Aynchronní troje Úvod Aynchronní troje jou nejjednodušší, nejlevnější a nejrozšířenější točivé elektrické troje. Používají e především jako motory od výkonů řádově deítek wattů do výkonů tovek kilowattů. Méně čato e používají v generátorickém režimu, především v malých vodních elektrárnách. Další úvahy a popiy budou provedeny pro trojfázové troje, jednofázové troje lze popat na základě trojů trojfázových. Kontrukční upořádání Aynchronní troj e kládá ze tatoru a rotoru. Stator tvoří pevná kotra ze vařence nebo odlitku, v kotře je umítěn magnetický obvod válcového tvaru ložený z ocelových plechů, ve kterých jou vyraženy drážky pro vinutí. trojfázové vinutí, každá fáze je umítěna v jedné třetině drážek po obvodu vzduchové mezery. Vinutí je vyv nebo na tatorovou vorkovnici e 6 vorkami, toto upořádání umožňuje nadnou změnu konfigurace zapojení z trojúhelníku na hvězdu a naopak. Na obou tranách troje jou připevněny ložikové štíty pro hřídel rotoru. Celá kontrukce muí být dotatečně tuhá, protože vzduchová mezera těchto trojů muí být co nejmenší (řádově milimetry). Na rotorové hřídeli je upevněn n rotorový magnetický obvod opět ložený z plechů drážkami. Podle kontrukce rotorového vinutí rozlišujeme troje kotvou nakrátko a kotvou vinutou, kroužkovou. V případě kotvy nakrátko je aktivní čát vinutí tvořena tyčemi v drážkách, které jou na obou tranách obvodu pojeny čelními kruhy dokrátka. U kroužkové kotvy je vinutí upořádáno v cívkách podobně jako na tatoru, v rotoru je pojeno do uzlu a zbývající 3 vývody jou připojeny na 3 kroužky umítěné izolovaně na hřídeli. Vodivý tyk kroužky obtarávají doedající kartáče, které jou upevněny v držáku kartáčů na tatoru a odtud vyvedeny na rotorovou vorkovnici. Tím je umožněno měnit parametry rotorového vinutí připojováním odporů na rotorovou vorkovnici. Držák kartáčů je obvykle vybaven odklápěčem, který umožní zvednout kartáče z kroužků a zároveň zkratovat kroužky roubíky umítěnými na rotoru. Lze tak provozovat troj, aniž by docházelo ke ztrátám třením kartáčů o kroužky. Na rotoru je dále umítěn větrák. 1
Princip činnoti Vznik točivého pole Aynchronní motor or funguje na principu trhávání závitu nakrátko v točivém magnetickém poli. Točivé magnetické pole vznikne při plnění podmínek : muí exitovat alepoň cívky, jejichž oy nejou rovnoběžné tyto cívky muí být protékány proudy, které mají fázový poun V případě ymetrického upořádání ( cívky oami pootočenými o 90 t. protékané proudy fázovým pounem 90 t., nebo typicky 3 cívky pootočené ve troji o 10 t. napájené trojfázovým proudem fázovými pouny 10 t.) vznikne tzv. kruhové pole, tj. pole, které e otáčí a nemění ní velikot indukce. Takové pole vytvoří otáčející e permanentní magnet. V jiných případech vznikne eliptické pole, kde e v průběhu otáčky mění velikot indukce. Rychlot otáčení pole nazýváme ynchronní.. Čatěji budeme pracovat pojmem ynchronní otáčky n. Velikot ynchronních otáček je dána vztahem n f = 60, p kde f je frekvence [Hz] a p je počet pólových dvojic. Vhodným rozdělením cívek fáze a upořádáním ve tatoru lze vytvořit pole více pólovými dvojicemi. Na obrázku je znázorněno pole p = 1 a p = pomocí otáčení permanentního magnetu. Za 1 periodu průběhu napájecího proudu zaujme pole nerozlišitelnou polohu. V případě p = 1 to bude 1 otáčka, v případě p = pak pouze ½ otáčky. Čím má troj více pólů, tím e jeho pole točí pomaleji. p 1 n 3000 1500 3 4 5 1000 750? Vznik točivého momentu Vložíme-li do točivého pole závit nakrátko, indukuje e změnou přaženého toku v závitu napětí. Závitem začne procházet proud, který vými magnetickými účinky podle Lenzova zákona půobí proti změně toku (zvyšuje-li e tok závitem, naží e jej nížit a naopak). Na aktivní čát vodiče protékané tímto proudem půobí točivé pole ilově a dvojice il pak vytvoří točivý moment, který
půobí ve měru točení pole. Pokud je závit uložen volně, začne e otáčet ve měru točivého pole. Bude e však vždy otáčet o něco pomaleji než točivé pole, protože e do závitu bude indukovat proud jedině tehdy, je-li mezi závitem a polem relativní pohyb. Tento pokle otáček nazýváme kluz. Skluz vyjadřujeme i číelně jako relativní pokle otáček rotoru vůči ynchronním otáčkám. Skluz e bude zvyšovat e zatěžujícím momentem na hřídeli. Napětí indukované do rotoru má frekvenci úměrnou relativní rychloti rotoru vůči točivému poli. Pokud bude rotor zabrzděn, bude rotorová frekvence rovna tatorové, pokud by e rotor točil ynchronně, bude frekvence nulová. Touto úvahou lze dopět ke vztahu mezi rotorovou a tatorovou frekvencí kde je kluz v poměrném vyjádření. f = f 1 Indukované napětí Po přiložení trojfázového napětí na cívky troje vytvoří protékající proudy točivé pole. Na celou ituaci lze na principu ekvivalence pohlížet i tak, že ve troji exituje točivé pole a to indukuje do tatorových cívek napětí. Spřažený tok cívek e mění inuově, jedná e tedy v podtatě o tejný problém, který již byl řešen u tranformátoru a pro indukované napětí byl odvozen vztah U i =4,44.Φ.f.N. Tento vztah lze použít i u aynchronního troje e korekcemi nazývanými činitel kroku a činitel rozlohy, které pak obvykle lučujeme do činitele vinutí. Činitel vinutí Tento kurz e nebude zabývat teorií návrhu vinutí, nicméně je potřeba pro další úvahy vyvětlit některé základní pojmy. Po obvodu tatorového magnetického obvodu je Q drážek. Pokud chceme, aby cívka zabírala celým polem jednoho pólu, muí být krok cívky, tj. vzdálenot přední a zadní trany cívky, roven y=q/(p). Takový krok cívky nazýváme plný krok. Celé vinutí přílušející jednomu pólu bývá rozprotřeno do více než dvou drážek. Jetliže rozvineme tator do roviny, může vinutí jedné fáze vypadat náledovně Činitel kroku V některých případech e vinutí nekontruuje plným krokem, cívka má buď zkrácený krok (y<q/p) nebo méně čato prodloužený (y>q/p). Důvodem je zlepšení průběhu pole vyloučení některých vyšších harmonických v průběhu. V obou případech není vinutí plně napěťově využito, indukované napětí je menší než by odpovídalo plnému kroku. Do napěťové rovnice proto zavádíme tzv. činitel kroku k y <=1, jehož velikot lze zjitit z míry zkrácení kroku : U = 4, 44 Φ f N Činitel rozlohy i k y Protože je vinutí fáze rozprotřeno ve více než drážkách, indukuje e napětí v každém závitu cívky určitým zpožděním, které odpovídá protorovému pounu závitů cívky podél obvodu troje. Jednotlivá napětí je pak potřeba čítat fázorově, nikoliv algebraicky. Výledný fázorový oučet je menší (nanejvýše roven) algebraickému oučtu napětí jednotlivých závitů. Do napěťové rovnice pak zavádíme činitel rozlohy k r <=1, který repektuje toto nížení indukovaného napětí : U i = 4, 44 Φ f N k y k r Činitel vinutí Oba činitele obvykle lučujeme do jediného činitele vinutí k v = k y. k r, tedy U = 4, 44 Φ f N i k v 3
Převod Stejně jako u tranformátoru budeme definovat převod jako poměr indukovaných napětí, zde ovšem ve tatoru a v rotoru. Protože e však indukované napětí v rotoru mění e kluzem, je třeba tanovit podmínku, že převod budeme definovat pro = 1, tedy pro nulové otáčky, kdy je rotorová frekvence rovna tatorové. Platí tedy U U i1 = 4, 44 Φ f1 N1 kv 1 i0 4, 44 Φ f1 N kv =, kde U i0 značí indukované napětí rotoru pro nulové otáčky a tedy tatorovou frekvenci. Pro převod tedy platí U p = U i1 i0 4,44 Φ f1 N1 = 4,44 Φ f N Vztah je podobný vztahu pro tranformátor, přibyli činitelé vinutí. 1 k k v1 v N = N 1 k k v1 v Náhradní chéma Nejprve zkontruujeme náhradní chémata tatorového a rotorového vinutí na základě poznatků z teorie tranformátoru. Náhradní chéma tatorového a rotorového vinutí zahrnuje vždy rozptylovou reaktanci, činný odpor vinutí a vzájemnou reaktanci, ve které e indukuje napětí. Pro U i platí U i = 44 4,44 Φ f N kv = 4, Φ f1 N kv = U i0 indukované napětí e mění e kluzem. Stejná ituace je i u rotorové rozptylové reaktance, protože platí ' X = π f L = π f L = X σ σ 1 σ σ kde čárkovaná reaktance značí kutečnou reaktanci při rotorové frekvenci a nečárkovaná pak reaktanci při kontantní tatorové frekvenci f 1 X σ = π f1 Lσ Abychom dokázali oba obvody galvanicky pojit jako při kontrukci náhradního chématu tranformátoru, provedeme u rotorového obvodu několik ekvivalentních úprav. Pro rotorový obvod platí napěťová rovnice U + j X I + R I 0 Tuto rovnici vydělíme kluzem a vynáobíme zlomkem p /p Platí, že U i0. p = U i1 R. p = R 1 X σ. p = X σ1 I /p = I 1 i0 σ = I p R I p p U i0 + j p X σ + = viz definice převodu přepočtený rotorový odpor na tator přepočtená rotorová rozptylová reaktance na tator rotorový proud přepočtený na tator p 0 Po doazení R 1 U i 1 + j X σ 1 I 1 + I 1 = 0 4
Této upravené rovnici odpovídá obvod Nyní již můžeme oba obvody galvanicky pojit a do příčné větve ještě opět zařadíme paralelně k magnetizační reaktanci X µ odpor R Fe, na kterém vzniknou ztráty odpovídající u kutečného troje ztrátám v železe. Náhradní chéma je formálně hodné náhradním chématem tranformátoru, který má v ekundáru proměnný odpor R 1 /. Proud I 0, který teče pře příčnou větev a odpovídá proudu naprázdno (motor e točí bez zátěže téměř ynchronně), je vlivem vzduchové mezery značně vyšší než u tranformátoru a může doáhnout 0-80% jmenovitého proudu podle druhu motoru. Aynchronní troj e ze trany vtupních vorek chová jako obvod proměnným rotorovým odporem, který mění voji velikot e kluzem, tedy v záviloti na zátěži. Pro lepší znázornění toku výkonů e upravuje rotorová čát náhradního chématu tak, že e odpor rozdělí na čáti Náhradní chéma pak vypadá náledovně R 1 = R 1 + R 1 1 5
Stroj odebírá ze ítě příkon P 1, v odporech tatoru vznikají ztráty P j1, v magnetickém obvodu pak ztráty P Fe. Po odečtení těchto ztrát od P 1 dotáváme výkon P δ, který e přenee pře vzduchovou mezeru do rotoru. Po dalším odečtení ztrát na rotorových odporech P j dotáváme celkový mechanický výkon na hřídeli P, v náhradním chématu to je výkon na proměnném odporu 1 R1 I 1. Z tohoto výkonu e ještě hradí ztráty mechanické P m, tj. ventilační ztráty a ztráty třením. Užitečný výkon P je o tyto ztráty menší. Platí tedy P P P P P P Stav naprázdno a nakrátko Stav naprázdno = 1 j1 Fe j Stavem naprázdno rozumíme případ, kdy e motor točí bez zátěže na hřídeli. Otáčky motoru jou téměř ynchronní, rotor je bržděn pouze ventilačními ztrátami a třením v ložikách. Rotorovým vinutím protéká zanedbatelný proud, Jouleovy ztráty v rotorovém vinutí jou prakticky nulové. Stroj odebírá ze ítě činný výkon na pokrytí mechanických ztrát a ztrát v železe tatoru (rotor e otáčí téměř tejně rychle jako točivé pole, ztráty v železe rotoru jou zanedbatelné) a hlavně jalový výkon na vytvoření magnetického pole. Jalová ložka proudu značně převyšuje činnou ložku, účiník je proto velmi malý, doahuje hodnoty cca 0,1. Tento tav odpovídá doti přeně tavu naprázdno tranformátoru. m Charakteritika naprázdno je závilot proudu naprázdno na napětí. Tuto charakteritiku lze měřit až od cca 30% U n, kdy e motor roztočí na plné otáčky. Charakteritika je zpočátku lineární a pak e zakřiví vlivem ycení k vyšším proudům. Jmenovitý bod je opět umítěn v oblati zakřivení charakteritiky. Ztráty v tomto tavu jou loženy ze ztrát mechanických a ztrát v železe tatoru. Ztráty mechanické jou kontantní, otáčky e nemění, ztráty v železe závií na U, toupají napětím parabolicky. Mechanické ztráty lze zjitit extrapolací průběhu ztrát do bodu U = 0. Účiník napětím kleá a pro jm.napětí doahuje hodnotu kolem 0,1. Pro další účely lze z grafu odečít hodnoty pro U n. Proud I on doahuje vyšších hodnot než u tranformátoru, protože je magnetický obvod přerušen vzduchovou mezerou, u malých trojů může doáhnout pře 50% I n. Stav nakrátko Je to tav při zabržděném rotoru, otáčky jou nulové. Tento tav dot přeně odpovídá tavu nakrátko tranformátoru. Statorové a rotorové (točivé) pole půobí proti obě a výledný tok je velmi malý, ve troji v podtatě exitují jenom rozptylové toky. Při měření proto proud toupá napětím velmi rychle a doahuje jm.hodnoty při malém napětí. Charakteritika je opět lineární. Ztráty v železe jou zanedbatelné, ztráty vznikají pouze průtokem proudu pře odpory obou vinutí Jouleovy ztráty. Účiník je při tomto měření téměř kontantní, je dán pouze poměrem odporů a rozptylových reaktancí a doahuje hodnoty cca 0,5. Ztráty nakrátko závií na I a při lineární záviloti U a I závií i na U. Při proudu I>I n e může tát, že rozptylový tok procházející zuby drážek naytí tuto čát mag.obvodu, což fyzikálně odpovídá zvětšení vzd.mezery a charakteritika e mírně zlomí k vyšším proudům. S tímto jevem je třeba počítat v případě, že chceme z charakteritiky zjitit extrapolací proud I kn, tedy proud nakrátko při U n. 6
Momentová charakteritika Kloův vztah Momentovou charakteritikou rozumíme závilot momentu na otáčkách (popř.kluzu) M = f(n), rep. M = f(). Tuto závilot lze odvodit z úplného náhradního chématu, ale použití úplného náhradního chématu ve tvaru, který byl uveden výše, by vedl ke značně komplikovaným výpočtům. Proto upravíme náhradní chéma tak, že příčnou větev přeneeme na vtupní vorky troje. Tím zajitíme kontantní velikot proudu I 0 a obvod v podélné větvi lze zjednodušit oučtem rozptylových reaktancí. Vlatní výpočet vychází ze základního vztahu M P = (moment je dán podílem výkonu procházejícího pře vzduchovou mezeru a úhlové ynchronní rychloti) a po poměrně ložitých úpravách lze zíkat tzv. Kloův vztah ve tvaru kde pro maximální moment troje platí M ω δ 3 U1 = ω X σ M max M = zv + zv X = X + X max, σ σ 1 σ 1 a zv nazýváme kluz zvratu, což je kluz odpovídající M max. Charakteritika zde mění klon z kladného na záporný (ze toupajícího na kleající). Skluz zvratu lze zjitit ze vztahu R X σ 1 zv = ± Průběh charakteritiky lze odhadnout z Kloova vztahu. Pro malé kluzy lze ve jmenovateli zanedbat první člen a pak platí M M = zv max M M = max, což je v oách M a rovnice přímky. Pro větší kluzy lze naopak zanedbat druhý člen a pak platí zv, což je rovnice hyperboly. Momentová charakteritika je dána kombinací těchto dvou křivek. Ze chématu je janý význam maximálního momentu a kluzu zvratu. V okamžiku připojení na íť, kdy má troj nulové otáčky a tedy = 1, má troj na hřídeli záběrný moment M záb. Statika pohonu Význam momentové charakteritiky vyplyne teprve v kombinaci momentem zátěže, tedy momentem troje, který motor pohání. Jetliže jou otáčky outrojí utáleny, outrojí e ani nezrychluje, ani nezpomaluje, pak jou v rovnováze hnací moment motoru a brzdicí moment zátěže mot M zát M = Jetliže znázorníme průběh momentů v oách M a (popř. n), rovnovážný utálený tav ukazuje průečík charakteritik : 7
Pokud zvýšíme moment zátěže, může natat náledující případ : Charakteritiky e protínají ve bodech A a B, podle předchozích úvah by outrojí mohlo pracovat v obou bodech, avšak jen bod A je tabilní. Pokud totiž v bodě A z nějakého důvodu outrojí urychlíme (odchylka o vpravo), bude mít zátěž větší brzdící moment, než je hnací moment motoru, a rozdíl momentů outrojí zpomalí. Jetliže e naopak outrojí zpomalí o, pak bude mít motor větší moment než zátěž a outrojí e urychlí. V bodě A tedy exituje zpětná vazba, která při fluktuaci otáček vrátí outrojí do rovnovážného tavu. Jetliže v bodě B outrojí zpomalí, zátěž bude mít větší moment než motor a rozdíl momentů outrojí zataví. Urychlíme-li v bodě B outrojí o, motor bude mít větší moment než zátěž a bude dál outrojí urychlovat, až e rychlot utálí v bodě A. Stabilní bod je tedy ten, ve kterém je charakteritika motoru protínána charakteritikou zátěže zepoda. Pracovní oblat (jmenovité otáčky a moment) je na charakteritice v přímkové čáti (v okolí bodu A). Vliv parametrů na momentovou charakteritiku Momentovou charakteritiku ovlivňuje napětí, rotorový odpor a frekvence. Pro rozbor lze použít Kloův vztah. Na napětí závií momentová charakteritika kvadraticky, při dvojnáobném zvýšení napětí na vorkách e hodnota momentu každého bodu charakteritiky zvětší čtyřikrát. 8
Při změně rotorového odporu e mění pouze kluz zvratu, maximální moment zůtává kontantní. Při změně frekvence e mění ynchronní otáčky. Pokud je napětí na vorkách kontantní, kleá při zvyšování frekvence maximální moment (zvyšuje e rozptylová reaktance a úhlová rychlot ve jmenovateli ve vztahu pro Mmax). Jetliže budeme měnit napětí úměrně frekvencí, tj.u/f = kont., bude Mmax kontantní. 9
Kruhový diagram Kruhový diagram je grafické znázornění všech prakticky i teoreticky možných poloh fázoru tatorového proudu ve fázorovém diagramu. Lze poměrně jednoduše dokázat, že množina všech koncových bodů poloh fázoru tatorového proudu tvoří kružnici v Gauově rovině. Pro každý bod této kružnice, tedy pro jakýkoli tav aynchronního troje, lze pak určit důležité provozní veličiny jako je proud, účiník, příkon, výkon a kluz. Zjednodušíme náhradní chéma ve dvou krocích tak, že přeuneme příčnou větev na vtupní vorky a v podélné větvi ečteme odpory a rozptylové reaktance, poté ještě zanedbáme příčnou větev : a) b) Pro polední chéma platí tento fázorový diagram : Předpokládáme napětí na vorkách troje kontantní a kontantní rozptylovou reaktanci. Pro jakýkoli tav troje, tj. pro jakýkoli kluz a tedy jakoukoli hodnotu R pak tvoří úbytky napětí pravoúhlý trojúhelník přeponou U, vrchol fázoru Xσ.I 1 e tedy pohybuje po kružnici k (Thaletova věta). Proud I 1 je úměrný velikoti fázoru Xσ.I 1 a je za tímto úbytkem zpožděn o 90 o. Vrchol fázoru proudu I 1 e tedy také pohybuje po kružnici m. Pokud přejdeme k prvnímu chématu, změní e proud I 1 na I 1, který e ečte proudem I 1 na proud I o. Výledkem je pounutí kružnice m ve měru proudu I o. Kružnici m, kterou opiuje fázor tatorového proudu pro jakýkoli tav troje, nazýváme kruhový (též kružnicový) diagram aynchronního troje. 10
Kontrukce kruhového diagramu a odečty hodnot Při kontrukci kruhového diagramu (KD) lze nadno zjitit body kružnice z jednoduchých měření naprázdno a nakrátko. Z těchto měření určíme proudy I on a I kn jejich fázovými pouny a po vyneení těchto fázorů v měřítku m I do Gauovy roviny (fázor napětí je ve vilé oe!) zíkáme body A o a A k. Další potup e již u jednotlivých metod liší. My použijeme jednoduchou metodu zjištění 3.bodu kružnice : bodem A o putíme kolmici k vodorovné oe a průečík B této kolmice fázorem proudu I kn budeme považovat za 3.bod kružnice. Po vykrelení kružnice je třeba na KD zjitit třetí důležitý bod označením A. Z bodu A k putíme kolmici k vodorovné oe a bodem A o vedeme rovnoběžku vodorovnou oou, průečík C je krajní bod úečky A k C. Tuto úečku rozdělíme v poměru odporů R 1 a R 1 tak, aby úek CD byl úměrný odporu R 1 a A k D odporu R 1. Odečty hodnot Z KD lze pro daný tav troje přímo odečít velikot proudu I, fázového pounu φ, mech.výkonu na hřídeli P, elektrického výkonu na vorkách P p, momentu na hřídeli M a kluzu. o Velikot proudu je vzdálenot bodu A od počátku (velikot fázoru) v měřítku proudů m I [A/cm]. o Fázový poun φ je úhel, který vírá fázor proudu I e vilou oou ( fázorem napětí). o Mech.výkon na hřídeli P odpovídá vzdálenoti bodu A od přímky mech.výkonů A o A k měřené ve měru tečny v bodě A o v měřítku výkonů m P = 3.U f..m I [W/cm]. o El.výkon na vorkách P P odpovídá kolmé vzdálenoti bodu A od vodorovné oy - přímky elektrických výkonů v měřítku výkonů. o Moment troje M odpovídá vzdálenot bodu A od přímky momentů A o A měřené ve měru tečny v bodě A o v měřítku o momentů = [Nm/cm]. Skluz odečteme na přímce kluzu - přímka rovnoběžná přímkou momentů, pomocí pojnice bodu A o bodem A. Stupnice je lineární, body hodnotami 0 a 1 zjitíme pomocí kluzů v bodě Ao ( =0, zde tečna v bodě A o ) a A k (=1). 11
Stavy troje na KD Aynchronní troj může pracovat ve 3 tavech : motor generátor brzda Nejčatěji je aynchronní troj používán jako motor. Stroj má zátěž na hřídeli, jeho otáčky jou menší než ynchronní, kluz je v rozmezí 0-1. Na KD je motorická oblat mezi bodem A o (troj bez zátěže) a bodem A k (zabrzděný troj). Pokud budeme troj mechanicky pohánět, otáčky toupnou do nadynchronní oblati (záporný kluz <0) a troj e tane generátorem začne dodávat elektrickou energii do ítě. V tomto tavu je činná ložka proudu v protifázi napětím, tomu odpovídá v KD čát kružnice pod vodorovnou oou. Aynchronní generátory e používají v malých vodních elektrárnách. Jetliže bude v motorickém tavu moment na hřídeli příliš velký a motor e zataví a začne e pak otáčet proti měru točivého pole, tane e brzdou ( >1). Brzdná oblat je tedy na KD mezi body A k a A. Ve tavu brzdy odebírá troj ze ítě proud, který je větší než I kn! Stavy troje na KD : Tečkovaně jou znázorněny rozumné oblati v jednotlivých tavech (jmenovitý chod motoru a generátoru, tav brzdy při změně točivého pole). 1
Rozběh aynchronního motoru V okamžiku připojení na íť odebírá motor ze ítě velký záběrný proud, který odpovídá proudu nakrátko I kn (troj e v okamžiku připojení na íť netočí). Velikot záběrného proudu bývá podle kontrukce troje v rozmezí cca 3 7 náobku jmenovitého proudu. Velikot záběrného proudu může být pro íť nepříjemná, proto e nažíme velikot záběrného proudu omezit. Lze kontatovat, že přímé připojení na íť bez omezení záběrného proudu je problematické od jmenovitého proudu motoru cca 3 kw. Snížení velikoti záběrného proudu lze doáhnout přepínačem Y/D nížením napětí rotorovým pouštěčem frekvenčním řízením při rozběhu zvláštními kotvami nakrátko Přepínač Y/D Rozběh e provede tak, že v počáteční fázi e připojí motor na íť v zapojení do hvězdy a po rozběhu e přepne do trojúhelníku. Moment troje je úměrný U, moment je tedy při zapojení do hvězdy třetinový proti zapojení do trojúhelníku, protože nejprve je na cívce fázové napětí a přepnutí družené. Poměr napětí je 3, poměr momentů pak 3 =3. Pro proud v zapojení do hvězdy platí =, kde Z je impedance cívky. V případě zapojení do trojúhelníku platí = 3 = 3 poměr proudů je také 3. =3 =3, Stroj e tedy rozebíhá třetinovým proudem, ale i třetinovým momentem, a po rozběhu e přepne do trojúhelníku, kde pracuje plným momentem a výkonem. Snížení napětí Snížením napětí e úměrně níží záběrný proud, avšak moment klene kvadrátem změny napětí (při polovičním napětí bude poloviční záběrný proud, ale moment klene na ¼). Snížení napětí e provádělo autotranformátorem, který e po rozběhu vyřadil z přívodu k motoru. V oučané době e používají ofttartéry. Řízení napětí je elektronické a lze natavit parametry rozběhu podle požadovaných kriterií (kontantní proud a pod.). Rotorový pouštěč Při zvýšení rotorového odporu e zvýší impedance troje a níží proud. Skluz zvratu e zvýší, momentová charakteritika e tane měkčí a zvýší e záběrný moment, což je pro rozběh příznivé. Stroj e rozebíhá největším odporem v rotoru podle charakteritiky M1 nejnižším záběrným proudem a potupně e při nataveném kluzu vyřazují odpory v rotoru. Záběrný proud e tak udrží v nataveném rozmezí. 13
Frekvenční řízení Pomocí frekvenčního měniče e potupně zvyšuje frekvence a troj e rozbíhá plynule bez většího proudového nárazu. Zvláštní kotvy Vhodným kontrukčním upořádáním kotvy nakrátko lze doáhnout tavu, že má kotva při rozběhu (při velkých kluzech) mnohem vyšší odpor než při jmenovitých otáčkách. Lze pak doáhnout podobného efektu jako u rotorového pouštěče, tj. zvýšení záběrného momentu a nížení záběrného proudu. - Dvojitá (Boucherotova) klec Stroj má dvě klece. Vrchní klec (R - blíž vzduchové mezeře) je z materiálu vyšším odporem moaz, bronz. Spodní klec B pak má hluboké drážky a má menší odpor hliník, měď. Na začátku rozběhu při vyoké rotorové frekvenci bude pro impedanci rotorové tyče rozhodující rekatance (X=.π.f.L), kterou má vyšší klec hluboko v rotorovém mag.obvodu, proud tedy poteče především vrchní odporovou klecí a rozběh proběhne tak, jakoby podní klec neexitovala. Po rozběhu při nízké rotorové frekvenci začne o rozdělení proudu v klecích rozhodovat činný odpor, reaktance začne být zanedbatelná, rozhodující vliv převezme podní klec malým odporem. Momentová charakteritika je dána oučtem charakteritiky odporové klece a klece malým odporem. - Vírová klec Vírová klec má hluboké úzké drážky. Spodní čát klece pak má vyšší rozptylovou indukčnot než vrchní čát. Při rozběhu, kdy rozhoduje reaktance, bude mít podní čát klece vyšší impedanci než vrchní čát, podní čátí téměř nepoteče proud, značně e zmenší využitý průřez tyče a tím toupne její odpor. Rozběh pak proběhne podle chématu pro odporovou klec. Po rozběhu bude pro rozdělení proudu rozhodující odpor, proud e rozdělí rovnoměrně v celém průřezu a odpor klece značně klene. Výledkem je podobná momentová charakteritika jako u dvojité klece provázená opět nížením záběrného proudu. Upořádání drážek vírové klece 14
Řízení rychloti Obecně lze kontatovat, že aynchronní motor je z principu vé funkce obtížně regulovatelný, donedávna byly regulovatelné pohonné jednotky realizovány pomocí tejnoměrných motorů. Teprve rozvoj řídicí elektroniky a elektronických pínacích prvků umožnil široké rozšíření pohonů aynchronními motory. Pro velikot otáček aynchronního motoru platí n pólových dvojic a frekvencí. ího motoru platí n = n (1 ), kde n =.. Otáčky troje lze tedy měnit kluzem, počtem Řízení kluzem Skluz lze změnit pouze pomocí dalších veličin : napětím a rotorovým odporem. V obou případech e mění tvrdot momentové charakteritiky a tím utálené otáčky v omezeném rozmezí. Při změně napětí e změní M max a tím i klon charakteritiky, při změně napětí z hodnoty U 1 na hodnotu U e otáčky motoru změní z hodnoty n 1 na hodnotu n. Při změně rotorového odporu e poune kluz zvratu a tím e změní klon charakteritiky a změní e i otáčky, na nichž e outrojí utálí. Řízení počtem pólových dvojic Řízení otáček změnou počtu pólů je tupňovité po hrubých kocích, hodí e jen pro motory kotvou nakrátko, které pak jou po kontrukční tránce ložité na tatoru je několik amotatných vinutí (rozah otáček 1:3 až 1:1) nebo e provádí změnou zapojení tatorového vinutí v principu jde o ériové nebo paralelní pojování jednotlivých čátí vinutí. Frekvenční řízení Používá e kalární a vektorové řízení. Skalární řízení počívá ve změně frekvence napětí na tatoru. Změnou frekvence e změní rychlot točivého pole a troj e utálí na nových otáčkách, v průběhu přechodových elektromechanických jevů není troj řízen. Změna frekvence může probíhat za podmínky o U/f = kont., napětí e mění úměrně frekvencí, mag.tok troje kontantní, nemění ní e max.moment troje, nebo o U = kont., e zvyšováním frekvence e nižuje mag.tok troje, max.moment frekvencí kleá. V praxi e praktikuje řízení podmínkou U/f = kont. do jmenovitého napětí, při dalším zvyšování frekvence pak zůtává napětí kontantní. 15
Vektorové řízení aynchronního motoru počívá v odděleném řízení velikoti momentu a magnetického toku troje, odděleně e tak reguluje činný a jalový výkon troje. Motor je řízen v podtatě kontinuálně i v elektromechanických přechodových tavech a tento princip vede k podtatnému zvýšení účinnoti a účiníku při změnách výkonu. Vektorové řízení je technicky náročné implementací ložitých algoritmů řešících model troje v reálném čae a bylo umožněno až nižováním cen a miniaturizací potřebné elektroniky. Jako příklad je uvedeno blokové chéma přímého řízení momentu uveřejněné na tránkách http://www.automatizace.cz/article.php?a=1138. Jednofázový troj Rotor troje je kotva nakrátko, tator troje má opět mag.obvod z plechů drážkami. Ve třetinách drážek je umítěno jednofázové vinutí, tzv.hlavní fáze HF, které po připojení ke třídavému napětí vytvoří pulující tok, který nemění voji polohu, mění pouze periodicky voji velikot. Tento tok lze rozložit na tejně velká točivá pole, která e otáčejí proti obě. Jednofázový aynchronní motor i pak lze předtavit jako trojfázové troje půobící proti obě. Výledná momentová charakteritika je oučtem charakteritik těchto trojfázových motorů. Jednofázový motor má při nulových otáčkách nulový moment, v tomto upořádání e tedy ám nerozběhne. Bylo by možné mu dát mechanický impul v kterémkoliv měru, ale v praxi e používá jiný způob. Do zbývajících drážek e navine vinutí, tzv. pomocná fáze PF, jejíž oa je ve troji pootočena o 90 o proti HF a touto fází protéká proud fázovým pounem proti HF. Fázový poun e doáhne buď zapojení kondenzátoru PF nebo zvýšením odporu PF. Ve troji pak vznikne točivé troje, které rotor roztočí. Vinutí PF e obvykle nedimenzuje na trvalý provoz a po rozběhu e odpojí např. odtředivým pínačem. 16
Tématické otázky k aynchronním trojům 1. Kontrukce aynchronních trojů - kontrukce tatoru a rotoru, mag.obvod a vinutí, rozdělení trojů podle kontrukce rotoru.. Princip činnoti - vznik momentu u závitu nakrátko umítěného v točivém poli 3. Točivé pole - obecné podmínky pro vznik, kruhové v. eliptické pole. 4. Synchronní otáčky, kluz, rotorová frekvence proudu. 5. Indukované napětí, převod. 6. Úplné náhradní chema troje, popi veličin ve chematu. 7. Vznik kruhového diagramu - přeun příčné větve na vorky, poloha fázoru tatorového proudu 8. Kontrukce kruhového diagramu, oubor potřebných hodnot. Odečet hodnot z KD. Oblati na KD. 9. Momentová charakteritika - význačné hodnoty v charakteritice (záb. a max.moment, kluz zvratu, pracovní oblat), utálený chod e zatěžujícím momentem. 10. Zjednodušený Kloův vztah, vytipování veličin ovlivňujících charakteritiku, znázornění změn na mom.charakteritice (U, R, f). 11. Rozběh AM - rozběh YD, nížené napětí, rotorový pouštěč (průběhy proudů, mom.charakteritiky), ofttartér. 1. Speciální kotvy nakrátko - vírová kotva, dvojitá (Boucherotova) klec. 13. Řízení rychloti - vztah pro otáčky, vytipování možnotí. Problematika řízení změnou počtu pólů, napětím, rotorovým odporem a frekvencí. 14. 1f AM - kontrukce, princip činnoti ( 3fAM proti obě), rozběh. 17