Asynchronní motor: Porovnání verzí
Smazaný obsah Přidaný obsah
rvv na verzi Addbot |
|||
Řádek 5:
Výhodou asynchronního motoru je vysoká spolehlivost, jednoduchá konstrukce a napájení z běžné střídavé sítě. Napájecí napětí může být jednofázové nebo trojfázové. Trojfázové je výrazně používanější. Asynchronní motor vynalezl [[Nikola Tesla]].
== Trojfázový asynchronní motor ==
=== Konstrukce ===
[[Soubor:Svorkovnice asynchronniho motoru do hvezdy a do trojuhelnika.svg|thumb|250px|Svorkovnice asynchronního motoru zapojená do hvězdy a do trojúhelníka]]
[[Soubor:Squirrel cage.jpg|thumb|250px|Klecový rotor asynchronního motoru]]
Každý trojfázový asynchronní motor je složen ze dvou hlavních částí.
* '''Stator''' (pevná část) - je u většiny typů prakticky stejný. Je složen z nosné kostry motoru, svazku statorových plechů a statorového vinutí.
* '''Rotor''' (pohyblivá část) - [[hřídel]] s nalisovanými rotorovými (elektrotechnickými) plechy s drážkami, do kterých se vkládají měděné tyče, které jsou na obou stranách spojeny mosaznými kruhy. Takto upravený rotor se nazývá ''kotva nakrátko'' nebo ''kotva klecová''.
** '''Kotva nakrátko''' - v drážkách rotoru jsou nalisovány neizolované [[měď|měděné]], [[mosaz|mosazné]] nebo [[hliník|hliníkové]] tyče, které jsou na obou koncích spojeny zkratovacími kroužky. Tyče spolu s kroužky mají podobu klece (''klecový rotor'').
** '''Kroužková kotva''' - na hřídeli jsou kromě svazku rotorových plechů i sběrné kroužky. V drážkách plechů je uloženo trojfázové vinutí rotoru z izolovaných vodičů, které je zapojeno většinou [[Zapojení do hvězdy|do hvězdy]], zřídka [[Zapojení do trojúhelníka|do trojúhelníka]]. Na tři sběrací kroužky je připojeno vinutí rotoru, ke kterým lze připojit činné [[Rezistor|odpory]] sloužící k rozběhu motoru.
=== Princip činnosti ===
[[Soubor:Asynchronmotor animation.gif|thumb|Točivé pole tvořené statorem má větší rychlost než otáčky rotoru]]
Základem činnosti asynchronního motoru je vytvoření [[točivé magnetické pole|točivého magnetického pole]], které vznikne průchodem střídavého trojfázového [[střídavý proud|proudu]] vinutím statoru. Toto magnetické pole indukuje v rotoru [[elektrické napětí|napětí]] a vzniklý proud vyvolává [[síla|sílu]] otáčející rotorem.
Otáčky točivého pole jsou dány kmitočtem napájecího napětí odebíraného ze sítě a počtem pólů trojfázového motoru.
: <math>n_s=\frac{60 \cdot\ f}{p}\quad[min^{-1}],</math>
kde <math>f</math> je [[frekvence|kmitočet]] proudu a <math>p</math> je počet pólových dvojic statoru.
Při běžné pasivní zátěži se rotor nemůže otáčet stejnými (tj. synchronními) otáčkami jako magnetické pole statoru, pro generování momentu je potřeba, aby měl rotor jiné otáčky než stator. Při synchronních otáčkách by se rotor a magnetické pole vůči sobě nepohybovaly a tím by se v rotoru neindukovalo napětí a nevznikala by točivá síla.
Míra rozdílu otáček pole a rotoru je nazývána ''[[Skluz (indukční motor)|skluz]]'', udávána v procentech a definována jako:
: <math>s=\frac{n_s-n}{n_s}\cdot 100\quad[%],</math>
kde <math>n_s</math> jsou otáčky magnetického pole statoru, <math>n</math> jsou otáčky rotoru.
Podle hodnoty skluzu lze snadno rozdělit oblasti práce asynchronního stroje:
* <math>s\in (-\infty ,0)</math> – [[Elektrický generátor|generátor]]
* <math>s\in (0,1)</math> – [[elektromotor|motor]]
* <math>s\in (1,\infty)</math> – [[brzda]]
=== Moment asynchronního motoru ===
Moment běžného asynchronního motoru s kotvou nakrátko je v ustáleném stavu dán tzv. Klossovým vztahem. Ustálený stav nastává po odeznění přechodových dějů způsobených rychlými změnami zátěže nebo napájení stroje.
: <math>M=\frac{2M_{max}}{\frac{s}{s_z} + \frac{s_z}{s}}</math>
kde <math>M_{max}</math> je maximální moment stroje (neplést se jmenovitým) a <math>s_z</math> je skluz zvratu, tj. skluz při maximálním momentu
V běžných provozních stavech, kdy je skluz malý (několik procent) lze Klossův vztah linearizovat zanedbáním nevýznamných členů:
: <math>M=\frac{2M_{max}}{s_z}s</math>
Maximální moment stroje je úměrný druhé mocnině napájecího napětí.
=== Spouštění ===
[[Soubor:Rotor s dvojitou kleci.svg|thumb|250px|Druhy kotev s dvojitou klecí]]
Při spouštěni asynchronního motoru je záběrový proud až 7 krát vyšší než hodnota nominálního proudu. Tím vznikají v síti velké proudové rázy při poměrně malém záběrovém [[Moment síly|momentu]].
Proto je přímé spouštění povoleno pouze pro motory s [[výkon]]em přibližně do 3 kW.
'''Motor s kotvou nakrátko'''
Zmenšení velkého rozběhového proudu lze u těchto typů motoru docílit pouze snížením rozběhového napětí.
Nejčastěji používané metody jsou:
* '''Statorový spouštěč''' - Do [[Sériové zapojení|série]] s vinutím se zapojí omezovací odpory, které se během spouštění postupně vyřazují. Pro omezení tepelných ztrát v odporech se do obvodu zařazují předřadné [[cívka|cívky]], které ovšem zhoršují [[účiník]] v síti. Tento způsob je vhodný pro jemný záběr motoru, který je při rozběhu málo zatížen.
* '''Rozběhové transformátory''' - Do spouštěcího obvodu připojené [[transformátor]]y snižují rozběhové napětí a tím i rozběhový proud. Z ekonomických důvodů se nejčastěji používají [[autotransformátor]]y. Při spouštění lze autotransformátor i přetížit, neboť ihned po rozběhnutí motoru je odpojen ze sítě. Tento způsob rozběhu se používá hlavně pro motory velkých výkonů.
* '''Přepínač hvězda - trojúhelník''' - Statorové svorky motoru jsou běžně spojeny [[Zapojení do trojúhelníka|do trojúhelníku]], pokud při rozběhu přepneme svorky [[zapojení do hvězdy|do hvězdy]], napětí na vinutí se zmenší <math>\sqrt{3}</math> krát, tím klesne odebíraný proud a výkon na třetinu. Metoda se může používat jen při malém zatížení motoru.
* '''Polovodičový regulátor napětí''' - Jde o moderní postup, při kterém lze dosáhnout plynulý rozběh motoru, zlepšení účiníku a ještě šetřit elektrickou energií.
* '''Speciální úprava klece'''
** ''Kotvy s dvojitou klecí'' - jedna klec je nazývána rozběhová a druhá, umístěna blíže ke středu, je nazývána běhová.
** ''Odporová klec'' - klec vyrobená z materiálu s větším měrným [[elektrický odpor|odporem]].
** ''Vírová kotva'' - speciální tvary drážek a tyčí vinutí jsou umístěny po celém obvodu rotoru, každý z těchto vodičů má stejný odpor, ale různé rozptylové indukčnosti.
'''Motor s kroužkovou kotvou'''
Přes kartáče je ke sběracím kroužkům rotoru připojen rotorový spouštěč, sestaven ze tří stejně velkých [[rezistor|odporů]], které jsou postupně vyřazovány. Na konci rozběhu je vinutí spojeno nakrátko. Výhoda je, že motory mohou být při rozběhu zatížené.
=== Regulace otáček ===
Otáčky rotoru:
:<math>n=n_1(1-s)=\frac{f_1}{p}(1-s)</math>,
jsou tedy dány skluzem <math>s</math>, [[frekvence|kmitočtem]] napájecího napětí <math>f_1</math>, a počet pólpárů <math>p</math>. Regulovat otáčky tedy můžeme změnou kterékoliv z těchto veličin.
* '''Regulace změnou skluzu''' – změníme-li výkon, který se spotřebovává v rotoru, změní se i skluz. Lze použít pouze pro motor s kroužkovou kotvou.
** ''Pomocí regulačního odporu'' – zařazením odporu do obvodu rotoru se část skluzového výkonu přemění na teplo. Je to nehospodárný způsob změny skluzu.
** ''Podsynchronní kaskádou'' – část skluzového výkonu se vrací zpět do sítě, jde tedy o hospodárnější způsob snížení skluzu. Kmitočet rotorových proudů je odlišný od kmitočtu sítě, před navrácením výkonu do sítě se tedy musí použít [[měnič kmitočtu]].
* '''Regulace změnou kmitočtu''' – používá se u motorů s kotvou nakrátko. Připojením měniče kmitočtu můžeme řídit napětí a tím i vytvářené magnetické pole statoru.
** ''Skalární řízení'' – lze nastavovat velikost magnetického toku. Používá se u motorů s malými nároky na dynamické vlastnosti (čerpadla,ventilátory)
** ''Vektorové řízení'' – kromě velikosti magnetického toku lze nastavovat i jeho směr a tím můžeme docílit plynulou změnu otáček při jakémkoliv režimu práce a zatížení. Jde o nejdokonalejší způsob řízení otáček a lze jím docílit i otáček nadsynchronních.
* '''Regulace změnou počtu pólů''' – lze dosáhnout pouze skokové změny otáček, protože počet pólových dvojic musí být celé číslo.
* '''Regulace změnou napětí''' - je založena na změně tvaru momentové charakteristiky se změnou napětí s následným posunutím pracovního bodu.
=== Brzdění ===
Při prostém odpojení ze sítě je v motoru (a případně v dalších zařízeních poháněných motorem (například vlak)) akumulována velká [[kinetická energie]], která působí dlouhý doběh motoru. Brzdný moment, potřebný k rychlejšímu zastavení motoru, lze vytvořit jak mechanicky, tak i elektronicky.
* '''Brzdění protiproudem''' – změněním smyslu otáčení magnetického pole statoru se vytváří brzdný moment, působící proti směru otáčení rotoru. Po dosažení nulových otáček je nutno motor odpojit, aby se nezačal otáčet opačným směrem. Veškerá kinetická energie se mění na teplo, tento způsob je tedy značně nehospodárný. Tento způsob připadá v úvahu pouze pro velmi malé výkony, skokovým přepnutím smyslu otáčení motoru totiž vznikne skluz o velikosti dvojnásobku nominální frekvence motoru a tím dojde k obrovskému přetížení motoru a nárůstu proudu. Tento způsob není moc vhodný, protože veškeré teplo vytvořené brzděním zůstává v motoru, který se tím ohřívá.
* '''Brzdění generátorické''' – (viz [[Elektrodynamická brzda]]) nastává při práci motoru jako generátoru, tedy když <math>n>n_1</math> lze jej použít pro zastavení motoru, pouze pokud je možné měnit frekvenci otáčení magnetického pole [[Měnič kmitočtu|frekvenčním měničem]]. Pokud je možné vracet vyrobenou energii zpátky do sítě, jedná se o nejhospodárnější způsob brzdění asynchronního motoru (tzv. [[Rekuperace]]). Tento způsob používají například moderní lokomotivy, tramvaje a trolejbusy. Pokud [[Měnič kmitočtu|frekvenční měnič]] nevrací vyrobenou elektřinu zpátky do sítě, musí se tato někde spálit, nejčastěji v odporníku. Tento druhý způsob používají starší lokomotivy, tramvaje a trolejbusy. U obou těchto způsobů je výhodné, že se vyrobená energie odvede mimo motor, který se díky tomu zbytečně nepřehřívá. Pomocí tohoto způsobu lze zastavit motor až do nulových otáček, udržovat konstantní brzdící moment a podobně.
* '''Dynamické brzdění''' – (Stejnosměrná brzda) statorové vinutí se odpojí od sítě a připojí se na zdroj [[stejnosměrné napětí|stejnosměrného napětí]]. Magnetické pole statoru je tedy nepohyblivé a pohybující se rotor sám vytváří brzdný moment. Velikost brzdného momentu je možno regulovat velikostí stejnosměrného proudu pouze v omezeném rozsahu. Tento způsob není moc účinný při vyšších otáčkách. A při otáčkách blízkých nule se musí motor dobrzdit mechanicky. (pro běžný čtyřpólový asynchronní motor je SS brzda nejúčinnější asi od 10Hz do 1Hz) Tento způsob brzdění není moc výhodný, protože veškeré teplo vytvořené brzděním zůstává v motoru, který se tím ohřívá.
== Jednofázový asynchronní motor ==
| |||