ASINKRONI TROFAZNI MOTORI

ASINKRONI TROFAZNI MOTORI

- najjednostavniji, najjeftiniji i najsigurniji za većinu praktičnih potreba.- stator se u načelu ne razlikuje od statora sinkronog motora (namot je smješten u utore, nema istaknutih polova)- velika razlika je u konstrukciji rotora. Obzirom na to asinkrone motore možemo podijeliti na:

1. Kavezni motori ili motori s kaveznim rotorom - imaju rotor nalik kavezu. - namot tih rotora sastoji se od štapova koji su s obje strane međusobno kratko spojeni

2. Kolutni motori ili motori s kliznim kolutom - na rotoru imaju tri klizna koluta koja su spojena u seriju - preko tih kliznih koluta može se u strujni krug rotora uključiti otpornik koji služi za pokretanje ili regulaciju brzine

Kavezni asinkroni rotor

Kavezni rotor trofaznog asinkronog motora

Klizno – kolutni rotor

Stator asinkronog motora

Smještaj namota u utore po obodu statora

Spoj u zvijezdu – shematski spoj namota na statoru

Kako djeluje asinkroni motor?

Čim motor uklopimo statorom će poteći struja koja će proizvesti rotaciono polje. Brzina vrtnje ovisi samo o frekvenciji (npr. frekvencija od 50 Hz uzrokuje vrtnju rotacijskog polja 50 puta u sekundi ). Dok se rotor još nije zaletio rotacijsko polje će sjeći njegove vodiče velikom brzinom. U vodičima rotora se zbog toga induciraju jake struje, koje izazivaju stvaranje također jakih struja u statoru. Takav motor u času pokretanja proizvodi na mreži na koju je priključen veliki momentalni pad napona. Kad se motor jednom zaleti njegova se struja sama regulira prema trenutnomopterećenju. Svakom opterećenju odgovara određena struja. Tu struju proizvodi inducirana elektromotorna sila u rotoru. Stoga brzina rotora mora biti onoliko manja odbrzine rotacijskog polja, da to polje siječe vodiče rotora onom brzinom koja je potrebna za stvaranje baš te elektromotorne sile. U pogonu asinkroni motor se sam regulira, alipri pokretanju smiju se samo mali motori priključiti direktno na mrežu dok veći imaju posebni uređaj za pokretanje ili im je rotor građen na naročit način.

POKRETANJE I REGULIRANJE BRZINE ASINKRONIH MOTORA

1. Smanjenje napona narinutog statoru za vrijeme pokretanja pomoću sklopke zvijezda – trokut2. Uključivanjem dovoljno velikog otpora u strujni krug rotora.

Opća svojstva elektromotornog pogona

Tri su osnovne prednosti korištenja elektromotora :

1. Vrlo visoka ekonomičnost (korisnost )

2. Neposredna spremnost za pogon uz puno opterećenje i

3. izvanredna prilagodljivost radnom mehanizmu, tehnološkom procesu i općim uvjetima okoliša

%98

Konstrukcijske su mogućnosti široke:

• Elektromotori se mogu proizvoditi za široku skalu brzine vrtnje,

• Za konstantan i jednoličan moment,• Za kratkotrajne, a i trajnije visoke

preopteretivosti,• Za razne specijalne režime rada• Za razne uvijete onečišćenja atmosfere (puno

vlage, agresivnih i eksplozivnih plinova i prašine)

Translacijsko gibanje:

SILA F N = kg m / s2

MASA m kg

AKCELERACIJA a m / s2

BRZINA v m / s

PUT s m

relacije:

2

2

dt

sd

dt

dva

dt

dsv

dt

dvmamF

Mehanički rad : dsFW

dEvm

W

dvvmdW

dvvmdsdt

dvmdsamdsFdW

2

2

Mehanički rad = promjena energija

Snaga: vFdt

dsF

dt

dWP

Rotacijsko gibanje:

MOMENT VRTNJE

M Nm = kg m2 / s2

MOMENT TROMOSTI

J kg m2

KUTNA AKCELERACIJA

ε radijan / s2

KUTNA BRZINA

ω radijan / s

KUT ZAKRETA

α radijan

relacije:

2

2

dt

d

dt

d

dt

ddt

dJJM

Mehanički rad : dMW

dEJ

W

dJdW

dJddt

dJdMdW

2

2

M

dt

dM

dt

dWP

Mehanički rad = promjena energija

Snaga:

Moment tromosti ( J ) se često zamjenjuje zamašnim momentom ( mD2) pri

čemu vrijedi:2

4

1mDJ

60

22

2 nf

T

Osnovni dijelovi EMP-a i koji momenti djeluju u EMP-u

i njihova međusobna ovisnost? Osnovni dijelovi EMP-a su:

1. radni mehanizam - stroj koji obavlja radni proces 2. elektromotor - daje mehaničku energiju radnom mehanizmu3. spojni elementi - spajaju radni mehanizam i elektromotor (spojke, remenice, zupčanici)4. priključni i upravljački elementi - pomoću njih se EMP priključuje na izvor el. energije

Momenti koji djeluju u EMP-u su:• moment motora Mm • moment tereta Mt• moment ubrzanja (usporenja) Mu

pogonski motor radni mehanizamM

Mt

nteret

Prijenos gibanja

Električna mreža

M = 0 Mu = Mm - Mt

n M

Mt

mreža

Električna energija

Mehanička energija

Osnovni pojmovi EMP

1. Elektromotor u stacionarnom ili dinamičkom stanju

2. Radni stroj (RS) ili radni mehanizam (RM)

Elektromotor predaje mehaničku energiju RS

M – moment motora; n – broj okretaja rotora motora; Mt – moment tereta

Okretnom momentu pogonskog elektromotora M suprotstavlja se moment tereta Mt

mreža

Električna energija

EM RS

U prijelaznom stanju postoji i moment Mu koji ubrzava ili usporava zamašne mase.

Mu=M – Mt odnosno M = Mu + Mt

Jt

JMMM tu

J – moment tromosti (inercije) svih gibljivih djelova reduciran na osovinu motora; = 2n – kutna brzina; n – brzina vrtnje; - kutno ubrzanje osovine motora

1. Za stacionarno stanje EMP vrijedi:

= konstant.

n = konstant.

/ t = 0

n / t = 0

M = Mt

Mu = 0

0

J

tJMMM tu

0

J

tJMMM tu

2. Za dinamičko (prijelazno) stanje EMP vrijedi:

M ≠ Mt

Mu = M – Mt

≠ konst.

n ≠ konst

/ t = f(Mu) ≠ 0

n / t = f (Mu) ≠ 0 Stacionarna i dinamička stanja EMP u mehaničkom smislu međusobno se izmjenjuju, jer je nemoguće dovesti EMP u bilo koje stacionarno stanje ili ga izvesti iz njega a da ne prođe kroz dinamičko stanje.

pogonski motor radni mehanizamM

Mt

nteret

Prijenos gibanja

Pogonska stanja EMP(temeljna zakonitost pogona)

III- motorski rad lijevi smjer

IV- generatorski rad lijevi smjer

Radna stanja – kvadranti

I – motorski rad desni smjer

II- generatorski rad desni smjer

-m +m

+ω

-ω

III – MOTORSKIel. stroj kao motor

opterećenje prima energiju

IV – GENERATORSKIel. stroj kao generator

opterećenju daje energiju

II – GENERATORSKIel. stroj kao generator

opterećenju daje energiju

I – MOTORSKIel. stroj kao motor

opterećenje prima energiju

Motorsko pogonsko stanje

- Brzina vrtnje raste, moment motora M veći je od momenta tereta Mt te moment Mu ubrzava pogon,

-Brzina vrtnje se ne mjenja, moment motora M jednak je momentu tereta Mt, pogon je u stacionarnom radnom stanju Mu = 0

-Brzina vrtnje opada, moment motora M manji je od momenta tereta Mt te moment Mu koči pogon.

Generatorsko pogonsko stanje

- Brzina vrtnje raste, generatorski moment stroja M manji je od momenta tereta Mt te moment Mu koči pogon, ali nedovoljno,

-Brzina vrtnje se ne mjenja, moment motora M jednak je momentu tereta Mt, te je Mu = 0, pogon je u stacionarnom kočnom stanju

-Brzina vrtnje opada, moment motora M veći je od momenta tereta Mt te moment Mu djelotvorno koči pogon.

ZAKLJUČAK

Motorsko pogonsko stanje (3 slučaja):1. brzina vrtnje raste (n) raste Mm>Mt Mm=Mt+Mu Mu=Mm-Mt>0-Moment motora nadvladava moment tereta-Moment ubrzanja Mu ubrzava pogon2. n-konstantan Mm=Mt Mu=0-motorski moment Mm jednak je momentu tereta Mt, pogon je u stacioniranom stanju (Mu=0)3. n-opadaMm<Mt pa je Mu<0-što znači da moment ubrzanja usporava teret ili ga koči, moment tereta nadvladava moment motoraGeneratorsko pogonsko stanje1. n raste Mt>Mm (moment tereta nadvladava moment motora) i Mu koči ali nedovoljno uspješno2. n-konst Mt=Mm Mu=0-moment tereta i moment motora su jednakog iznosa. pogon je u stacioniranom pogonskom stanju3. n padaMt<Mm i Mu uspješno koči

1. Asinkroni indukcijski elektromotor proizvodnje “Rade Končar” Zagreb, tipa ZPZ 465 – 4 napon 380/220 V, 50 Hz ima sljedeće pogonske karakteristike: P = 63 kW, I = 112 A, n = 1465 o/min, cos φ = 0.93, Mm/Mn = 3.2, mD2 = 10 kgm2, η = 0.93, m = 790 kg.

Traži se: a) normalni moment Mn

Nmn

PPMMP nn 417.417

2

60

Nr

MFrFM 34.3339

125.0

417.417

b) obodna sila Fmax na remenici D = 250 mm

c) maksimalni moment

NmMM nm 73.13352.3

d) kinetička energija rotora pri normalnom opterećenju

JnDm

nDm

JEk 2942

60

2

8260

241

2

22

22

2

e) Pel

WIUPel 96.68555cos3

f) Pq

var095.27 ktgPP elq

g) Pg

kVAPPP qelg 716.7322

h) gubici Pq električne snage u normalnom opterećenju

2556.464556.68 0

ggelg

PPkWPPP

i) Pel’ kod mehaničkog opterećenja P’ = 9.5 kW

kW

PP

PPPP

g

gelel 116.12

278.264

5.9278.2556.68'

0

0'

j) η’ u slučaju i)

784.0116.12

5.9''

elP

P

2. Neki trofazni asinkroni indukcijski elektromotor ima sljedeće pogonske karakteristike: Pm = 7.5 kW, U = 380 V, f = 50 Hz, I = 15.2 A, n = 1440 o/min, cos φ = 0.86, Mp = 2.6 Mn, mD2 = 0.148 kgm2.

Traže se: a) nazivna električna snaga

kWIUPel 603.886.02.153803cos3

87.0603.8

5.7

elP

P

b) η pri nazivnom opterećenju

c) frekvenciju struje u žicama rotora pri nazivnom opterećenju

Hznnp

f sr 2

60

)14401500(2

60

)(

d) nazivni Mn i polazni Mp moment rotora

NmMM

Nmnn

PPMMP

np

n

324.1296.2

74.492

750060

602

Nr

MF

r

MF p 93.1436

09.0

324.129max

e) obodna sila Fmax u trenutku kretanja ako je promjer remenice 180 mm

f) ako u nekom pogonskom slučaju taj motor troši Pel’ = 3 kW kolika mu je mehanička snaga na osovini Pmeh’

kWPPP

PPP

PPkWPPP

gel

gelm

ggelg

28.25.7555.0604.8

55.03

2103.15.7603.8

0

0'

'

0

g) η’ u slučaju f)

76.03

28.2

'

''

el

m

P

P

h) približni broj okretaja n’ u slučaju f)

min/74.1481')14401500(28.2)'1500(5.7

)(')'(

onn

nnPnnP smsm

i) toplina Qg koju daje taj elektromotor uslijed gubitaka energije u slučaju f)

hkJPPPQ melgg /64.25823600)28.23(3600)''(3600'

j) kolika je razlika kinetičke energije ako broj okretaja rotora padne sa n1 = 1481.7o/min na n2 = 1440 o/min

J

nnDmDmEk

7.2456.2273993.240768

148.0

60

2

60

2

88

2

2

2

12

22

21

2