ASYNCHRONNÍ STROJE Obsah. Pricip čiosti asychroího motoru. Náhradí schéma asychroího motoru. Výko a momet asychroího motoru 4. Spouštěí trojfázových asychroích motorů 5. Řízeí otáček asychroích motorů 6. Brzděí asychroích motorů 7. Jedofázový asychroí motor 00 Katedra obecé elektrotechiky FEI VŠB-T Ostrava Ig.Staislav Kocma
ASYNCHRONNÍ STROJE Výzam a použití Asychroí stroje se užívají ejčastěji jako motory. Jsou ejrozšířeějšími elektromotory vůbec a používají se k ejrůzějším pohoům proto, že jsou ze všech elektromotorů ejjedodušší a ejlaciější. Jsou rověž provozě ejspolehlivější a vyžadují malou údržbu. žívají se k pohoům zařízeí jako jsou čerpadla, vetilátory, kompresory, pásové dopravíky, jeřáby, výtahy, obráběcí stroje, atd.. Pricip čiosti asychroího motoru ( A ) Pricip čiosti A je založe a vzájemém elektromagetickém působeí točivého magetického pole statoru a proudů, vytvořeých ve viutí rotoru tímto magetickým polem. A je tedy založe a idukci apětí a proudů v rotoru a proto se také azývá idukčím motorem.točivé magetické pole se u A vytvoří ve viutí statoru (pevá, epohyblivá část stroje), které je ejčastěji provedeo jako trojfázové, kde viutí jedotlivých fází jsou prostorově atočea o 0 0 a kterými protéká trojfázový harmoický proud. Pricip čiosti je zřejmý z obr. a. Pro jedoduchost je zde trojfázové viutí uvažováo ve formě tří závitů, každý pro jedu fázi (ozačey, V, W). Proudy procházející jedotlivými závity vytvářejí magetické pole s jedím severím a jižím pólem (jedá se tedy o dvojpólový motor). Na obr. v okamžiku t (ω t 0) má proud i fu protékající fází statorového viutí maximálí kladou hodotu, proudy i fv, resp.i fw ve fázích V a W polovičí velikost se záporou polaritou. Výsledé magetické pole φ tot (t ) je dáo vektorovým součtem polí všech tří fází, vybuzeými příslušými fázovými proudy a má v tomto okamžiku směr a orietaci jak je akresleo a obr.. V okamžiku t (ω t π) je proud i fw ve fázi W maximálí se záporou polaritou, kdežto proudy ve zbývajících fázích a V jsou kladé s polovičí velikostí, tak jak je to zřejmé z časového průběhu trojfázového harmoického proudu a obr.. Výsledý magetický tok φ tot (t ), jak je vidět a obr., je vůči toku φ tot (t ) posuutý o úhel 60 0, tj. o stejý úhel o který se pootočily fázory proudů v jedotlivých fázích. Z toho je tedy zřejmé, že za dobu jedé periody střídavého harmoického proudu statoru se magetické pole statoru otočí o 60 0, tj. vykoá jedu otáčku. To zameá, že otáčky magetického pole statoru S dvojpólového A (tzv. sychroí otáčky) jsou rovy frekveci apájecího proudu statoru f (Ω S π S, Ω S π f ). Obdobě lze dokázat, že v případě čtyřpólového A se za stejou dobu tj. za dobu jedé periody střídavého harmoického proudu statoru magetické pole otočí je o 80 0, tj. vykoá je půl otáčky. Sychroí otáčky jsou tedy závislé i a počtu pólů stroje, resp. počtu pólových dvojic. i ifu ifv i fw 0 π π π ω. t Obr.. Časový průběh trojfázového harmoického proudu
t t V F φ tot S J W φ tot(t ) φ φ v φ φ u w ( t ) φum + φ um φ um u tot φ I fu W F V Ifw S I m um I fv t t I vm I wm V S F W φ w φ u φ t tot φ φ v W F J φ V tot ( t ) φ wm + φ wm φ wm φ w S I fu I um I vm 60 0 I fv S f v obecém případě: S f p - ( s, Hz, -) I w I fw p počet polových dvojic, p počet polů Obr.. Vzik točivého magetického pole trojfázového viutí statoru a vzik mometu A
Napětí a proudy v rotoru se podle idukčího zákoa mohou idukovat točivým magetickým polem je při otáčkách rotoru odlišých od sychroích otáček točivého pole statoru, tedy při asychroích otáčkách. Při sychroích otáčkách rotoru by se do ěj eidukovalo apětí, eprotékaly by jím proudy a stroj by měl ulový momet. Při rozběhu se ve stojícím rotoru idukují apětí, která v uzavřeém obvodu rotoru vyvolají proudy, čímž dojde k silovému působeí pole statoru a rotorový obvod. Směr a orietace této síly se určí podle Flemigova pravidla levé ruky. Účikem těchto sil vziká točivý momet, který roztočí rotor ve smyslu točeí magetického pole statoru. Elektrická eergie se přeměňuje a mechaickou a stroj pracuje jako motor. Asychroí stroje mohou také pracovat jako asychroí geerátory (to zameá, že mechaickou eergii přeměňují a elektrickou) v případě, že poháěím A dosáheme jeho mechaických otáček vyšších ež jsou otáčky sychroí, čímž idukovaá apětí a proudy v rotoru jsou opačého smyslu a stroj tedy dodává čiý elektrický výko do sítě. Poháíme-li stroj mechaickým mometem působícím proti smyslu otáčeí točivého magetického pole, pracuje jako asychroí brzda, tj. momet asychroího stroje působí proti hacímu mechaickému mometu. Na obrázku je ukázáa podstata vziku vícepólového A ze základího -pólového. -pólový motor -W -W -V S N V -V S N V W - W - a b 4-pólový motor S -V W N - -W V x - W V -V -W N S -V S N -W V W - c d Obr.. Počty pólů u asychroího motoru
Na obr.a je točivé magetické pole statoru vytvářející jede severí N a jede jiží S pól, tj. jedá se o dvojpólový motor. Na obr.b a c je uvedea ásledující představa : trojfázové viutí statoru je stlačeo tak, aby pokrývalo pouze poloviu obvodu statoru stroje. Totéž viutí je pak zovu vložeo do uvolěé poloviy, čímž, jak je vidět a obr.d, vzike čtyřpólový motor, tj. motor jehož statorové viutí vytváří dva severí a dva jiží póly. Obdobě lze získat i vícepólové motory (šestipólové, osmipólové, atd ). V praxi se vícepólové statorové viutí získá vhodým provedeím celého trojfázového viutí. V praxi se uvádějí otáčky A v otáčkách za miutu, pak vztah pro sychroí otáčky je: S 60 f p - ( mi, Hz, -) írou asychroizmu tj. rozdílu otáček sychroích a otáček rotoru je skluz, defiovaý vztahem : S - s 00 S (%) Idukovaé proudy v obvodu rotoru vytvoří rověž točivé magetické pole rotoru, které se vzhledem k rotoru stroje otáčí rychlostí daou vztahem : S f p kde frekvece f je frekvece apětí a proudu ve viutí rotoru defiovaá jako : f ( S ) s p f S podle počtu fází statorového viutí - trojfázové - dvojfázové - jedofázové podle provedeí rotorového viutí f Rozděleí A - s kotvou akrátko (klecové) v drážkách rotoru jsou uložey vodivé tyče, ejčastěji hliíkové, spojeé a čelích straách kruhy akrátko - s kotvou kroužkovou v drážkách rotoru je trojfázové viutí z mědi spojeé do hvězdy, jehož vývody jsou připojey a tři kroužky alisovaé stejě jako magetický obvod rotoru a hřídeli stroje a ke kterým přiléhají pevě osazeé kartáče umožňující vyvedeí viutí a svorkovici stroje.
Způsob zapojeí trojfázového statorového viutí Viutí statoru, ejčastěji trojfázové, je uložeo v drážkách jeho magetického obvodu složeého z plechů vzájemě izolovaých. Jeho šest koců je vyvedeo a svorkovici a ozačeo podle obr.4a, kde začátky viutí jsou ozačey, V, W a koce, V, W. Pomocí vodivých spojek lze spojit viutí buď do hvězdy (obr.4b), ebo do trojúhelíka (obr. 4c). W V W V W V V W V W V W L L L L L L a) b) c) Obr.4 Svorkovice asychroího motoru : a) připojeí viutí, b) spojeí do hvězdy ( Y ), c) spojeí do trojúhelíka ( D ) Na obr.5 je způsob zapojeí viutí statoru, popř.rotoru a schématické začky jedotlivých provedeí trojfázových A.. Náhradí schéma asychroího motoru Náhradí schéma A je aalogické s áhradím schématem trasformátoru, v rovicích pro idukovaá apětí je avíc tzv. čiitel viutí, který vyjadřuje prostorové rozložeí viutí každé fáze, které jsou tvořey více cívkami rozložeými po obvodu statoru (rotoru), tak aby prostorový průběh magetické idukce byl co ejbližší siusovce a aby se omezil vliv vyšších harmoických. Náhradí schéma A je a obr.6. Porováím s áhradím schématem trasformátoru je vidět, že a výstupích svorkách je připojea čiá zátěž, jejíž velikost závisí a skluzu.
a) V V W ~ ~ W b) V V W V ~ ~ W W c) V V W V W u W v ~ ~ u v w w zapojeí viutí statoru (rotoru) schématická začka-trojpólově -jedopólově Obr.5. Schématické zázorěí jedotlivých provedeí A: a) trojfázový idukčí motor akrátko, b) trojfázový idukčí motor akrátko s vyvedeými oběma koci fázových viutí, c) trojfázový idukčí motor s kotvou kroužkovou
I R X σ R I X σ X σ R I 0 I FE I µ id R (-s)s R FE X h Z µ R s a) b) Obr.6 Náhradí schéma jedé fáze asychroího motoru: a) úplé, b) zjedodušeé Efektiví hodota idukovaého apětí v jedé fázi viutí statoru a rotoru je dáa vztahy: k N φ id V m 4,44 k V f - čiitel viutí statoru - počet závitů jedé fáze statoru N φ m - celkový magetický tok ve vzduchové mezeře stroje ( maximálí hodota ) ids 4,44 k V f N φm 4,44 kv s f N φm id s kv - čiitel viutí rotoru id - idukovaé apětí při zabrzděém rotoru ( s, 0) N - počet závitů viutí jedé fáze rotoru převod mezi statorem a rotorem se defiuje obdobě jako u trasformátoru : id kv N K - def. pro zabrzděý rotor k N id V Rotorové veličiy se přepočítají a stator podle ásledujících vztahů: I R X id σ K id m I m K R X K σ m m K m m id kde m je počet fází statoru, m počet fází rotoru. Počet fází statoru emusí být totožý s počtem fází rotoru. Velikost idukovaého apětí v obvodu rotoru závisí a velikosti skluzu A, rověž i velikost rozptylové reaktace viutí rotoru jak je patré ze vztahu:
X σ S π f L π s f L X σ s Přepočítaý proud tekoucí v rotoru a stator je : I id s R + jx R kde s R σ S + R id R + jx s s s σ což odpovídá áhradímu schématu a obr.6. A při chodu aprázdo ( s 0 ) Při chodu aprázdo edosáhe A sychroích otáček. omet motoru totiž eí ulový, motor je zatíže a hřídeli mometem ztrát aprázdo. A odebírá ze sítě proud aprázdo, který je vlivem vzduchové mezery mezi statorem a rotorem podstatě větší ež u trasformátoru, proud rotoru aprázdo je velmi malý, protože skluz při chodu aprázdo se blíží k ule. A ve stavu akrátko ( s ) Rotor A je zabrzdě, motor se tedy eotáčí a stator je apáje ze sítě. Náhradí schéma je stejé jako u trasformátoru akrátko. Impedace akrátko A je však ve srováí s trasformátory větší, což je způsobeo větším rozptylem, který je ovlivě jiým kostrukčím uspořádáím viutí a vzduchovou mezerou. Proud akrátko (v okamžiku rozběhu motoru tzv. záběrý proud) je tedy ve srováí se zkratovým proudem trasformátoru meší. 0, R s s 0. Výko a momet asychroího motoru Příko odebíraý trojfázovým elektromotorem z apájecí sítě je dá vztahem : P I cosϕ I cosϕ p kde a I jsou fázové veličiy. a I jsou sdružeé veličiy, tj. apětí mezi vodiči a proud tekoucí vodičem přívodího vedeí k motoru ϕ fázový posu mezi apětím a proudem. Ztráty vzikající v A jsou zázorěy a obr.7.
P P stator P J vzduchová mezera δ P Fe P d P mec P δ rotor P J s P δ P Fe 0 P (-s) P δ Obr.7. Výkoová bilace motoru Výko motoru je dá rozdílem jeho příkou a ztrát v ěm vzikajících, tedy : P P P - P J - P Fe - P d - P J - P mec P P - P tot, kde : P - mechaický výko a hřídeli motoru P p - příko motoru, tj. elektrický výko odebíraý motorem z apájecí sítě P J - ztráty ve viutí statoru P Fe - ztráty v magetickém obvodu statoru P d - ztráty dodatečé P J - ztráty ve viutí rotoru P mec - ztráty mechaické P tot - celkové ztráty v motoru daé součtem všech dílčích ztrát Jak lze vidět a obr.6 ztráty v magetickém obvodu rotoru ejsou uvažováy, protože jsou zaedbatelě malé vlivem velmi ízkého kmitočtu f v rotorovém obvodu. Účiost A je dáa vztahem : P P η Pp P + P tot. Vztah pro točivý momet a hřídeli A lze získat z rovice pro tzv. vitří točivý momet defiovaý vztahem :
P i δ Ω S kde P δ je výko přeášeý vzduchovou mezerou ( viz. obr.7 ). Jestliže zaedbáme momet od mechaických ztrát motoru, pak teto vitří momet je rove právě točivému mometu a hřídeli, který je tedy rove po dosazeí za Ω S : Pδ π S P 60 9,55 δ S - ( N m, W, mi ) Rovici lze upravit s využitím vztahů platých pro výkoy a ztráty dle obr.7, ztrát ve viutí rotoru P J a ze vztahu pro proud I získaý ze zjedodušeého áhradího schématu A, který z úplého áhradího schématu lze získat přemístěím magetizačí větve a vstupí svorky a sloučeím rozptylových reaktací do jedé (obr.6). omet a hřídeli motoru je tedy rove : X σ P Ω δ X S σ + X P σ j s π f p R I s π f p π R p s R f R + s + X σ f () s Grafickým vyjádřeím závislosti mometu a otáčkách ( tj. i a skluzu ) je mometová charakteristika a obr.8. BRZDA OTOR GENERÁTOR (protisměrá) (adsychroí brzda) l m b - s 0 s s b S s0 -s - Obr.8. ometová charakteristika asychroího stroje
Pro techické aplikace lze vztah pro momet upravit zaedbáím odporu R a dostaeme tak zjedodušeý Klossův vztah : m s sb + s s b kde m je momet maximálí ( momet zvratu b ), s b je skluz při mometu zvratu. m R sb pro R Ω X X S σ σ 0 Ze vztahu pro momet motoru je patré, že momet A, kromě parametrů motoru, závisí a druhé mociě apájecího apětí a a frekveci sítě ( stejě jako maximálí momet ). To zameá, že se sižujícím se apětím a statoru motoru klesá momet motoru i jeho maximálí momet kvadraticky. Se změou frekvece apájecí sítě se oba momety měí epřímo úměrě k této změě. Jmeovitý točivý momet motoru a hřídeli N pro jmeovitý výko motoru P N a jmeovité otáčky s N se určí ze zámého vztahu : N P Ω N N PN π 60 N P 9,55 N N - ( N m, W, mi ) Proudová charakteristika asychroího stroje je a obr.9, kde je vyese průběh apájecího proudu statoru I v závislosti a otáčkách stroje popř. skluzu. BRZDA I OTOR GENERÁTOR (protisměrá) (adsychroí brzda) I l I N I 0 - s 0 s N s N S s0 -s -I Obr.9. Proudová charakteristika asychroího stroje
4. Spouštěí trojfázových asychroích motorů Spouštěí A je čiost potřebá k rozběhu, který je pak přechodým dějem, během kterého se měí rychlost, proudy, momet motoru. V okamžiku připojeí k apájecí síti se motor s kotvou akrátko chová podobě jako trasformátor akrátko. V tomto okamžiku protéká motorem záběrý proud omezeý při daém apětí sítě je impedací akrátko motoru. Záběrý proud bývá u běžých motorů akrátko spouštěých přímým připojeím a síť asi 4 až 8 ásobek jmeovitého proudu v závislosti a kostrukčím provedeí daého motoru, apř. a počtu pólů, provedeí drážek, apod.. Požadavky při spouštěí a)dostatečě velký záběrý momet ( s ohledem a překoáí zatížeí motoru v klidu a při rozběhu ) b) malý záběrý proud ( s ohledem a apájecí vedeí a síť, ve kterých dochází vlivem záběrého proudu k velkým proudovým árazům a tím k úbytkům apětí, ovlivňující i vlastí rozbíhaý A). S ohledem a proudový áraz při spouštěí A je spouštěí přímým připojeím a veřejou siť povoleo pouze u motorů s výkoem do kw. Toto eplatí ve velkých průmyslových závodech a v elektrárách, kde jsou apájecí sítě a přípojky velkých výkoů Způsoby spouštěí motorů s kotvou kroužkovou A s kotvou kroužkovou ( viz. kapitola ) se spouštějí pomocí spouštěcího odporu R S v obvodu rotoru ( obr.0 ), který je přes kartáče a kroužky připoje k trojfázovému viutí rotoru spojeému do hvězdy. Stator motoru se připojí a síť při maximálí hodotě R S, který se během spouštěí postupě sižuje až je a koci rozběhu zcela vyřaze a viutí rotoru je spojeo akrátko. Na obr.. jsou tři mometové charakteristiky motoru odpovídající růzým hodotám odporu R S. a charakteristika poháěého mechaismu P.Při ejvětším spouštěcím odporu R S je záběrý momet motoru rove mometu maximálímu a motor se rozbíhá z ulových otáček a otáčky. Po vyřazeí prvího stupě spouštěcího odporu se momet motoru zvětší a motor se urychluje až a otáčky ( mometová charakteristika s parametrem R S ), po vyřazeí druhého posledího stupě ( mometová charakteristika s parametrem R S ), kdy je spouštěcí odpor zcela vyřaze, se motor urychlí a koečou rychlost. Zvětšováím odporu v obvodu rotoru se záběrý proud zmešuje a záběrý momet se zvětšuje, proto je spouštěí motoru pomocí odporu v rotoru velmi výhodé.
L L L F K F K V stator rotor W kroužky kartáče ~ R S spouštěč R S a) b) Obr.0. Spouštěí asychroího motoru s kotvou kroužkovou: a) trojpólové schéma, b) jedopólové schéma R S > R S > R S R S R S R S 0 P Obr.. ometové charakteristiky spouštěí A s kotvou kroužkovou stupňovitou (skokovou) změou spouštěcího odporu
Způsoby spouštěí motorů s kotvou akrátko ( klecových ) A akrátko eí možo zvětšovat odpor rotorového obvodu ( vyjma motorů se speciálě upraveou rotorovou klecí ) a tím zvětšovat záběrý momet. Je možo je zmešovat proudový áraz při současém zmešeí záběrého mometu. A akrátko o výkoech větších ež kw lze spouštět sížeým apětím a statoru, což samozřejmě způsobí jedak sížeí proudového árazu tak i sížeí záběrého mometu, protože momet motoru závisí a čtverci apětí, jak je patré ze vztahu pro momet A. Z tohoto důvodu se takto spouští motory s malým zatěžovacím mometem při rozběhu ebo motory, které ejsou při rozběhu zatížey. Jsou možé tyto způsoby rozběhu : a) se statorovým spouštěčem - pricip je zřejmý z obr.. - s rezistory u meších výkoů - s tlumivkami u větších výkoů L L L F F K K K spouštěč R S K V W ~ a) b) Obr.. Spouštěí motoru statorovým spouštěčem: a) trojpólové schéma, b) jedopólové schéma b) spouštěcím autotrasformátorem (obr.) - síží se úměrě záběrý proud motoru, kvadraticky záběrý proud v síti při současém kvadratickém sížeí záběrého mometu
L F K L F L K V autotrasformátor W ~ a) b) Obr.. Spouštěí motoru spouštěcím autotrasformátorem : a) trojpólové schéma, b) jedopólové schéma c) přepíačem hvězda - trojúhelík ( popř. stykačové přepíáí Y D, obr.4.) - záběrý proud v síti a záběrý momet motoru se síží x. otor je avrže pro spojeí do trojúhelíka pro ormálí chod, tj. tak, aby apětí apájecí sítě odpovídalo jmeovitému apětí pro spojeí do trojúhelíka. Při rozběhu motoru je jeho statorové viutí spojeo do hvězdy. Je-li impedace fáze motoru rova Z a sdružeé apětí sítě, poteče fází motoru proud : I Y Z který je rove proudu sdružeému odebíraém motorem ze sítě Po ukočeí rozběhu se motor přepe do trojúhelíka, fází motoru yí poteče proud: I Df Z ale ze sítě motor odebírá sdružeý proud : I D I Df Z Poměr proudů při spojeí viutí do hvězdy a trojúhelíka je tedy: I I Y D
L L L F D Y K K K V V W W Obr.4. Spouštěí motoru stykačovým přepíáím Y D ometové charakteristiky A při spojeí viutí do trojúhelíka ( D ) a do hvězdy ( Y ) jsou a obrázku 5. D ld Y ly p Obr.5. ometové charakteristiky pro spouštěí A přepíáím Y D
d) polovodičovým řízeým měičem apětí - elektroický rozběhový čle ( softstartér ) (obr.6) Jako polovodičový rozběhový čle se používá fázově řízeý měič střídavého apětí tzv. softstartér, který umoží řízeý pozvolý rozběh A, při kterém dochází k výrazému sížeí záběrého proudu a mometu. Řízeí rozběhu se provádí buď astaveím čas.sklou (tzv. rampy) árůstu výstupího apětí, tzv.skokovým apětím (obr.7a), ebo astaveím kostatího proudu motoru (proudovým omezeím) během rozběhu (obr.7b). Některá provedeí softstartérů umožňují a počátku rozběhu krátkodobé dosažeí vyššího mometu motoru (obr.7a). L L L F K Ř softstartér V W Obr.6. Spouštěí motoru polovodičovým řízeým měičem apětí I N I omez 0 rozběh chod t rozběh chod t a, b, Obr.7.a) rozběh motoru se skokovým apětím, b) rozběh s proudovým omezeím
otory se speciálě upraveou rotorovou klecí Zvětšeím odporu v obvodu rotoru A se záběrý momet zvětší a záběrý proud aopak zmeší. Vhodou kostrukcí rotorové klece se dosáhe impedace rotorového obvodu v okamžiku rozběhu ěkolikrát větší ež v chodu tj. po ukočeí rozběhu, což se projeví změou tvaru mometové charakteristiky. Používají se motory s dvojitou klecí a motory s kotvou vírovou. a, motory s dvojitou klecí (obr.8) R R R R B B B Obr.8. ožé variaty provedeí rotorové dvojité klece Horí klec, tzv. rozběhová (R) je vyrobea z materiálu s větší rezistivitou (apř. mosazi) Spodí klec, tzv. běhová (B) je uložea hluboko v magetickém obvodu rotoru, má podstatě větší průřez a je vyrobea z materiálu s meší rezistivitou (měď, hliík). Drážky obou klecí jsou spojey úzkou vzduchovou mezerou. ometová charakteristika motoru s dvojitou klecí je dáa součtem mometových charakteristik obou klecí, jak je vidět a obrázku 9. R + B B R Obr.9. ometová charakteristika A s dvojitou klecí
b, motory s kotvou vírovou (obr.0) Obr.0. Tvary drážek vírové kotvy otory mají v rotoru úzké a hluboké drážky, do ichž jsou uložey tyče viutí rotoru spojeé kruhy akrátko. Problematika motorů se speciálě upraveou rotorovou klecí je podroběji popsáa v: Doc.Ig. Ja Smejkal : Elektrotechika, str.8-84. 5. Řízeí otáček asychroích motorů Z rovice pro skluz A vyplývá ásledující vztah pro otáčky motoru : 60 f S S, p ( s) ( s) f ( f, p, s) f ( s) Ze vztahu je zřejmé, že otáčky A lze řídit buď změou sychroích otáček (eergeticky výhodé) ebo změou skluzu (eergeticky evýhodé). Příko motoru je vždy úměrý těmto otáčkám. ) řízeí otáček změou skluzu Je možá u motorů s kotvou kroužkovou a to buď zařazeím regulačího rezistoru do každé fáze viutí rotoru, což je ovšem ehospodárý způsob řízeí otáček a ebo tzv. podsychroí kaskádou, která je hospodárým způsobem řízeí (viz. apř. Doc.Ig. Ja Smejkal : Elektrotechika, str.85-86). ) řízeí otáček změou velikosti apájecího apětí Změou velikosti apájecího apětí motoru se měí momet motoru kvadraticky: R p s R π f + R + X σ s
Tím se měí mometová charakteristika A a při daém zatěžovacím mometu i otáčky motoru.řízeí lze realizovat pricipiálě stejě jako spouštěí A s kotvou akrátko při sížeém apětí, je však evhodé právě pro motory s kotvou akrátko kde je rozsah řízeí otáček velmi ízký a proto se teto způsob řízeí u těchto typů A používá je zřídka (apř. pro pohoy pracovích mechaismů s vetilátorovou charakteristikou). V širším rozsahu lze takto regulovat otáčky A s kotvou kroužkovou se zařazeými přídavými rezistory do obvodu rotoru jako tomu je u spouštěí těchto motorů. ) řízeí otáček změou kmitočtu - f Používá se u motorů s kotvou akrátko, jedá se o hospodárý způsob řízeí otáček. Schéma je a obr.. F K ~ ~ měič kmitočtu ~ Obr.. Řízeí otáček asychroího motoru změou kmitočtu ezi řízeý A a apájecí siť je zapoje trojfázový měič kmitočtu, který může být v provedeí: - přímého měiče kmitočtu (cyklokovertoru) - epřímého měiče kmitočtu, který se skládá z usměrňovače (ejčastěji šestipulsího diodového můstku), stejosměrého meziobvodu a střídače osazeého bipolárími trazistory s izolovaým hradlem ( IGBT ). ěiče kmitočtu umožňují plyulou změu výstupího kmitočtu v širokém rozsahu a tomu odpovídající rychlost A. ěiče kmitočtu lze řídit dvěma základími způsoby : a) skalárí f řízeí, tj. řízeí při kostatím poměru apětí a kmitočtu a vstupu A, tj. při kostatím magetickém toku motoru pro kmitočty v rozmezí 0 50 Hz. Tvar mometových charakteristik tím zůstává zachová s tím, že jedotlivé charakteristiky pro
růzě velké kmitočty jsou posuuty, jak je vidět a obr.. Velikost maximálího mometu je kostatí. V oblasti malých kmitočtů již elze zajistit kostatí magetický tok a proto zde dochází k poklesu mometu. V oblasti kmitočtů vyšších ež 50 Hz elze již dodržet kostatí poměr f, řízeí se provádí při kostatím apájecím apětí a proto zde rověž dochází k poklesu mometu. 00V5Hz 00V,5Hz 00V7,5Hz 400V50Hz 400V6,5Hz 400V75Hz 5% 50% 75% 00% 5% 50% Obr.. Průběh mometových charakteristik při skalárím řízeí motoru b) vektorově orietovaé řízeí, tj. s vektorovým řízeím magetického toku, popř. i mometu, které avíc umožňuje provoz s plým mometem i při ulových otáčkách. 4) řízeí otáček změou počtu pólových dvojic -p Provádí se buď přepojeím statorového viutí, ebo připojeím dalšího viutí s jiým počtem pólů. Tím lze dosáhout pouze skokové změy otáček, protože počet pólů stroje a tím i pólových dvojic může být pouze celé číslo. otory musí mít a statoru takové viutí, jehož počet pólů lze měit. 6. Brzděí asychroích motorů Brzděí A se provádí buď proto, aby se dosáhlo rychlého zabrzděí tj. zkrátila doba doběhu motoru ebo aby se motor brzdil v případech, kdy je poháě zátěží od poháěého mechaismu (apř. u jeřábů, výtahů, odvíječek, apod.). Asychroí motory lze brzdit těmito způsoby : ) brzděí protiproudem (obr.) u motoru běžícího jedím směrem (a obr. apř. I.kvadrat, kde >0 a >0) se přepojí dvě přívodí fáze (tím se změí směr otáčeí točivého magetického pole statoru a tím i směr působeí mometu tímto polem vyvolaým, obr. II.kvadrat, ve kterém <0 a >0), motor se zače brzdit a při ulových otáčkách se musí odpojit od sítě. V opačém případě by se motor roztočil v opačém směru.
000 S - 0 0 000 0 - S - Obr.. Brzděí A brzděí protiproudem ) brzděí dyamické (obr.4) stator motoru se odpojí od apájecí střídavé sítě a připojí se a stejosměrý zdroj, který vytváří stacioárí (pevé) magetické pole, které idukuje do otáčejícího se rotoru apětí. Rotorovým obvodem zače procházet proud. agetickým polem statoru dochází současě také k silovému působeí a obvod rotoru proti směru jeho otáčeí, dochází tedy ke vziku mometu působícího proti směru otáčeí rotoru a motor se tak brzdí. Na obr.4 jsou mometové charakteristiky pro růzě velké brzdé proudy. 000 S 500 I B I B I B I B > I B > I B 0-0 0 Obr.4. Brzděí A brzděí dyamické (stejosměrým proudem)
) brzděí geerátorické (obr.5) astává tehdy, jestliže A pracuje jako geerátor, tj. jestliže jeho mechaické otáčky jsou větší ež otáčky sychroí, apř. při řízeí otáček motoru změou počtu pólů přeputím statorového viutí ze dvou a čtyři póly, tj. přeputím a vyšší počet pólů. Odpovídající mometové charakteristiky jsou a obr. 5, ve kterém geerátorickému brzděí odpovídá část mometové charakteristiky ve druhém kvadratu ( < 0, >0, vyzačeo plou čarou). Dalšími způsoby docíleí geerátorického brzděí je sížeí kmitočtu apájecího apětí ebo zvýšeí rychlosti A v důsledku působeí aktivího mometu zátěže. Teto způsob brzděí elze použít pro zastaveí motoru. 000 S p 500 S p4-0 0 0 Obr.5. Brzděí A brzděí geerátorické 7. Jedofázový asychroí motor Jedofázové asychroí motory se používají pro pohoy zařízeí malých výkoů, přibližě do výkou 500 W. ezi takovéto spotřebiče patří vetilátory, pračky, ledičky, drobé stroje a ručí ářadí jako malé soustruhy, vrtačky, brusky, atd. Jestliže připojíme jedofázové střídavé apětí k jedofázovému viutí statoru vytvoří se pouze střídavé pulsující magetické pole, které se však eotáčí a evziká tak točivý momet, který je utý pro rozběh motoru. Jedofázový A lze roztočit buď mechaicky a ebo vytvořeím točivého magetického pole statoru. Pro jeho vytvořeí je utý systém alespoň dvou fází ebo-li viutí vzájemě posuutých o 90 0, kterými musí procházet proudy vzájemě časově posuuté.
Provedeí jedofázových motorů Jedofázový asychroí motor s kotvou akrátko se liší od téhož motoru trojfázového především v provedeí statorového viutí. Kostrukčě je viutí statoru provedeo tak, že ve dvou třetiách drážek statoru je uložeo pracoví viutí (hlaví fáze) a ve zbývající třetiě viutí rozběhové (pomocá fáze), které je obvykle paralelě připojeo k viutí hlaví fáze. Nezbytý fázový posu se získá buď zapojeím kodezátoru do série s viutím pomocé fáze, ebo zvětšeím odporu pomocé fáze. ) jedofázové motory s kodezátorem v pomocé fázi ohou být v ásledujícím provedeí : - motor s kodezátorem zapojeým je při rozběhu (obr. 6a), motor vykazuje velký záběrý momet, proto jej lze použít pro těžší rozběhy, apř.kompresorové chladičky. Viutí pomocé fáze se využívá pouze pro vlastí rozběh, po jeho ukočeí se odpojí od apájecí sítě apř. odstředivým vypíačem. - motor s trvale připojeým kodezátorem (obr.6b), vzhledem k mešímu záběrému mometu motoru jej lze použít pro lehčí rozběhy, tj. pro pohoy s malým záběrým mometem zatížeí a malými setrvačými hmotami. Viutí pomocé fáze se využívá i při chodu motoru a motor pracuje trvale jako dvojfázový. Výhodou takto provedeého motoru je jeho klidější chod, kompezace (tj.zlepšeí) jeho účiíku a vyšší jmeovitý výko ve srováí se stejě velkým motorem s kodezátorem zapojeým je při rozběhu. L N L N HF HF PF S PF C C a) b) Obr.6. Schéma zapojeí jedofázového motoru s kodezátorem a) zapojeým je při rozběhu, b) trvale připojeým
) jedofázové motory s odporovou pomocou fází (obr.7) K viutí pomocé fáze se do série zapojí odpor a ebo se viutí pomocé fáze avie z mosazi ebo z odporového drátu. Po rozběhu se pomocá fáze odpojí a motor běží pouze a hlaví fázi. Nevýhodou tohoto zapojeí je zhoršeí účiíku a účiosti motoru.vzhledem k mešímu záběrému mometu se používají pro lehké rozběhy, apř. vetilátory, odstředivá čerpadla apod. Změu směru otáčeí jedofázového A lze provést přehozeím koců viutí pomocé ebo hlaví fáze. Otáčky motoru jsou podobě jako u trojfázového A závislé a kmitočtu apájecího apětí a a počtu pólů. ometová charakteristika jedofázového A je a obrázku, kde jsou srováy mometové charakteristiky motoru bez pomocé fáze, s odporovou pomocou fází a s rozběhovým kodezátorem. C R Obr.7. ometové charakteristiky jedofázových A ( bez pomocé fáze, R s odporovou pomocou fází, C s rozběhovým kodezátorem )