Elektromotor: Porovnání verzí

Přidáno 1 657 bajtů ,  před 9 měsíci
m
Doplněno + upraveno
značky: editace z mobilu editace z mobilního webu
m (Doplněno + upraveno)
[[Soubor:Silniki by Zureks.jpg|náhled|350px|Běžné třífázové asynchronní elektromotory]]
 
'''Elektromotor''' je [[elektrický stroj]], který slouží k přeměně [[elektrická energie|elektrické energie]] na mechanickou [[Práce (fyzika)|práci]]. Drtivá většina současných elektromotorů jsou indukční stroje, které využívá silové účinky [[magnetické pole|magnetického pole]]. Bylo by však možné využít i jiné jevy, např. [[piezoelektrický jev]], nebo silové účinky [[elektrostatické pole|elektrostatického pole]]. Současné elektromotory jsou většinou realizovány jako [[točivý elektrický stroj|točivé elektrické stroje]]. Méně obvyklé jsou netočivé elektromotory, např. [[lineární elektromotor]]. Elektrické stroje přeměňující [[Mechanická energie|mechanickou práci]] na elektrickou označujeme obecně jako [[Elektrický generátor|generátor]],. Střídavý generátor označujeme jako [[alternátor]], a stejnosměrný jako [[dynamo]]. Většina typů elektrických strojů může pracovat jako motor nebo jako generátor, rozhoduje konstrukce stroje. TytoNěkteré strojez mohoutěchto istrojů mohou samočinně přecházet z motorického do generátorického režimu a naopak z generátorického chodu do motorického. Díky těmto vlastnostem umožňují [[Elektrický pohon|elektrické pohony]] brzdit pomocí [[rekuperace]] tj. vracení elektrické energie do [[Přenosová soustava|elektrické sítě]] nebo do [[akumulátor]]ů. Jako generátory velkých výkonů jsou používány synchronní točivé elektrické stroje – synchronní [[alternátor]]y, na malých vodních elektrárnách jsou používány asynchronní generátory, jako motory jsou nejběžněji používány indukční točivé elektrické stroje – [[asynchronní motor]]y.
 
== Princip elektromotoru ==
Zjednodušeně si lze představit, že se využívá vzájemné přitahování a odpuzování dvou elektromagnetů, nebo elektromagnetu a permanentního magnetu. Sílu a polaritu elektromagnetu můžeme řídit velikostí protékajícího elektrického proudu.
 
Současně, působenímPůsobením elektromagnetické síly na vodič se vodič uvádí do pohybu,. Tím SOUČASNĚ pohybující se vodič protíná magnetické siločáry. Pohybem vodiče v magnetickém poli jea ve vodiči indukováno elektrické napětí ('''U'''='''B'''.l.'''v''' – jednotky V; T, m, m.s<sup>−1</sup>). Podobně toje platíve ivodidči proindukováno vodičnapětí ve vodiči, který leží v časově proměnném magnetickém poli, nebo se pohybuje v časově proměnném magnetickém poli. Tento jev se projevuje v brzdovém, motorickém i generátorickém chodu stroje.
 
 
 
 
Elektrický stroj má tři režimy provozu:
* '''motorický režim''' – el. stroj odebírá elektrickou energii z elektrického zdroje (el. síť, baterie, generátor) a přeměňuje ji na mechanickou energii na hřídeli. Označuje se jako práce v prvním nebo třetím kvadrantu.
* '''generátorický režim''' – el. stroj odebírá na hřídeli mechanickou energii z připojeného mechanického zdroje energie (kinetická, polohová energie, spalovací motor, parní turbína, parní stroj, klika, vrtule větrné elektrárny, …). Mechanická energie je přeměněna na elektrickou energii, která je dodávána do elektrické sítě, do akumulátorové baterie, nebo do připojené elektrické zátěže. Označuje se jako práce v druhém kvadrantu.
* '''režim brzdy''' – el. stroj odebírá elektrický výkon z el. zdroje. Odebraný el. výkon působí proti mechanické výkonu na hřídeli, tj. působí proti mechanickému pohybu. Elektrická i mechanická energie je v elektrickém stroji přeměňována na teplo. Teplo se vyvíjí především v kotvě el. stroje, která se značně ohřívá. Proto brzdný režim smí být využíván jen krátkodobě. Označuje se jako práce ve čtvrtém kvadrantu.
Některé stroje, jako je asynchronní stroj, může pracovat v režimu elektrodynamická brzda. Stroje nejsou určeny k dlouhodobému provozu v tomto režimu. Elektrodynamická brzda je používána k elektrickému zpomalení, před zastavením stroje – zkrácení doběhu.
* '''elektrodynamická brzda''' – jedná se v podstatě o obrácený motorický režim. Stator je napájen stejnosměrným napětím snížené velikosti a vytváří spřažený magnetický tok stroje, ve kterém se otáčí rotor. Ve vodičích rotoru se indukuje napětí. Vyvolaný proud se uzavírá zkratovanými vodiči rotoru (v kleci). Elektrická energie se mění na teplo v rotoru. Moment výrazně klesá s otáčkami. Elektrodynamická brzda odebírá z vnějšího zdroje poměrně malý výkon.
=== Komutátorový stroj s permanentními magnety s dvoupólovou kotvou ===
==== Nejjednodušší komutátorový stroj ====
Nejjednodušší motor na [[stejnosměrný proud]] má stator tvořený permanentním magnetem a rotující kotvu ve formě elektromagnetu s dvěma póly. Rotační přepínač, zvaný [[komutátor (elektrický)|komutátor]], mění směr elektrického proudu a polaritu magnetického pole procházejícího kotvou dvakrát během každé otáčky. Tím zajistí, že síla působící na póly rotoru má stále stejný směr. V okamžiku přepnutí polarity (mrtvý úhel motoru) udržuje běh tohoto motoru ve správném směru [[setrvačnost]]. (Principiálně se tento motor trochu podobá střídavému synchronnímu motoru, kde rotační přepínání směru proudu a jím vytvářeného magnetického pole zajišťuje sama elektrorozvodná síť.) Dvoupólová kotva je používána jen pro výukové účely. V době komutace uhlíků na lamelách komutátoru dochází ke zkratování lamel. Pro motor dojde kezkratování zdroje a pro dynamo ke zkratování kotvy a poklesu výstupního napětí k nule. Prakticky jsou malé levné motorky pro hračky vyráběny se třemi póly a třemi lamelami komutátoru.
 
Komutátor zajistí, že se v cívce změní směr proudu + a − (− a +) po každém pootočení o 180° (u dvoupólového motoru). Takto dochází ke změně směru indukčních [[Siločáry|siločar]] v cívce.
[[Soubor:3phase-rmf-320x240-180fc.gif|náhled|320px|3 fázový synchronní elektromotor v pohybu, vektory ukazují výsledné magnetické pole vytvořené statorem.]]
<!-- {{Podrobně|Synchronní stroj}} -->
Rotor stroje je tvořen magnetem nebo elektromagnetem, stator, na nějž je přiveden střídavý proud, vytváří pulzní nebo častěji rotující magnetické pole. Rotor se snaží uchovat si svoji konstantní polohu vůči otáčivému magnetickému poli vytvářenému průchodem střídavého proudu ve statoru, drží se v [[synchronismus|synchronismu]] až do kritického kroutícího momentu. Vůči poli statoru si udržuje [[skluz]]posuv o úhel podle zátěže (zátěžový úhel beta): Změnou zátěže se úhel změní přechodovým jevem, [[kývání rotoru]], kdy se i cyklicky po určitou dobu (řádově sekundy) pravidelně mění otáčky rotoru. Výkonová zátěžová charakteristika se nazývá [[V-křivka]].
 
Synchronní alternátory jsou téměř výhradní [[generátor střídavého proudu|generátory střídavého proudu]] do sítě.
 
Synchronní motory mají řadu nevýhod – je třeba je roztočit na pracovní otáčky jiným strojem nebo pomocným asynchronním rozběhovým vinutím (především rozběh jako [[transfigurace (elektřina)|hvězda]], samotný chod pak zapojen do [[transfigurace (elektřina)|trojúhelníku]]),. pokudPokud pod zátěží ztratí synchronizaci s rotujícím polem (překročí se limitní hodnota zátěžového úhlu beta), tak u synchronního motoru skokově klesne jejichjeho výkon a zastaví se. Generátor vypadne ze sychronizmu a zvýší se jeho otáčky.
Proto jsou využívány jen ve speciálních případech (např. pohon [[gramofon]]u, kdy jsou nevýhody vyváženy požadavkem na pravidelnost otáček o celočíselném násobku frekvence elektrické sítě (za předpokladu, že frekvence napájecí sítě je skutečně konstantní). V současné době se ovšem uplatňují i v pohonu dopravních prostředků.<ref>{{Citace elektronického periodika
| příjmení = Novák
| url = http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=26832
| issn = 1210-0889
}}</ref> Synchronní stroje bývají provedeny jako asynchronizovaný synchronní stroj, který má na pólech rotoru části klece. Klec může být v některých případech využívána pro rozběh. Motor se robíhá jako asynchronní a až po dosažení otáček blízkých synchronním je pomalu nabuzeno budící vinutí a stroj vklouzne do synchronizmu. Klec při synchronním chodu je nečinná a uplatní se na tlumení mechanických kmitů rotoru.
}}</ref>
 
Ze synchronního motoru se vyvinul [[krokový motor]] a [[#střídavý servomotor|střídavý servomotor]].
==== Asynchronní motor ====
{{Podrobně|Asynchronní motor}}
Asynchronní motor má proti synchronnímu jen jinou konstrukci rotoru. Rotor se obvykle skládá ze sady vodivých tyčí, uspořádaných do tvaru válcové klece. Tyče jsou na koncích vodivě spojeny a rotor se pak nazývá „kotva nakrátko“. Tím, že se tyče rotoru (nebo vodiče vinutí rotoru) pohybují v magnetickém poli vytvářeném statorem, se v rotoru indukuje elektrický proud. Proto se asynchronní motor také někdy nazývá „indukční motor“. Frekvence magnetického pole statoru v souřadnicích rotoru je úměrná skluzu, tj. odchylce otáček rotoru od tzv. synchronních otáček magnetického pole statoru. ProudSpřažené tyčímagnetické rotorupole statoru indukuje v magnetickém polityčích statorurotoru napětí. Tyčemi nebo vinutím rotoru protékají indukované proudy, jejichž spřažené magnetické toky vyvolávávolávaji sílu, která otáčí rotorem. Podle principu superpozice stačí pro hrubé odvození momentu uvažovat proudy rotoru a magnetické pole generované proudy statoru, protože samotné magnetické pole rotoru nemůže vyvolat v rotoru točivý moment. Když je rychlost otáčení rotoru rovná rychlosti otáčení magnetického pole statoru, je magnetické pole statoru v souřadnicích rotoru stacionární (tyče rotoru se vůči magnetickému poli statoru nepohybují = skluz je nulový), takže nedochází k indukciindukování napětí v rotoru a točivý moment motoru je nulový. Z toho plyne, že když jeasynchronní motor alespoň minimálně zatížen, v ustáleném stavu nedosáhne ideálníchrotor mechanických synchronních otáček, tj. magnetického pole statoru, daných frekvencí napájecího proudu,. vznikáSkluz tzv.motoru skluzje (při jmenovitém zatížení je obvykle v řádu několika procent synchronnísynchronních frekvence)otáček. VAsynchronní běžnémstroj provoznímmůže stavutrvale motordosáhnout synchronních otáček jen v případě trvalé dodávky mechanické energie na hřídel stroje z vnějšího stroje. Dodaná energie pokryje mechanické, elektrické a ventilační ztráty stroje. Asynchronní stroj nedosahuje „synchronních“trvale synchronních otáček – proto se nazývá asynchronní motor.
 
Vzhledem k jednoduché konstrukci, robustnosti a možnosti bezjiskrového provedení je tento druh motoru v praxi nejběžnější, je využíván v mnoha oblastech průmyslu, dopravy i v domácnostech. Výkon asynchronních motorů se pohybuje od několika wattů až do mnoha set kilowattů. Díky poklesu ceny výkonových polovodičů a řídicích systémů nahrazuje postupně tento druh motoru sériový elektromotor, užívaný zejména v pohonech určených pro elektrickou trakci (kolejová vozidla a trolejbusy).
Motor se stíněným pólem je druh jednofázového asynchronního motoru (ASM). Vyráběny jsou jen pro malé výkony. Motor je oblíben především pro svou jednoduchost a spolehlivost. Většinou se jedná o dvoupólový stroj.
 
Konstrukce se vyznačuje tím, že na statoru je jedna cívka navinutá izolovaným vodičem, napájená střídavým napětím síťového kmitočtu. Cívka bývá obvykle rozdělena na dvě polovinystejné části. Pólové nástavce statoru obepínají rotor asi ze 70 %. Z tlustého neizolovaného vodiče je asi na 1/4 pólových nástavců statoru zhotoven jeden nebo dva závity nakrátko. Rotor (kotva) odpovídá běžnému rotoru běžných ASM. Motor se stíněným pólem je využíván především pro pohon malých ventilátorů. Otáčky jsou dány kmitočtem sítě a velikostí zatěžovacího momentu.
Princip činnosti: Vinutí statoru vyvolává ve vzduchové mezeře pod pólovým nástavcem spřažený magnetický tok, který po celé ploše pólového nástavce nemá stejný časový průběh. Při nárůstu velikosti toku je opožděn nárust toku pod částí pólových nástavců se závitem nakrátko. Obdobně při poklesu toku, je pod částí se závitem nakrátko opožděn pokles toku. Tím je vytvořeno "pomocné vinutí", jako u běžného jednofázového ASM. Ve vzduchové mezeře vzniká magnetický tok, jehož amplituda se posouvá po obvodu rotoru. Ve výsledku vzniká ve statoru eliptické magnetické pole, které se může blížit kruhovému poli.
 
==== Lineární elektromotor ====
{{Podrobně|Lineární elektromotor}}
Lineární elektromotor je mnohapólový motor, jehož stator irotor je rozvinut do přímky. Využívá se například v dopravě pro pohon [[vlak]]ů na magnetickém polštáři ([[Maglev]]).
Používal se pro pohon čtecích hlav starších (převážně sálových) HDD jednotek.
V poslední době se lineární motor hojně využívá i pro rozhoupávání zvonů.
279

editací