebá k rozběhu, který je ak řechodým dějem, během kterého se měí rychlost, roudy, momet motoru. V okamžiku řiojeí k aájecí síti se motor s kotvou akrátko chová odobě jako trasformátor akrátko. V tomto okamžiku rotéká motorem záběrý roud omezeý ři daém aětí sítě je imedací akrátko motoru. Záběrý roud bývá u běžých motorů akrátko souštěých římým řiojeím a síť asi 4 až 8 ásobek jmeovitého roudu v závislosti a kostrukčím rovedeí daého motoru, ař. a očtu ólů, rovedeí drážek, aod. ožadavky ři souštěí a) dostatečě velký záběrý momet (s ohledem a řekoáí zatížeí motoru v klidu a ři rozběhu) b) malý záběrý roud (s ohledem a aájecí vedeí a síť, ve kterých dochází vlivem záběrého roudu k velkým roudovým árazům a tím k úbytkům aětí, ovlivňující i vlastí rozbíhaý AM). S ohledem a roudový áraz ři souštěí AM je souštěí římým řiojeím a veřejou siť ovoleo ouze u motorů s výkoem do 3 kw. Toto elatí ve velkých růmyslových závodech a v elektrárách, kde jsou aájecí sítě a říojky velkých výkoů Zůsoby souštěí motorů s kotvou akrátko ( klecových ) U AM akrátko eí možo zvětšovat odor rotorového obvodu (vyjma motorů se seciálě uraveou rotorovou klecí) a tím zvětšovat záběrý momet. Je možo je zmešovat roudový áraz ři současém zmešeí záběrého mometu. AM akrátko o výkoech větších ež 3 kw lze souštět sížeým aětím a statoru, což samozřejmě zůsobí jedak sížeí roudového árazu tak i sížeí záběrého mometu, rotože momet motoru závisí a čtverci aětí, jak je atré ze vztahu ro momet AM. Z tohoto důvodu se takto souští motory s malým zatěžovacím mometem ři rozběhu ebo motory, které ejsou ři rozběhu zatížey. Jsou možé tyto zůsoby rozběhu : a) se statorovým souštěčem - s rezistory u meších výkoů - s tlumivkami u větších výkoů b) souštěcím autotrasformátorem - síží se úměrě záběrý roud motoru, kvadraticky záběrý roud v síti ři současém kvadratickém sížeí záběrého mometu c) řeíačem hvězda - trojúhelík (oř. stykačové řeíáí Y D, obr. 3) - záběrý roud v síti a záběrý momet motoru se síží 3 x. Motor je avrže ro sojeí do trojúhelíka ro ormálí chod, tj. tak, aby aětí aájecí sítě odovídalo jmeovitému aětí ro sojeí do trojúhelíka. ři rozběhu motoru je jeho statorové viutí sojeo do hvězdy. Je-li imedace fáze motoru rova Z a sdružeé aětí sítě U, oteče fází motoru roud: 5
Yf U 3 Z který je rove roudu sdružeému odebíraém motorem ze sítě o ukočeí rozběhu se motor řee do trojúhelíka, fází motoru yí oteče roud: U Df Z ale ze sítě motor odebírá sdružeý roud : D U 3 Df 3 Z oměr roudů ři sojeí viutí do hvězdy a trojúhelíka je tedy: Y D 3 L L2 L3 FU D Y KM KM2 KM3 V U V2 U2 W2 W Obr. 3 Souštěí motoru stykačovým řeíáím Y D Mometové charakteristiky AM ři sojeí viutí do trojúhelíka (M D ) a do hvězdy (M Y ) jsou a obrázku 4. 6
M M D M ld M Y M ly Obr. 4 Mometové charakteristiky ro souštěí AM řeíáím Y D d) olovodičovým řízeým měičem aětí - elektroický rozběhový čle ( softstartér ) Jako olovodičový rozběhový čle se oužívá fázově řízeý měič střídavého aětí tzv. softstartér, který umoží řízeý ozvolý rozběh AM, ři kterém dochází k výrazému sížeí záběrého roudu a mometu. Řízeí rozběhu se rovádí buď astaveím čas.sklou (tzv. ramy) árůstu výstuího aětí, tzv.skokovým aětím, ebo astaveím kostatího roudu motoru (roudovým omezeím) během rozběhu. ěkterá rovedeí softstartérů umožňují a očátku rozběhu krátkodobé dosažeí vyššího mometu motoru. 6. Řízeí otáček asychroích motorů Z rovice ro skluz AM vylývá ásledující vztah ro otáčky motoru : 60 f S ( s) ( s) Ze vztahu je zřejmé, že otáčky AM lze řídit buď změou sychroích otáček (eergeticky výhodé), změou skluzu (eergeticky evýhodé), změou frekvece a změou očtu ólových dvojic. říko motoru je vždy úměrý těmto otáčkám. 7