2.3. Asynchronn stroje 2.3.1. vod V kapitole 2.2. jsme se zabvali transformtory. Kter slou k pemn elektrick energie opt na energii elektrickou. Asynchronn stroj pat do velk skupiny elektrickch stroj, umoujc elektromechanickou pemnu energie. Dlme je na motory, u nich dochz k pemn elektrick energie na mechanickou a genertory, kter mn mechanickou energii na elektrickou. Asynchronn stroje se pouvaj tm vhradn jako motory s vstupnm mechanickm pohybem otivm nebo linernm.

2.3.2. Proveden asynchronnho stroje Jako vechna zazen, slouc k elektromechanick pemn energie, sestv asynchronn stroj z pevn sti (statoru) a pohybliv sti, kter se u stroj s otivm pohybem nazv rotor. Stator se skld z litinov konstrukce a dvou loiskovch tt. V koste statoru jsou zalisovny plechy, kter jsou navzjem izolovny a tvo st magnetickho obvodu stroje. Rotorov plechy jsou nalisovny na hdeli, kter se ot v loiskch, upevnnch v loiskovch ttech, kter vymezuj polohu rotoru uvnit statoru. Mezi statorem a rotorem je vzduchov mezera., kter umon pohyb rotoru. Celkov uspodm asynchronnho stroje je na obr. 2.3-1.

V drkch statorovch a rotorovch plechuje uloeno vinut stroje. Na statoru bv obvykle trojfzov vinut (ale tak jedno a dvoufzov), jeho zatky a konce jsou vyvedeny na svorkovnici. V rotorovch drkch je uloeno vinut, ktermu se k kotva. U motoru s kotvou nakrtko jsou v drkch rotoru neizolovan mdn nebo mosazn, nejastji vak hlinkov spojovac kruhy nakrtko. U motor mench vkon se vinut odlv spolu s vtracmi lopatkami z hlinku metodou tlakovho lit. Takovmu vinut se k klec. U motoru s vinutm rotorem a krouky je v drkch rotoru uloeno trojfzov vinut z izolovanch vodi, zatky fz jsou spojeny do uzlu a konce pipojeny ke tem sbracm kroukm, ke kterm pilhaj karte. Takov vinut rotoru umouje pipojit zazen, slouc k regulaci otek motoru.

Obr. 2.3.-2. Proveden asynchronnho motoru

Obr. 2.3-1. Uspodn hlavnch st asynchronnho motoru

2.3.3. Princip innosti Nejrozenjm typem asynchronnho stroje je troj fzov asynchronn motor, jeho statorov vinut je pipojeno na troj fzovou s a vytv toiv magnetick pole, kter protn vodie rotoru (obr. 2.3-3), indukuje v nich napt a v ppad, e vinut rotoru je uzaveno, protk jm proud, kter vytv magnetick pole rotoru. Vzjemnm psobenm magnetickch pol vznik sla, psobc na vodie rotoru ve smru pohybu magnetickho pole statoru.

Z obr. 2.3-3 je zejm, e napt (tedy i proud) se bude ve vodich rotoru indukovat jen v ppad relativnho pohybu pole statoru vi vodim rotoru. V takovm ppad nemohou bt otky toivho pole statoru ni a otky rotoru n stejn. Rozdl otek ni a n, vztaen na jednu otku toivho pole statoru, je tzv. skluz s. (2.3-l a,b)

1

1

nnns = 100*

1

1% n

nns = 2.3-1 a,b Otky magnetickho pole statoru zvis na potu pl a kmitotu napjecho napt. Skluz (a tedy i otky rotoru) se mn s mechanickm zatenm stroje a je pi jmenovitm zaten u malch motor asi 10%, u velkch kolem 1%. Vznik toivho pole a rozbor prce asynchronnho stroje je v nsledujcch odstavcch.

Obr. 2.3.-3. Vznik tan sly asynchronnho motoru

2.3.4. Vznik toivho magnetickho pole Zkladn vhodou vlastnost trojfzovho proudu je schopnost vytvet toiv magnetick pole. Pedpokldejme troj fzov vinut asynchronnho motoru zaloen do drek statoru, kter bude napjeno soumrnou soustavou trojfzovho proudu. Vinut kad fze si zjednoduen pedstavme soustedn do jedn cvky, znzornn jednm zvitem (Obr. 2.3-4a). Jednotliv cvky trojfzovho vinut jsou umstny na statoru tak, e jejich aktivn stany jsou vzjemn vzdleny o polovinu obvodu, take okamit hodnoty proud v cvkch vytv na statoru jednu dvojici magnetickch pl. Takovmu vinut kme dvouplov a asynchronnmu stroji s takovm vinutm dvouplov stroj. Zatky fz AO, BO, CO jsou spojeny do uzlu a konce pipojeny na trojfzovou s. Fzory proud (IA,IB,IC) jsou v soumrn trojfzov soustav znzornny na obr. 2.3-4b. Okamit hodnoty proud v jednotlivch fzch

obdrme jako prmty fzor ImA, ImB, ImC do orientovan asov pmky t. Okamit hodnot proudu ve smru asov pmky odpovd v cvce smr proudu dopedu u konce cvky. V protj stran te cvky mus proud tci dozadu. V asovm okamiku t1 protkaj cvkami okamit hodnoty proud podle obr. 2.3-4a. Vodie v horn polovin statoru maj proudy dopedu, v doln polovin dozadu. Trojfzov proud vytv ve vinut dv psma proud, kter bud jedin magnetick tok o velikosti t1 - velikost a smr vslednho magnetickho toku t1 dostaneme soutem okamitch hodnot tok jednotlivch cvek. Pedpokldme-li mrnost mezi okamitou hodnotou proudu a magnetickho toku (u nenasycenho stroje), tak pro asov okamik t1 plat (2.3-2) t1 = 1,5 * A1 Za 1/6 periody napjecho napt, v asovm okamiku t2 jsou ve vodich cvek jin okamit hodnoty proud, ale tyto opt vytvej vsledn magnetick tok t2, stejn velikosti, ale pootoen o 1/6 periody napjecho napt vzhledem k t1, obr. 2.3-4c. Sledujeme-li proudy v trojfzovm vinut v dalch okamicch, vytvo vdy vsledn magnetick tok stejn velikosti, jeho osa se ot o takov hel, o jak se otoila asov pmka. Vsledn magnetick tok se za jednu periodu napjecho napt oto rovnomrnou rychlost o jednu otku. Za jednu sekundu vykon f1 otek za pedpokladu, e f1 je kmitoet napjecho napt.

Obr. 2.3.-4. Vznik toivho magnetickho pole

Zdvojnsobme-li poet cvek kad fze, jsou jejich cvkov strany uloeny ve vzdlenosti jedn tvrtiny obvodu statoru (obr. 2.3-5a). Napjenm takovho vinut se vytvo tyi psma proud a tedy i tyi magnetick ply po obvodu statoru (obr. 2.3-5b). Proudy ve vodich na obrzku 2.3-5b jsou vyznaeny pro asov okamik t1 (obr. 2.3-5c). V ppad typlovho stroje se za dobu jedn periody napjecho

proudu oto fzor vslednho magnetickho toku po obvodu statoru nikoliv o 360, ale jen o hel pipadajc na jedno dvojpl, tj. o 180. Zavdme pojmy "elektrick hel" a "geometrick hel". Elektrick hel se vztahuje k elektrickm veliinm a m se v "elektrickch stupnch". Nap. jedna perioda napjecho napt pedstavuje 360 elektrickch. Obvod statoru m 360 geometrickch. U dvouplovho stroje se geometrick a elektrick hel shoduje. U vceplovho stroje plat mezi elektrickm a geometrickm hlem vztah: (2.3-3) el = p * geom kde p je poet plovch dvojic.

Zvrem lze tedy ci, e trojfzov vinut, napjen trojfzovou soumrnou soustavou troj fzovho proudu, bud vsledn magnetick pole, kter se ot rovnomrnmi, tzv. synchronnmi otkami n1. (2.3-4)

pfn 11 = [s-1]

f1 je kmitoet napjecho napt. 2p 2 4 6 8 10 12 n1 [s-1] 50 25 16,66 12,8 10 8,33 Otky toivho magnetickho pole v zvislosti na potu pl pi napjec frekvenci f = 50 Hz.

Obr. 2.3-5. Uspodn cvek a magnetick pole typlovho vinut a) zaloen jedn fze b) magnetick pole trojfzovho vinut c) fzorov diagram

2.3.5. Rozloen magnetickho toku ve vzduchov mezee Vinut jednotlivch fz statoru je uloeno v drkch a vytv magnetick pole ve vzduchov mezee. Toto pole lze znzornit prbhy magnetomotorickho napt Fm, magnetickho toku nebo magnetick indukce B, kter jsou spolu vzny znmmi vztahy: (2.3-5)

=== HdlNIRF mm * Ze vztahu (2.3-5) je zejm, e magnetomotorick napt Fm = N * I nezvis na nasycen magnetickho obvodu, veliiny , respektive B = /S zvis na nasycen magnetickho obvodu. V naich vahch pedpokldme nenasycen magnetick obvod. Stroje a magnetick odpor eleza zanedbateln vi magnetickmu odporu vzduchov mezery. Na obr. 2.3-6 jsou prbhy Fm pro cvku uloenou v jedn drce.

Na obr. 2.3-6bje magnetomotorick napt nakresleno v rozvinutm tvaru . Za ve uvedench pedpoklad (nenasycen magnetick obvod) by mly obdobn prbhy veliiny a B. V ppad, e vodie cvky budou rozloeny do vce drek, tak vsledn pole obdrme superpozic pol od jednotlivch vodi( obr. 2.3-7). Porovnnm obrzk 2.3-6 a 2.3-7 je zejm, e m je vinut rozloeno do vce drek, tm vce se prbh pole bl prbhu harmonickmu. U trojfzovho vinut vyrvn pole cvek jednotlivch fz vsledn magnetick pole ve vzduchov mezee, kter je charakterizovno postupnou vlnou c se synchronn rychlost v1 = *D*n1 (D je vnitn prmr statoru). Nejjednodu trojfzov vinut podle obrzku 2.3-4 sestv ze t cvek, z nich kad je uloena ve dvou drkch. Na jednom plu tedy pipad na kadou fzi jedna drka. Poet drek najeden pl a jednu fzi je q = l.

Obr. 2.3.-6. Prbh magnetomotorickho napt cvky soustedn v jedn drce.

Na obrzku 2.3-8a je nakresleno toto vinut v rozvinutm tvaru pro okamit hodnoty proud fz v asovch okamicch t1 a t2 (obr. 2.3-8b).

Obr. 2.3.-7. Magnetick pole vinut rozloen ve vce drkch

Obr. 2.3.-8. Elementrn tfzov vinut: a) prbhy magnetick indukce B pro asov okamiky t1a t2 b) fzov diagram proud c) schma zapojen

2.3.6. Vinut trojfzovch stroj Zkladn st trojfzovho vinut je cvka. Skld se ze dvou cvkovch stran, kter jsou uloeny v drkch a dvou el, ktermi jsou vodie cvkovch stran uzaveny v zvity (obr. 2.3-9). Vzdlenost cvkovch stran te cvky se nazv krok cvky y. a je piblin roven plov roztei p, co je vzdlenost os dvou sousednch pl. Krok cvky se udv v potu drek. Nap. pro y = 3 je cvka zaloena jednou cvkovou stranou nap. v drce l a druhou v drce 4 (obr. 2.3-8c).

Strany cvek je nutn spojit podle uritho podku, aby se ve stroji vytvelo vhodn magnetick pole. Jestlie m trojfzov vinut vytvet 2p pl a m-li stroj Q drek, pipad najeden pl Qp drek, psluejc vem tem fzm. (2.3-6)

mpQQ p *2

= U m-fzovho stroje pipad najeden pl a jednu fzi q drek (2.3-7)

mpQq*2

= Trojfzov vinut bv obvykle soumrn, aby vytvelo soumrnou trojfzovou soustavu a harmonick prbh pole ve vzduchov mezee. Z toho dvodu nelze libovoln volit poet drek stroje. Poet drek na pl a fzi me bt slem celm (vinut pravideln) nebo zlomkovm (vinut zlomkov). Podle uloen vinut v drkch rozeznvme vinut jednovrstv a dvouvrstv. Jednovrstv vinut m v kad drce zaloenu pouze jednu cvkovou stranu a stroj m tedy Q/2 cvek. Nap. jednovrstv vinut na obrzku 2.3-8 m est drek a ti cvky. Dvouvrstv vinut m v kad drce dv cvkov strany rznch cvek a m tedy tolik cvek, kolik je drek. Maj-li bt vechny cvky vinut stejn, mus mt kad cvka jednu stranu uloenu v horn vrstv a druhou v doln vrstv drky. Pklad dvouvrstvho vinut s plnm krokem je na obr. 2.3-10. Pro zlepen prbhu pole ve vzduchov mezee (potlaen vych harmonickch) se dlaj cvky se zkrcenm krokem.

Obr. 2.3.-9. a)Cvka trojfzovho vinut, b)jej znaen ve schmatu

Z obrzku 2.3-10 je vidt, e v drce jsou dv cvkov strany, z nich jedna, kreslena silnji, jev horn vrstv, druh, kreslen rkovan, v doln vrstv drky. Pi plnm kroku jsou v kad drce cvkov strany te fze.

Obr. 2.3-10. Dvouvrstv vinut Q = 24, 2p = 4, q = 2 drky, p= 6 drek

2.3.7. Indukovan napt v trojfzovm vinut V odstavci 2.3.6. jsme si vysvtlili vznik toivho magnetickho pole. Pedpokldejme, e pole ve vzduchov mezee je harmonickho prbhu a pohybuje se vi stojcm vodim statoru synchronn rychlost v i. Pohybem pole vi vodim statoru se v nich indukuje napt. Pro odvozen velikosti tchto napt pouijeme obr. 2.3-11, na kterm je nakreslen harmonick prbh magnetick indukce B ve vzduchov mezee. Toto pole se posouv vzhledem ke stojc cvce synchronn rychlost. (2.3-8)

11

11 **22

fpfp

Dnv pp ===

kde D je vnitn prmr statoru a p je plov rozte. Cvka je zakreslena v mstech, kde je magnetick indukce Bx = Bmax * sin x a pedstavuje napklad vinut fze A statoru. Ponvad smr a velikost indukovanho napt zle mimo jin na relativnm pohybu pole vi vodii, meme si pedstavit, e pole stoj a cvka se pohybuje rychlost v1 opanm smrem. Posune-li se cvka na obrzku 2.3-11 o drhu dx, zvt se magnetick tok, postupujc plochou cvky

o (2.3-9) d = 2*Bx * ds = 2*Bx * l * dx a v cvce se indukuje napt, jeho okamit hodnota je (2.3-10)

( ) 11 **sin**2***2 vlxBdtdxlB

dtdu mxi ===

Dosadme-li do pedchzejc rovnice za rychlost v1 vztah (2.3-8) a za maximln hodnotu magnetick indukce hodnotu stedn, tj. (2.3-11) Bm = 0,5**Bst A je-li magnetick tok jednoho plu (2.3-12) = Bst * l *n potom efektivn hodnota napt jedn fze statorovho vinut o N1 zvit bude (2.3-13)

1111

1 ***44,42***2 NffNUi ==

Ve zbvajcch dvou fzch se bude indukovat (za pedpokladu stejnho potu zvit) stejn velk napt, ale posunut o 120 a 240. Cvka na obrzku 2.3-11 vak me bt stejn dobe cvkou rotorovho vinut s N2 zvity a otejc se spolu s rotorem otkami n ve smru toivho magnetickho pole. Magnetick pole rotoru se ot vzhledem k rotoru otkami n2 = n1 n odpovdajc obvodov rychlost je: (2.3-14)

22

22 **22

fpfp

Dnv pp ===

kde f2 je kmitoet proudu v rotoru. Podobn jako pro statorov vinut, meme odvodit velikost indukovanho napt v jedn fzi rotoru a dostaneme: (2.3-15) Ui2 = 4,44**f2*N2 Vodie toivho elektrickho stroje jsou vak uloeny do vce drek, kter maj rzn polohy v magnetickm poli. Indukovan napt jednotlivch vodi cvky se staj v napt vsledn, kter je vak nsledkem rozloen vodi v drkch men, ne udvaj rovnice (2.3-13) a (2.3-15). Zmenen je respektovno tzv. initelem rozlohy kq

V ppad, e rotorov vinut je uzaveno, potee jm proud I2 a vytvo toiv magnetick pole, jeho otky vzhledem k rotoru jsou: (2.3-22)

snpsf

pfn ** 1122 ===

Rotor m vak otky n, take vzhledem k vnjmu pozorovateli (statoru) jsou otky pole rotoru (2.3-23) n + n2 = n1 * (l - s) + n2 = n1

Zmnou zaten motoru se mn jen vzjemn pomr mezi otkami rotoru n a toivho pole rotoru n2, ale pole statoru a rotoru (znzornn magnetickmi toky 1, 2) se ot synchronn (obr. 2.3-12a,b). Jsou vak vi sob prostorov posunuta (obr. 2.3-12b) a skldaj se ve vsledn pole ve vzduchov mezee. Na zklad pedchozch vah si meme vysvtlit innost asynchronnho motoru lpe ne v odstavci 2.3.3. Pedpokldejme nejprve rozpojen rotorov vinut, stojc rotor (n = 0) a vinut statoru pipojen na trojfzovou s.Trojfzov proud ve vinut statoru vytv toiv magnetick pole ve vzduchov mezee, kter indukuje ve statorovm vinut napt Ui1rovn piblin napt st a v rozpojenm rotorovm vinut napt Ui2o (s=l). Proud rotoru je roven nule a tedy i tok 2 = 0. Vsledn magnetick tok = 1 a stroj se jev jako troj fzov transformtor naprzdno. Elektromagnetick moment stroje se rovn nule. V tomto ppad tee vinutm statoru jenom magnetizan proud, nutn k vytvoen toivho pole statoru. Rozpojen rotorov vinut tedy nem dn vliv na pole statoru obdobn jako rozpojen sekundrn vinut transformtoru neovlivuje innost vinut primrnho. Spojme nyn rotorov vinut tak, aby jm mohl protkat proud a nech se rotor ot synchronnmi otkami n = n1 (s=0). Ani v tomto ppad nebude prochzet rotorovm vinutm proud a motor nebude vytvet elektromagnetick moment, ponvad toiv pole statoru se ot stejnou rychlost jako vodie rotoru, neindukuje se v nich dn napt a neprochz dn proud. Ve skutenosti motor neme v tomto stavu pracovat, ponvad potebuje urit moment na kryt vlastnch mechanickch ztrt. Zatme-li stroj mechanickm momentem na hdeli, poklesnou otky rotoru na uritou hodnotu n a nastane relativn pohyb mezi otivm magnetickm polem statoru a vodii rotoru. Ve vinut rotoru se indukuje napt Ui2 a vodii rotoru protk proud, kter vytv magnetick tok 2 kter psob proti toku 1. Psobenm toku 2 by se zeslabil vsledn magnetick tok ve vzduchov mezee a zmenilo by se indukovan napt Ui1 statorovho vinut. Do vinut statoru ale potee takov zven proud,

Obr. 2.3-12. a) Znzornn synchronnho oten magnetickch pol rotoru a statoru pi zaten b) Vzjemn poloha magnetickch pol asynchronnho motoru pi zaten

aby se ve vzduchov mezee opt vytvoila pvodn hodnota magnetickho toku , nutn pro indukovan napt Ui1 piblin rovnho napt st. Vsledn magnetick tok stroje zstv tedy za pedpokladu konstantnho napt napjec st piblin konstantn bez ohledu na velikost proud ve vinut stroje (srovnej s odst. 2.3. l.). Oblasti prce asynchronnho stroje Asynchronn stroj pracuje pevn v motorick oblasti, ale me pracovat tak v oblasti genertorick nebo brzdn. Jako motor bude pracovat od otek nulovch do otek blzkch synchronnm. Pokud bychom pohnli rotor asynchronnho stroje pohncm motorem tak, aby otky byly vt ne synchronn, bude stroj pracovat v genertorickm reimu. Smr proudu v obou vinutch se obrt a zmn se smysl elektromagnetickho momentu. Nastv tedy pemna elektromechanick energie (kterou dodv pohnc stroj) na energii elektrickou, kter je dodvna do st. V ppad, e rotor asynchronnho motoru se ot proti smru oten toivho magnetickho pole statoru, pracuje stroj v tzv. brzdn oblasti. Vznik elektromagnetick brzdn moment, kter psob proti smru oten. Oblasti prce asynchronnho stroje jsou na obr. 2.3-13.

Obr. 2.3.-13. Oblasti prce asynchronnho stroje

2.3.8. Obvodov model asynchronnho motoru V odstavci 2.3.7. jsme odvodili vztahy (2.3-17) a (2.3-21), kter jsou prakticky shodn se vztahy pro indukovan napt ve vinutch transformtoru (2.2-7) a (2.2-8). Podobn jako u transformtoru maj ob vinut (statorov a rotorov) spolen magnetick obvod a kad vinut m inn odpor a vlastn a rozptylovou induknost. Abychom mohli pout stejn obvodov model jako na obrzku 2.2-6b, pepotme veliiny rotoru na poet zvit vinut statoru. Pepotac vztahy budou stejn jako u transformtoru (2.2-19), (2.2-20), (2.2-21), pouze poet zvit obou vinut motoru se vynsob pslunm initelem vinut kv. Pepoten hodnoty zname rkou (obr. 2.3-14a). Pro snadnj uren momentu zjednodume obvodov model pemstnm magnetizan vtve na vstupn svorky (obr. 2.3-14b). Indukovan napt a rozptylov reaktance rotoru zvis na promnnm kmitotu f2. Pro ely obvodovho modelu si vyjdme kmitoet f1 pomoc konstantnho kmitotu napjecho napt a skluzu (f2 =s*f1). Ze vztahu (2.3-21) pi uven pepotench hodnot je vztah pro indukovan napt rotoru: (2.3-24) Ui1 = Ui20 * s = Ui1 * s (2.3-25) Xr2 = 2 Lr2 = 2 f2 Lr2 = 2 f1 Lr2 s = Xr20 * s Kde Xr20 je reaktance zabrdnho rotoru. Tj. n = 0 a f2 = f1. Impedanci rotorovho obvodu vyjdme jako (2.3-26)

Z'2=R'2+jXr20* s A pepoten proud rotoru jako (2.3-27):

( )222 22

1

220

2

20

)*(

*

r

i

ri

i

XsR

U

sXR

sUI+

=+

=

Vraz R'2/s pedstavujc celkov inn odpor rotoru, rozdlme na konstantn odpor vinut a na promnn odpor zvisl na skluzu podle vztahu: (2.3-28),

22

2 *1 RssR

sR +=

co umouje nakreslit obvodov model obdobn jako pro transformtor.

Obvodov model asynchronnho motoru na obrzku 2.3-14a byl odvozen za pedpokladu harmonickch prbh napt a proud a plat pro jednu fzi statorovho vinut.

Obr. 2.3-14. Obvodov model asynchronnho motoru

2.3.9. Moment a momentov charakteristika asynchronnho motoru Vimnme si nejprve toku vkonu v asynchronnm motoru, kter je znzornn na obr. 2.3-15. Z pkonu odebrme motorem ze st (2.3-29) P1 =m1*U1*I1*cos se hrad inn ztrty ve vinut statoru PN1 a ztrty v magnetickm obvodu motoru PFE. Hlavn st pkonu (P) vak prochz vzduchovou mezerou do rotoru. Odeteme-li od P inn ztrty ve vinut rotoru PN2, dostaneme mechanick vkon stroje Pmech. Na stator i na rotor psob stejn velk moment M

a plat: (2.3-30)

11

1 **2**2* nMpfMMP ===

(2.3-31) Pmech = M * = M * 1 * (1 s) Dle z obrzku 2.3-15 plat: (2.3-32) Pel = P - Pmech = M (1 - ) Kde Pel je elektrick vkon, kter se spotebuje na vech innch odporech rotoru. V ppad, e v rotoru kroukovho motoru je zapojen spout, je v hodnot Pel zahrnut i inn odpor spoute. Ze vztah (2.3-30) a (2.3-32) vyplv (2.3-33)

sM

MPPel ==

1

1

**

Obr. 2.3-15. Znzornn toku vkonu v asynchronnm motoru

a tedy (2.3-34) Pel = P * s Elektrickmu vkonu Pel se k skluzov. Jak uvidme pozdji (v odstavci 2.3-10), meme zmnou skluzovho vkonu dit otky asynchronnho motoru. Na hdeli stroje nedostaneme cel mechanick vkon Pmech, kter stroj vytv, ale vkon P2, men o vlastn mechanick ztrty stroje Pmech a ztrty dodaten Pd. (2.3-35) P2 = Pmech -Pmech - Pd. Velikost vkonu Pmech urme pomrn snadno z obvodovho modelu na obr. 2.3-14b a je roven innmu vkonu spotebovanmu na odporu )1(2 s

sR

(2.3-36)

Pmech = m1* I22 * )1(2 ss

R kde m1je poet fz stroje. Mechanick moment motoru je: (2.3-37)

mech

mechP

M = hlov rychlost rotoru je rovna rozdlu hlovch rychlost toivch pol statoru(1) a rotoru (2) (2.3-38) = (1 - 2) = 1 (1 - s) (2.3-39) kde

pf 1

1 2 = Podle obr. 2.3-14b je hodnota proudu (2.3-40):

( )22012

21

12

rr XXsRR

UI

++

+=

Dosazenm vztah (2.3-36), (2.3-38), (2.3-39) a (2.3-40) do (2.3-37) obdrme rovnici pro mechanick moment motoru: (2.3-41)

( )

++

+

=2

201

22

11

211

2

***2

rr

mech

XXs

RRf

sRpmU

M

Tato rovnice vyjaduje zvislost M = f (s), je graficky vynesena pedstavuje momentovou charakteristiku asynchronnho stroje (obr. 2.3-16).

Pi jmenovitm zaten vytv motor mechanick moment Mn pi skluzu sn a jemu odpovdajcm otkm nn. V okamiku pipojen motoru na s je n = 0 a s = l. Motor vyvj zbrn moment Mz, kter urme ze vztahu (2.3-41) dosazenm za s = l. (2.3-42)

( )

++

+

=2

201

22

11

2112

***2

rr

z

XXs

RRf

pRmUM

Motor vyvj pi uritch otkch maximln moment, kter urme vypotenm maxima momentov charakteristiky .Zrove urme skluz s', odpovdajc maximlnmu momentu Mmax (2.3-43)

( ) ( )[ ]220121 2

rr XXR

Rs++

=

(2.3-44)

+++=

2201

2111

112

max)(***4 rr XXRRf

pmUM

Ze vztahu (2.3-43) vidme, e maximln moment meme posouvat do oblasti vtch skluz (mench otek) zmnou odporu fze rotoru (R2). Moment Mmax se nazv momentem zvratu. Pekro-li zt motoru hodnotu Mmax, motor se zastav. Charakteristika vlevo od maximlnho momentu je nestabiln, charakteristika vpravo od maximlnho momentu je stabiln (nkdy t nazvna pracovn). Pomr Mmax/ Mn je oznaovn jako momentov petitelnost. Pro normln motory bv v rozmez 1,75 a 2,5. ink motoru cos je pi chodu naprzdno velmi mal. Nezaten asynchronn motor odebr ze st jalov vkon. Zatenm se ink vrazn zlep, proto je nutn dbt na to, aby asynchronn motory bely naprzdno jen nezbytn nutnou dobu.

Obr. 2.3-16. Momentov charakteristika asynchronnho stroje

2.3.10. Provozn vlastnosti asynchronnch motor V tomto odstavci se budeme zabvat zkladnmi problmy spoutn, regulace otek a brdn trojfzovch asynchronnch motor.

2.3.10.1. Spoutn trojfzovch asynchronnch motor V okamiku pipojen motoru na napjec s se rotor neoto (n=0, s=l). Uvme-li obvodov model na obr. 2.3-14b, je hodnota odporu rezistoru )1(2 s

sR pro skluz s = l rovna

nule a meme v tomto ppad (obdobn jako u transformtoru nakrtko) zanedbat vliv magnetizan vtve. Motor je ve stavu nakrtko a jeho proud je omezen pouze ohmickmi odpory a rozptylovmi reaktancemi vinut. Tento tzv. zbrn proud dosahuje tyikrt a osmkrt vtch ne je proud jmenovit a jeho velikost urme snadno z obr. 2.3-14b pi uven ve uvedench pedpoklad: (2.3-45)

2201

221

121

)()(

rr

zXXRR

UII+++

== Jednotlivmi zpsoby spoutn se sname omezit zbrn proud a pokud mono zvtit zbrn moment motoru.

A) Spoutn motor s kotvou nakrtko a) spoutn pmm pipojenm na pln sov napt Na veejnou elektrickou s lze pmo pipojit motory, jejich spoutc pkon je men ne 22 kVA (po dohod s energetickm podnikem a 42 kVA). U bnch motor odpovd spoutcmu pkonu vkon asi 3 kW. V prmyslovch zvodech a jinch objektech, kter jsou napjeny ze samostatnho transformtoru, mono pipojit pmo motor s kotvou nakrtko, jeho jmenovit vkon nen vt ne 50% jmenovitho vkonu transformtoru. Pi spoutn motoru o vtm vkonu ne 3 kW (na veejnou spotebitelskou s) je nutn snit vhodnm spoutcm zazenm zbrn proud. Pitom je teba si uvdomit, e velikost proudu nakrtko nezvis na zaten. Zaten motoru pi rozbhu a velikost setrvanch hmot celho pohonu maj vliv na dobu trvn zbrnho proudu. Proud, odebran pi rozbhu motoru ze st , nekles mrn se stoupajcmi otkami, take bhem znan doby rozbhu klesne jen mlo a teprve ke konci rozbhu klesne jen nhle na ustlenou hodnotu odpovdajc zaten motoru. Ve vojenskch zazench je asto poteba napjet asynchronn motory (nap. v pojzdnch dlnch) ze samostatnho zdroje - elektrocentrly. V takovm ppad je pedepsn vkon motoru , kter me bt na elektrocentrlu pmo pipojen. Nap. Na elektrocentrlu s jmenovitm vkonem 30 kW lze pmo pipojit nezaten troj fzov asynchronn motor s kotvou nakrtko do vkonu asi 70% jmenovitho vkonu ^ elektrocentrly. Napt elektrocentrly pitom klesne asi na 40% jmenovit hodnoty.

b) spoutn snenm napt na statoru (Tab. 2.3-1) Zbrn proud motoru lze snit tak tm, e motor spoutme pi snenm napt na statoru. Pi tomto zpsobu spoutn je nutn uvit, e sniovnm napt se sniuje tak zbrn moment podle vztahu (2.3-42). Snen statorovho napt lze doshnout rznmi zpsoby.

Spoutn statorovm spoutem (Tab. 2.3-1, Zap. I.). Do srie se statorovm vinutm zapojme symetrick troj fzov symetrick spoutc odpor nebo tlumivku. U motor mench vkon se pouv spoutc odpor, u vtch spoutc tlumivka. Podle vrazu (2.3-45) se snenm napt linern zmen zbrn proud motoru, ale podle (2.3-42) se zbrn moment zmen se tvercem napjecho napt. Statorov spout je vhodn zejmna tehdy, kdy chceme doshnout jemn zbr motoru rozbhajcho se s malm zatenm. Pi rozbhu se odpory postupn vyad a motor je po rozbhu zapojen na pln napt.

Spoutn pepnaem hvzda - trojhelnk (Y/D) (tab. 2.3-1, zap. III.) Pi rozbhu motoru je jeho statorov vinut spojeno do hvzdy, po rozbhu se pepnaem pepne do trojhelnka. Je-li impedance jedn fze statoru Z a linkov napt (mezi dvma fzemi) U, potom pi spojen vinut do hvzdy je napt kad fze statoru U / 3 a ze st odebr motor zbrn proud (2.3-46)

3*zUI y =

Kdyby vinut statoru bylo pi spoutn spojeno do trojhelnka, tekl by fz motoru proud (2.3-47)

zUI Df =

a ze st do motoru by tekl proud (2.3-48)

zUI D

3*=

Pomr proud pi spojem vinut do hvzdy a trojhelnka je Iy/ID =1/3. Pi spoutn asynchronnho motoru, kter m statorov vinut navreno pro trval chod ve spojen do trojhelnka, sn se zbrn proud pi rozbhu motoru s vinutm zapojenm do hvzdy na jednu tetinu. Pi spojen vinut do hvzdy je napt na fzi 3krt men ne pi spojen do trojhelnka, take podle (2.3-42) je zbrn moment tikrt men.

spoutn pomoc autotransformtoru (Tab. 2.3-1, zap. II.) Je obdobou spoutn statorovm spoutem s tm rozdlem, e velikost napt pi spoutn se reguluje autotransformtorem zapojenm do srie se statorovm vinutm. Po rozbhu se autotransformtor vyad, take meme pout levnjho autotransformtoru, kter se bhem rozbhu znan pet.

spoutn pomoc polovodiovho regultoru napt (tab. 2.3-1, zap. IV.).V souasn dob se stle vce pouv ke spoutn asynchronnch motor tyristorovch regultor stdavho napt. Polovodiovm regultorem napt lze doshnout nejenom mkkho rozbhu, ale vhodnou regulac napjecho napt pi promnlivm zaten lze zlepit ink motoru a etit elektrickou energii.

c) speciln pravy klece Motory s normln kotvou nakrtko maj klec z mdnch nebo hlinkovch ty, kter jsou uloeny v drkch blzko obvodu rotoru. Jejich zbrn moment je Mz = (0,5 a l ,0) Mn a zbrn proud I1z = (5 a 8)I1n. Pi ve uvedench zpsobech spoutn byl zbrn proud omezen snenm napt na statorovm vinut. To by mlo za nsledek podstatn pokles zbrnho momentu. asto vak potebujeme zbrn moment vt ne m motor s normln klec, pi em hledisko snen nrazovho proudu je druhotn.

Motor s odporovou klec Rozborem momentov rovnice zjistme, e zvten zbrnho momentu doshneme zvtenm odporu rotorovho vinut. Z tohoto dvodu je rotorov vinut vyrobeno z materilu o vtm mrnm odporu (mosaz). Takov motor m hor innost a vt skluz. Otky pi zmnch zaten vce kolsaj.

Motor s dvojitou klec Zvten zbrnho momentu pi zachovn tvrd charakteristiky a innost v oblasti jmenovitho zaten lze doshnout dvojitou klec. Na rotoru jsou pod sebou dv samostatn klece (obr. 2.3-17a). Tye klec jsou na elech rotoru spojen vodivmi kruhy nakrtko. Nkdy jsou tye obou klec spojeny spolenmi kruhy. Horn klec se nazv rozbhov a je vyrobena z materilu o vtm mrnm odporu (mosaz). Spodn klec (bhov) je uloena hluboko v eleze, m podstatn vt prez a je z materilu o malm mrnm odporu (m, hlink). U motor malch vkon jsou ob klece ze stejnho materilu, obyejn hlinku. V radilnm smru jsou drky spojeny zkou vzduchovou mezerou, aby se hlavn magnetick tok uzavral pod doln klec. Okolo bhov klece se uzavr znan rozptylov tok, m proto velkou rozptylovou induknost, zatmco induknost rozbhov klece je mal. Pi rozbhu jsou nulov otky a s = l. Indukovan proud v rotoru m kmitoet f2 = f1. Bhov klec m velkou reaktanci a tee j jen mal proud , navc fzov posunut vi proudu rozbhov klece. Rozbhov klec, pestoe m vt odpor, vede pevnou st celkovho proudu, ponvad m malou rozptylovou reaktanci. Moment motoru je mrn inn sloce rotorovho proudu a me bt dva a tikrt vt ne moment jmenovit. Zvten odpor rotorovho vinut m za nsledek zvten zbrnho momentu. Pi jmenovitch otkch je kmitoet proudu rotoru podstatn men, vliv rozptylovch reaktanc je zanedbateln a celkov proud rotoru se rozdl v nepmm pomru odpor obou klec. Bhovou klec tee pevn st proudu, proto innost a ink jsou pi jmenovitm zaten jen nepatrn hor ne u bnch motor nakrtko. Momentovou charakteristiku motoru s dvojitou klec dostaneme ze zjednoduen pedstavy, e bhov a rozbhov klec vlastn toiv momenty MR a MB, kter na hdeli staj ve vsledn moment M R+B. (obr. 2.3-17b).

TAB. 2.3-1

Motory s vrovou kotvou

maj hlubok zk drky, do kterch se zakldaj zk a vysok tye rotorovho vinut spojen kruhy nakrtko (obr. 2.3-17c). Tye si lze pedstavit jako adu tenkch vodi spojench paraleln, kter maj stejn odpor, ale tm vt rozptylovou induknost, m je vodi hloubji v drce.

Pi rozbhu je rozptylov reaktance dolnch vodi tak velk, zeje proud vytlaen do horn sti tye, co odpovd snen efektivnho prezu vodie a tedy i zvten jeho odporu. Pi jmenovitm zaten protk proud celm prezem tye. Vhodou vrov klece je jednodu vroba ve srovnn s klec dvojitou.

B. Spoutn motor s vinutm rotorem U motor s vinutm motorem mme monost mnit bhem spoutn celkov inn odpor rotoru v irokch mezch tak, aby spoutn probhlo podle poadovanch prbh momentu nebo proudu. Pes krouky a karte se k vinut rotoru pipoj rotorov spout, sestvajc se ze t stejn velkch vhodn odstupovanch odpor (obr. 2.3-18a). Stator motoru se pipoj na s s pln zaazenmi odpory spoute, kter se pi rozbhu motoru postupn vyazuj. U velkch motor bv v kroucch zabudovn mechanick spojova, kterm se po dokonen rozbhu spoj krouky nakrtko a karte se nadzvednou nad krouky, aby se zbyten neopotebovvaly. Prbh proud a moment pi spoutn je na obr. 2.3-18b. Odpor spoute meme mnit tak, aby se motor rozbhal s maximlnm momentem. Prbhy proud I'1, I"1,I"1 a moment M', M", M"'odpovdaj zaazenm stupm odporovho spoute, prbhy I1 a M odpovdaj zcela vyazenmu spouti.

Obr. 2.3-17. a) uspodn drek dvojit klece b) momentov charakteristika motoru s dvojitou klec c) uspodn drek vrov klece

2.3.10.2. Regulace rychlosti trojfzovho asynchronnho motoru V tomto odstavci si probereme jenom monosti regulace otek asynchronnho motoru, vyplvajc z principu innosti a ze vztahu (2.3-19)

n = n1 * (1 - s)

Otky asynchronnho motoru lze tedy regulovat zmnou skluzu, kmitotu a potu pl vinut.

1.) Regulace otek pomoc skluzovho vkonu vyplv z podrobnjho rozboru vztah(2.3-30) a (2.3-34).

1 MP = Pel = P * s Pedpokldejme konstantn kmitoet napt f1 a konstantn poet pl stroje. Za pedpokladu konstantnho momentu stroje M je konstantn vkon P prostupujc vzduchovou mezerou. Zmn-li se za tchto pedpoklad elektrick vkon Pel spotebovan v rotorovm obvodu, zmn se podle vztahu (2.3-34) skluz a tedy i otky motoru. Zmnu vkonu Pel lze uskutenit napklad zaazen stejn velkho regulanho odporu do kad fze rotorovho obvodu. Zapojen by bylo stejn jako pi spoutn kroukovho motoru (obr. 2.3-18) s tm rozdlem, e odpory zapojen v rotorovm obvodu mus bt dimenzovny na trval chod. Princip regulace otek je znzornn na obr. 2.3-19. Skluzov vkon Pel se v tomto ppad

Obr. 2.3.-18. Spoutni trojfzovho asynchronnho kroukovho motoru.

pemn v teplo na innch odporech rotorovho obvodu a takov regulace otek je nehospodrn. S pouitm vkonovch polovodiovch prvk meme vkon Pel vrtit do st a tm podstatn zlepit innost motoru pi tomto zpsobu regulace otek.

2.) Regulace otek zmnou kmitotu Energie pivdn do statoru pedpokld zdroj promnnho kmitotu (rov. 2.3-19). Otky meme mnit hospodrn v irokm rozsahu. V souasn dob se tm vhradn pouvaj elektronick regultory otek.

3.) Regulace otek zmnou potu pl Statorovho vinut rovn pmo vyplv z rovnice (2.3-19). Pepnnm potu pl doshneme regulace otek po skocch smrem dol.

2.3.10.3. Brdn asynchronnch motor V dsledku kinetick energie rotujcch st pohnnho stroje a motoru dobh motor jet dlouhou dobu i po odpojen do st. Jindy je motor v uritm provoznm stavu bemenem pohnn. Je-li teba urychlit zastaven stroje nebo zamezit zven rychlosti stroje, musme vytvoit brzdc moment. Elektrick zpsoby brdn jsou proti mechanickmu zpsobu brdn vhodnj, nebo je mon plynul a pesn regulace brdn.

A.) Brdn protiproudem se doshne tm, e u motoru, kter se to jednm smrem, zmnme smr toivho magnetickho pole statoru (pepojenm libovolnch dvou fz v pvodu statoru), nebo pi danm zapojen motoru otme mechanick rotorem proti toivmu poli statoru (motor pracuje v brzdn oblasti - obr. 2.3-16). Je to brdn nehospodrn, nebo veker energie motoru (kinetick a elektrick ze st) se mn v odporech rotoru v teplo.

Obr. 2.3.-19. a) Tok vkonu asynchronnho motoru pi regulaci otek zmnou skluzovho vkonu, b) Momentov charakteristiky motoru pro rzn velikosti odporu rotorovho obvodu.

B.) Brdn genertorick nastv pi nadsynchronnch otkch (n >n1), kdy asynchronn stroj pracuje jako genertor a vytv zporn moment na hdeli (obr. 2.3-16). Do st dodv inn vkon a ze st odebr vkon potebn pro vytvoen magnetickho pole. Je zejm, e se stroj ned tmto zpsobem zabrzdit do nulovch otek.

C.) Dynamick brdn asynchronnho motoru je vhodnj. Stator motoru se odpoj od stdav st a bud stejnosmrnm proudem. Statorov vinut vytvo stl magnetick tok, ve kterm se pohybuje roztoen rotor. Indukovan proud rotoru spolu s tokem statoru vytvo moment, psobc proti oten rotoru. Stroj pracuje nyn jako asynchronn genertor. Vyroben elektrick energie se v odporech rotoru mn v teplo. Prbh brzdcho momentu v zvislosti na rychlosti oten se me mnit v irokch mezch odporem v rotoru nebo zmnou stejnosmrnho proudu ve vinut statoru.

2.3.11. Linern asynchronn motor V podstat kad druh toivho stroje m svj linern protjek. Nejvce pozornosti bylo vnovno v poslednch letech konstrukci linernho asynchronnho motoru., kter je provediteln bez vodivho spojen s pohyblivou st motoru. Kdy si stator a rotor obvyklho asynchronnho motoru pedstavme v rozvinutm tvaru jako na obrzku 2.3-6 nebo 2.3-7, dostaneme ploch linern asynchronn motor . Jedno vinut se vak mus rozprostrat vak pes celou drhu uvaovanho pojezdu. Zkladn uspodn je na obr. 2.3-20.

Klecov vinut me bt nahrazeno vodivm plechem, nebo tekutm kovem. Postupujc elektromagnetick vlna vyvolan trojfzovm proudem ve vinut stroje se pohybuje vzhledem k vodim synchronn rychlost v = 2* p*f, kde p je plov rozte a f je kmitoet. Pak napklad pi p =100 mm a kmitotu 50 Hz bude v = 10 m/s. Skluz, zpsoben pomrn velkmi ztrtami, je podstatn vt ne u toivho stroje. Dosahuje hodnot 0,1 i vce. Mezi obma stmi linernho motoru vznik znan vertikln sla (asi 10krt vt ne horizontln), kter se d vyut ke kompenzaci hmotnosti. Linern asynchronn motory se pouvaj i v dalch modifikacch a pouvaj se jako erpadla tekutch kov, pro penos kovovch plech, jako urychlovac zazen.

2.3.12. Hysterezn motor Rotor hystereznho motoru m tvar hladkho vlce z magneticky tvrd oceli bez jakhokoliv vinut. Stator je sloen z plech a v jeho drkch je uloeno vinut, kter vytv toiv magnetick pole. Me to bt bu vinut dvoufzov, nebo jednorzov s pomocnm vinutm a trvale zapojenou kapacitou, nebo vinut troj fzov. Magnetick pole statoru obh synchronn rychlost, prostupuje vzduchovou mezerou a uzavr se pes rotor (obr. 2.3-21). Vlivem hysterese magnetickho materilu (magneticky tvrd ocel) je magnetizace rotoru zpodna za polem statoru o hel , jeho velikost zvis v podstat jen na hysteresi a zti.

Motor vyvj konstantn moment a do synchronnch otek (2.3-21b). Po dosaen synchronnch otek se motor nadle ot synchronn rychlost a vytv moment odpovdajc dan zti. Motor me rozbhat zt s velkm momentem setrvanosti, m klidn chod a je necitliv vi krtkodobmu peten. Pouv se jako pohon magnetofon.

Obr. 2.3.-20. Linern asynchronn motor. a) nepohybliv vinut a pohybliv klec, b) pohybliv vinut a nepohybliv klec.

Obr. 2.3.-21. a) Zkladn uspodn hysteresnho motoru b) Momentov charakteristika hysteresnho motoru

2.3.13. Jednofzov asynchronn motor

Mme-li k dispozici jen jednofzov zdroj (nap. jednorzov elektrocentrla), nebo nechceme-li z dvod bezpenostnch (run nad) pout trojfzovou s, tak pouvme pro pohon drobnch zazen v dlnch, laboratoch, domcnostech a tak jako aknch len v servomechanizmech jednorzov asynchronn motory. Konstrukn je jednofzov motor podobn trojfzovmu. Do dvou tetin drek statoru je zaloeno pracovn jednofzov vinut, do zbvajc tetiny je zaloeno vinut rozbhov. Na rotoru je vdy vinut v podob klece. U nkterch typ jednofzovch motor (motor s roztpenm plem) je statorov vinut ve form soustednch cvek na plovch nstavcch (obr. 2.3-25). Akoliv je jednofzov asynchronn motor konstrukn pomrn jednoduch, je podrobn vysvtlen principu innosti obtnj ne u trojfzovho motoru. Jednofzov vinut nevytvo na statoru toiv magnetick pole, ale pouze pulsujc (obr. 2.3-22). Toto pole je rozloeno po povrchu statoru, (ve vzduchov mezee) a jeho hodnota v uritm mst, nap. v bod A, zvis na poloze bodu vzhledem k ose cvky a na okamit hodnot proudu ve vodich statoru. Uvaujme motor se zabrdnm rotorem s vinutm klecovho typu. Pulsujc magnetick pole indukuje ve vodich rotorovho vinut napt a prochz proud, kter vytvo magnetick pole, psobc v kadm okamiku proto poli statoru. Jeho osa je vak toton s osou pole statoru a motor nevytv vsledn moment. Stroj se zabrdnm rotorem se chov jako transformtor se sekundrnm vinutm nakrtko. Pulsujc magnetick pole si tak meme pedstavit jako vsledn magnetick pole, vznikl superpozic dvou toivch kruhovch magnetickch pol, otejcch se proti sob stejnou rychlost 1 (obr. 2.3-23a). Pro okamitou hodnotu prvn harmonick magnetick indukce ve vzduchov mezee (obr. 2.3-22) plat: (2.3-49)

tBB m 1cos*cos = Uitm vzorce pro rozklad souinu dvou kosinovch funkc upravme vztah (2.3-49) na tvar (2.3-50):

)cos()cos( 11 tBtBB zs ++= Kde Bs = 0,5 Bm je sousledn sloka pole a Bz = 0,5 Bm je zptn sloka pole. Uvme-li existence dvou toivch magnetickch pol ve vzduchov mezee stroje, lze princip jednorzovho asynchronnho motoru vysvtlit obdobn jako u troj fzovho. Sousledn i zptn pole indukuj ve vinut rotoru proudy a vzjemnm psobenm magnetickho pole statoru a proud rotoru se vytvej momenty Ms a Mz psobc proti sob. Vsledn moment motoru je dn soutem momentovch charakteristik obou sloek (obr. 2.3-23b). Z momentovch charakteristik na obrzku (2.3-23b) je zejm, e motor nevytv dn zbrn moment, neme se tedy sm rozbhnout. Roztome-li vak motor v jednom nebo druhm smru, jsou momenty od zptn sloky men ne od sousledn a motor thne stejn dobe v obou smrech. Skluz souslednho pole ss je definovn stejn jako u trojfzovho motoru vztahem (2.3-1). Zptn pole se ot synchronn rychlost proti oten rotoru, take jeho skluz je (2.3-51)

sz snnns =

= 21

1

Zptn pole tedy vytv zporn (brzdn) moment. Momentov charakteristiky na obr. (2.3-23b)jsou nakresleny pi stojcm rotoru, kdy sousledn i zptn pole jsou stejn velk. Ot-li se rotor, jsou proudy v rotoru indukovan zptnm polem vt ne pi zabrdnm rotoru a jejich vliv zpsobuje zeslaben zptn sloky pole. Naopak proudy v rotoru, indukovan souslednou slokou jsou men ne pi zabrdnm motoru a zpsobuj zeslaben pole. Brzdn inek zptn sloky pi jmenovitch otkch je zanedbateln a motor pracuje pi jmenovitm zaten se skluzem jenom nepatrn vtm ne motor trojfzov. Rozbh jednorzovho asynchronnho motoru eme pomocnm rozbhovm vinutm, kter se ulo do zbvajc tetiny drek statoru tak, aby magnetick osy hlavn a pomocn fze byly prostorov posunuty o 90 elektrickch. Rozbhov vinut m za kol vytvoit spolu s hlavnm jednofzovm vinutm toiv magnetick pole. K tomu je nutn asov posunout proud rozbhov fze vi proudu fze hlavn. Doshneme toho rezistorem, kapacitorem nebo induktorem, kter zapojujeme do srie s rozbhovm vinutm (obr. 2.3-24). Z pedchozho vkladu je zejm, e rozbhov fze nen nutn za chodu motoru, proto ji po rozbhu motoru vypnme, abychom omezili ztrty. V takovm ppad me bt vinut dimenzovno na krtkodob chod. Nejastj zpsob vypnn fze je odstedivm vypnaem (2.3-24).

Obr.2.3.-22. Prbh magnetickho pole ve vzduchov mezee jednofz. as. motoru

Obr.2.3.-23. a) Rozklad pulsujcho pole ve vzduchov mezee jednofz.as.motoru b) momentov charakteristika zabrdnho motoru

Obr. 2.3.-24. a) Zapojen jednorzovho asynchronnho motoru s rozbhovm (RV) a hlavnm (HV) vinutm, b) momentov charakteristiky pi rozbhu motoru.

Motor se stnnm plem Klasick konstrukce jednofzovho motoru (drkov stator) je nevhodn, zejmna pro motory malch vkon. Konstrukn mnohem jednodu je tzv. motor se stnnm plem, (obr. 2.3-35).

Obr. 2.3.-25. a) Konstrukn uspodni, b) momentov charakteristika motoru se stnnm polem Statorov svazek plech m vynikl ply s cvkami hlavnho vinut. Stnn st plu je provedeno nesoumrnm zezem, v nm je uloen zvit z mdnho psku spojen nakrtko. Psobenm pulsujcho magnetickho pole hlavnho vinut protk zvitem nakrtko proud, kter vytv rovn pulsujc magnetick pole, psobc v kadm okamiku proti poli hlavnho vinut a zpsobuje asov zpodn magnetickho toku v odstnn sti plu. To m za nsledek posouvn amplitudy magnetickho toku na povrchu plu od nestnn sti ke stnn a tedy i vznik toivho momentu ve stejnm smru (smr oten je tedy trvale dn umstnm zvitu nakrtko). Rotor m obvykle vinut klecovho typu. Motor m malou innost (= 0,1 a 0,2), mal ink (cos = 0,6), i mal zbrn moment. Pesto se ale hodn pouv v nenronch pohonech a v souasn dob i jako levn servomotor. V takovm ppad m motor upraven magnetick obvod a zvit nakrtko je nahrazen dcm vinutm, umoujc mimo jin i reverzaci otek.

2.3.14. Dvoufzov asynchronn motor V systmech automatick regulace se asto pouv jako vkonovch len dvoufzovch asynchronnch servomotor s kotvou nakrtko. Jejich kolem je pemnit vstupn elektrickou veliinu (napt) na vstupn veliinu mechanickou (otky). Dvoufzov asynchronn servomotor m v drkch statoru uloeno dvoufzov vinut posunut navzjem o 90 el. Rotor bv bu klecovho typu (Diehlv) nebo ve tvaru dutho vleku (Ferraris). Servomotor mus mt co nejmen moment setrvanosti. Tomu do znan mry vyhovuje servomotor typu Ferraris, jeho konstrukn uspodn je na obr. 2.3-26a.

Obr. 2.3.-26. a) Princip uspodn servomotoru typu Ferraris b) Principiln schma dvoufzovho servomotoru Stator sestv ze dvou svazk plech. Vnitn svazek je v dutin vnjho a jsou od sebe oddleny pomrn velkou vzduchovou mezerou, nebo v n je uloen oton dut vleek (hrnek) z elektricky vodivho materilu . Vleek je rotorem servomotoru.Nevhodou tohoto uspodn je podstatn men mechanick vkon ve srovnn s klecovou kotvou. Vhodou naopak je mal moment setrvanosti. Lze ho velmi snadno reversovat i pi vysokch otkch a dobe sledovat zmny na dc fzi. Princip innosti je obdobn jako u ostatnch typ asynchronnch motor. Vinut dc fze A (obr. 2.3-26b) je pipojeno na zdroj dcho napt UA (vtinou z elektronickho zesilovae) a vinut budc fze je pipojeno obvykle na konstantn budc napt UB. Proudy v obou vinutch mus bt vi sob asov posunuty, aby vytvoily ve vzduchov mezee vsledn toiv magnetick pole, kter indukuje v tenkostnnm vleku viv proudy. Vzjemnm psobenm magnetickho pole statoru a vivch proud rotor vznik toiv moment a rotor se ot ve smru toivho pole statoru. Napt a proudy vinut obou fz tvo obecn nesoumrnou dvoufzovou soustavu. Pi rozboru innosti stroje se s vhodou pouv metody soumrnch sloek (sousledn a zptn), kter umouje formln rozloit nesoumrn dvoufzov napjen stroj na dva stroje soumrn napjen, z nich jeden, dan souslednou soustavou, pracuje pi skluzu ss a druh pi skluzu sz = 2 - ss (viz odst. 2.3-13). Pro kad "stroj" uvaujeme samostatn obvodov model (obr. 2.3-27) a vsledn vkon, resp. moment je dn rozdlem vkon (moment) sousledn a zptn sloky. Smr oten motoru je zvisl na tom, kter z obou napt pedbh ve fzi. Zmnou pvod kterhokoliv vinut se zmn smr oten. Jednou ze zkladnch vlastnost kadho servomotoru je schopnost elektrickho brdn.

a) b) Obr. 2.3.-27. Obvodov model nesoumrn napjenho servomotoru a) pro souslednou soustavu napt, b) pro zptnou soustavu napt

Sn-li se nap. hodnota dcho signlu na nulu (jednofzov chod), mus dvoufzov servomotor v co nejkrat dob zabrzdit (srovnej s jednofzovm motorem, kter vytvel v jednofzovm chodu toiv moment), ponvad nulov dc napt odpovd nulovm otkm. Doshneme toho vhodnm zvenm odporu rotoru, aby skluz , pi kterm motor vyvj maximln moment byl v brzdn oblasti (viz odst. 2.3-9), vztah (2.3-40). Prbh momentovch charakteristik dvoufzovho servomotoru pi jednofzovm napt je na obr. 2.3-28a.

Obr. 2.3.-28. Momentov charakteristiky dvoufzovho servomotoru a) Pi jednorzovm napjen, b) Pi dvoufzovm napjen Regulaci otek dvoufzovho asynchronnho servomotoru lze uskutenit tmito zpsoby: a) amplitudov, pi n mnme hodnotu napt na dc fzi UA a napt na budc fzi je konstantn b) fzov, kterou doclme zmnou fzovho posunu mezi proudy ve vinut A a B c) amplitudofzov - pi souasn zmn hodnoty napt a fze dcho vinut pi = konst. Na obr. 2.3-28b jsou typick momentov charakteristiky dvoufzovho servomotoru pro rzn initel signlu ,, co je pomr napt dcho a budcho vinut = UA/ UB .

2.3.15. Asynchronn tachogenertor Asynchronn tachogenertor se rovn pouv v systmech automatick regulace a slou k pemn mechanick veliiny (oten hdele) na elektrickou veliinu (napt) na snmacm vinut. Nejastji se pouv jako zptnovazebn prvek p stabilizaci regulovan soustavy, ke spolehlivmu men otek apod. Co do proveden se neli od servomotoru proveden Ferraris. Budc vinut B je pipojeno na napt konstantn velikosti UB a konstantnho kmitotu f1. Na snmacm vinut S je pipojena zatovac impedance Zz (obr. 2.3-29a).

Pi stojcm rotoru se nebude indukovat ve snmacm vinut dn napt, ponvad viv proudy vytvoen v rotoru pulsujcm magnetickm polem budcho vinut vybud magnetick pole v ose budcho vinut a nikoliv v ose snmacho vinut. Pi oten rotoru vznik jin soustava vivch proud, jejich velikost je mrn velikosti budcho napt a rychlosti oten rotoru. Tato soustava proud vybud magnetick tok (o kmitotu f1) v ose snmacho vinut a ten indukuje ve snmacm vinut napt, mrn rychlosti oten rotoru. Jakost asynchronnho tachogenertoru se posuzuje pedevm podle zbytkovho napt, kter se indukuje ve snmacm vinut i kdy se rotor neot (je zpsobeno rozloenm vinut ve statoru), amplitudov chyby, kter udv v procentech odchylku vstupn charakteristiky od linern zvislosti a fzov chyby, kter udv zmnu fze vstupnho napt v zvislosti na rychlosti. Typick prbhy vstupnch charakteristik a vliv zatovac impedance je vidt na obr. 2.3-29a.

Obr. 2.3-29. a) Schma zapojen; b) vstupn charakteristiky dvoufzovho asynchronnho tachogenertoru

2.3.16. Selsyny Tvo nepostradatelnou soust obvod samoinnho zen, zejmna v nmon a leteck navigaci, pi zen radar, v zamovach pstrojch k zen stelby apod. Rozmry selsyn bvaj asto zmeneny na nejmen monou mru, take jejich vroba vyaduje velkou pesnost a technologii, pouvanou pro konstrukci mcch pstroj. Konstrukn se podobaj motorm asynchronnm s vinutou kotvou. Selsyny se vyrbj na kmitoet 50 a 500 Hz a vdy jako dvouplov, aby byla zaruena jednoznanost jejich zkladn polohy. V drkch statorovch plechu je obvykle uloeno soumrn trojfzov vinut. Rotor m obvykle vynikl ply s budcmi cvkami, nebo rovn trojfzov vinut uloen v drkch (diferenciln selsyn). Rotorov vinut je vtinou napjeno pes krouky a karte ze stdav st. Mimo tato zkladn vinut me mt selsyn jet tlumc vinut nebo setrvank k utlumen kvn rotoru pi nhlch zmnch rychlosti nebo zaten. Ve zvltnch ppadech me mt jedno nebo nkolik vinut pro zptnou vazbu a korekce. Zkladn princip innosti selsyn si vysvtlme na pkladu zapojen pro pm penos hl (obr. 2.3-30). Pedpokldejme, e oba stroje (jeden nazvan selsyn vysla, druh selsyn pijma), jsou stejn a jejich rotory jsou napjeny ze spolenho zdroje o napt UB a kmitotu fB. Proudy v rotorovch vinutch vytvo pulsujc magnetick tok RI a RII , kter indukuj v cvkch statoru napt.

Na obrzku (2.3-30a) jsou rotory selsyn vyslae i selsyn pijmae ve stejn poloze vi statoru, indukovan napt na jednotlivch cvkch statorovch vinut jsou stejn, netee mezi statorovmi vinutmi SV a SP proud a nepsob tedy na dn z rotor toiv moment. Pootome-li rotor SV o hel a pidrme (obr. 2.3-30b), zmn se smr pulsujcho magnetickho toku RI , v cvkch vinut statoru SV se indukuje jin napt a mezi statorovmi vinutmi obou selsyn tee proud. Vzjemnm psobenm tohoto proudu a magnetickho pole rotoru vznik toiv moment, kter se sna pootoit rotorem SP tak, aby polohy obou rotor byly toton. Rotor SP sleduje tedy polohu rotoru SV. Budeme-li otet rotorem SV, bude se stejnou rychlost otet i rotor SP. Velikost toivho momentu je zvisl na velikosti "rozladn" poloh obou selsyn. Toiv moment, kter soustava vyvj, je pomrn mal a postauje vtinou jen na indikan dlkov penos polohy, kdy na rotor SP je pipevnn ukazatel polohy (ruka, kotou). V ppad, e potebujeme provdt penos s velkou pesnost a s vtm ovldacm nebo regulanm momentem, pouvme tzv. mstkov spojen selsyn podle obr. 2.3-31. Zapojen na obr. 2.3-31 pedstavuje servomechanizmus, kter nastavuje vstupn hdel servomotoru (a tm i mechanick vstup) do polohy dan nastavenm rotoru SV. Pi poloze rotor RI a RII podle obr. 2.3-31 se neindukuje na svorkch vinut rotoru SP napt, na vstupu zesilovae je nulov napt na dcm vinut, dvoufzov servomotor

Obr. 2.3-30. Zapojen selsyn pro pm penos hl

SM m nulov napt na dcm vinut a neot se.

Hdel servomotoru je spojena jak s mechanickou zt (kterou me bt napklad antna radaru), tak s rotorem SP. Pootoenm rotoru SV se indukuje ve vinut rotoru RII chybov napt, kter se zesiluje a pevd na dc vinut servomotoru. Servomotor se ot a pestav mechanick vstup do polohy mrn pootoen rotoru SV. Servomotor se ot tak dlouho, dokud se rotor SP nenastav opt do takov polohy, kdy jeho vstupn napt je rovn nule. Velikost vstupnho mechanickho momentu je v podstat dna vkonem servomotoru. V systmech automatick regulace ve vojenskch zazench se dle pouv ada zapojen s diferencilnmi selsyny. Diferenciln selsyn (DS) m na rotoru i na statoru troj fzov vinut spojen do hvzdy. Diferenciln selsyn umouje stn nebo odetn mechanick polohy (hlu natoen) dvou hdel. Na obr. 2.3-32 je zapojen pro odetn hl pomoc diferencilnho selsyn.

innost zapojen na obr. 2.3-32 vysvtlme obdobn jako u zapojen dvou selsyn (SV, SP) pro penos hlu. Pedpokldejme, e rotory SV a SP jsou napjeny ze spolenho zdroje stdavho napt a nech jsou rotory SV, SP a SD v nulov poloze (oznaen 0 na obr. 2.3-32). Vinut rotor SV a SP vytv asov promnn magnetick toky RV a RP , kter indukuj ve statorovch vinutch SV a SP napt. Statorov vinut SV a SP jsou spojena s vinutm SD, take indukovan napt statorovch vinut SV a SP umon prtok proud statorovmi vinutmi SV a SP a s nimi spojenmi vinutmi SD. Tyto proudy vytvo magnetick toky SV a SP statorovch vinut SV a SP, jejich smr je proti smru magnetickch tok RV a RP. Zrove se vytvo magnetick tok SD, jeho smr je opan ne smr SV a magnetick tok RD, jeho smr je opan ne sp. Za pedpokladu, e vechny rotory jsou v nulov poloze, jsou tak vechny magnetick toky v nulov ose (osa 0, obr. 2.3-32) a rotor SD nepsob dn moment. Pootome-li z vchoz nulov polohy rotor SV nap. o hel = 75 a rotor SP o hel V = 30, pooto se zrove magnetick toky podle obr. 2.3-32. Magnetick tok SD se pooto o stejn hel jako sv a magnetick tok RD se pooto o stejn hel jako SP. Magnetick toky SD a RD jsou vi sob posunuty o hel D = 75- 30 = 45. Diferenciln selsyn vytv moment MD SD * RD * sin D . Rotor SD se nsledkem momentu MD pooto o hel D (v naem ppad o 45).

Obr. 2.3-31. Mstkov zapojen selsyn pro pesn penos hl a velkm vstupnm mechanickm momentem

Obr. 2.3-32. Odetn hl pomoc diferencilnho selsynu

Poznmka: Zapojen pro stn hl dostaneme tak, e v obr. (2.3-32) zmnme propojen svorek S1, S3 statorovho vinut SP se svorkami R1, R3 rotorovho vinut RD. V cel ad aplikac ve vojensk technice (navigace, automatick navdn a zamovn) je nutn provdt matematick operace, souvisejc se stnm vektor, natenm (rotac) souadnic, pevdnm kartzskch (pravohlch) souadnic na souadnice polrn a naopak. Pro takov operace pouvme selsyn rozklada (resolvery). Revolver je konstrukn velmi podobn a dosud diskutovanm selsynm. Skld se ze dvou st: statoru a rotoru. Kad st m dv nezvisl vinut, kter jsou navinuta tak, aby jejich osy byly navzjem kolm (obr. 2.3-33). Pedpokldejme, e statorov vinut jsou zapojena na zdroj stdavho napt Us1 a Us2. Pro napt Ur1 a Ur2 na svorkch vinut rotoru zejm plat: (2.3-52) UR1 = k (US1 *sin + US2 * cos ) (2.3-53) UR2 = k (US1 *cos - US2 * sin ) Kde k je konstanta, zvisl na potu zvit vinut. Poit resolveru si vysvtlme na jednoduchm pklad. Na obr. (2.3-33b)je pravohl soustava souadnic X,Y. Bod P m v tto soustav souadnice x, y. Uvaujme, jinou souadnou soustavu X', Y', pootoenou o hel . Pedpokldejme, e souadnice x,y jsou dny.

kolem je urit souadnice x', y'.Z obr. 2.3-33b snadno urme: (2.3-54) x'= y*sin + x*cos (2.3-55) y'= y * cos - x * sin Porovnnm rovnic (2.3-54), (2.3-55) s rov. (2.3-52) a (2.3-53) je zejm, e jsou-li souadnice (x,y) bodu P v soustav X,Y mrn naptm k US1, kUS2, jsou souadnice v pootoen soustav rovny naptm na svorkch rotorovch vinutch (x' = UR1, y'= UR2).

Pomoc resolveru lze velmi jednodue transformovat pravohl souadnice na polrn obr. (2.3-34). Hdel servomotoru je spojena s mechanickm vstupem (zt) a s rotorem resolveru. Vinut rotoru resolveru jsou napjena ze zdroj stdavho napt. Velikost napt UR2 a UR1 jsou mrn souadnicm x, y bodu P pravohl soustavy X, Y. Vinutmi rotoru prochzej proudy (mrn naptm UR2 ,UR1) a vytv vsledn (asov promnn) magnetick tok rotoru R. asov promnn magnetick tok rotoru indukuje ve vinutch statoru napt statoru napt US1 a US2. Naptm US2 je pes zesilova

Obr. 2.3-33. a) principiln uspodn resolveru b) uren souadnic v rotujc soustav

Obr. 2.3-34. a) Transformace pravohlch souadnic b) Znzornn vztah mezi pravohlmi a polrnmi souadnicemi

napjeno dc vinut (V) servomotoru, kter se ot tak dlouho, a se napt Us2 sn na nulu. V tomto okamiku je vsledn magnetick tok rotoru kolm na osu vinut statoru S2 (napt Us2 je tedy rovno nule) a rovnobn tedy s osou vinut S1. Napt Us1 je mrn modulu r a natoen hdele servomotoru je mrn argumentu tho bodu P ve stejn soustav X, Y.

Kontroln otzky a pklady (k sti 2.3.) 1) Nakreslete konstrukn uspodn asynchronnho motoru s vinutou kotvou a kotvou nakrtko. 2) Vysvtlete vznik tan sly u asynchronnho motoru. 3) Nakreslete prbh magnetickho pole vinut, rozloenho ve vce drkch 4) Vysvtlete pojem skluz. 5) Trojfzov, typlov asynchronn motor je pipojen na s o kmitotu 50 Hz a pracuje pi skluzu s = 2%. Urete: a) rychlost oten toivho magnetickho pole statoru b) otky rotoru c) kmitoet proudu ve vinut rotoru d) otky toivho pole rotoru vzhledem k rotoru 6) Troj fzov, typlov asynchronn stroj s vinutm rotorem (kroukov) je pohnn stejnosmrnm strojem s promnnmi otkami. Stator je pipojen na zdroj o kmitotu 50 Hz, z rotoru odebrme napt promnnho kmitotu. Jak mus bt rozsah otek stejnosmrnho motoru, aby kmitoet napt rotorovho vinut byl v rozsahu (30 a 80 Hz)? 7) Za jakch podmnek pracuje asynchronn stroj jako genertor? Me pracovat jako genertor do samostatn zte? Odpovdi zdvodnte! 8) Nakreslete a zdvodnte obvodov model asynchronnho motoru, odvote vztah pro moment asynchronnho motoru v zvislosti na skluzu a vysvtlete vznam jednotlivch prvk obvodovho modelu. 9) Vysvtlete pojmy: zbrn moment, maximln moment, jmenovit moment, stabiln oblast momentov charakteristiky, skluzov vkon. 10) Troj fzov, estiplov asynchronn motor o vkonu 7 kW je pipojen na s o kmitotu f = 50 Hz a pracuje pi jmenovitm skluzu s = 3%. Mechanick ztrty pi jmenovitm zaten jsou 4% celkovho vstupnho vkonu stroje. Urete: a) ztrty ve vinut rotoru pi jmenovitm zaten b) velikost elektromagnetickho momentu pi jmenovitm zaten c) vkon ve vzduchov mezee pi jmenovitm zaten 11) Jak lze zmnit smr oten trojfzovho asynchronnho motoru? 12) Vysvtlete zpsoby spoutn asynchronnho motoru s kotvou nakrtko a vinutou kotvou.

13) Uvete a zdvodnte zpsoby regulace otek a brdn trojfzovch asynchronnch motor. 14) Vysvtlete princip innosti linernho asynchronnho a hystereznho motoru. 15) Vysvtlete princip innosti jednofzovho asynchronnho motoru. Nakreslete momentovou charakteristiku, porovnejte s charakteristikou trojfzovho asynchronnho motoru a vysvtlete rozbh. 16) Jednofzov asynchronn motor o vkonu 200 W, 50 Hz, se rozebh pomoc kapacity zapojen do srie s rozbhovm vinutm. Impedance hlavnho vinut je ZH = (4,1 +j3,6) a impedance vinut je ZR= (9,2 +j3,4) . Urete velikost kapacitoru tak, aby v okamiku pipojen motoru na s byl fzov posuv mezi naptm hlavn a rozbhov fze 90. 17) Nakreslete konstrukn uspodn motoru se stnnm plem, vysvtlete princip innosti a navrhnte zpsob, jak zmnit smr oten. 18) Nakreslete konstrukn uspodn dvoufzovho asynchronnho motoru typu Ferraris, vysvtlete princip innosti a odpovzte na otzky: a) Jak se d otky? b) Co se stane, kdy bhem oten nhle klesne napt na dcm vinut na nulu? (porovnej s jednofzovm motorem). 19) K jakmu elu se pouv asynchronn tachogenertor? Vysvtlete pojmy: zbytkov napt, amplitudov chyba, fzov chyba. 20) Jak jsou hlavn vhody pouit selsyn v systmech automatick regulace? Navrhnte een ovldn antny radioloktoru pomoc selsyn a dvoufzovho asynchronnho motoru.