ASYNCHRONNÍ STROJE (AC INDUCTION MACHINES) B1M15PPE

ASYNCHRONNÍ STROJE (AC INDUCTION MACHINES)

B1M15PPE

OBSAH PŘEDNÁŠKY 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)

Vznik točivého magnetického pole Náhradní schéma asynchronního stroje Fázorový a kruhový diagram Pracovní charakteristiky Momentová charakteristika Rozběh, brzdění a řízení otáček Asynchronní generátor Jednofázový asynchronní motor

© Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

2

VÝHODY ASYNCHRONNÍCH STROJŮ

 NEJBĚŽNĚJŠÍ TROFÁZOVÉ TOČIVÉ STROJE  JEDNODUCHÁ KONSTRUKCE  SNADNÁ ÚDRŽBA  ŠIROKÝ ROZSAH POUŽITÍ

NÍZKÁ CENA

 POUŽITÍ POLOVODIČOVÝCH MĚNIČŮ UMOŽŇUJE PODOBNĚ SNADNÉ ŘÍZENÍ JAKO U STEJNOSMĚRNÝCH STROJŮ © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

3

VZNIK TOČIVÉHO POLE  VYTVOŘENO POMOCÍ: •

trojfázový proud procházející trojfázovým vinutím

•

cívky fází trojfázového vinutí jsou umístěny po 120° po obvodu statoru

 JE TO ZÁKLADNÍ VLASTNOST TROFÁZOVÝCH STŘÍDAVÝCH STROJŮ: •

synchronních motorů

•

asynchronních motorů


4

VÝSLEDNÉ POLE TŘÍ FÁZÍ

v okamžiku ωt1:

Φ a = Φ max Φ b = −0,5 ⋅ Φ max Φ c = −0,5 ⋅ Φ max


5

VÝSLEDNÉ POLE V RŮZNÝCH OKAMŽICÍCH

ωt2:

ωt3:

Φb = 0

Φ c = −Φ max

Φ a = 0,867 ⋅ Φ max

Φ a = 0,5 ⋅ Φ max

Φ c = −0,867 ⋅ Φ max Φ b = 0,5 ⋅ Φ max Φ = KONSTANTNÍ AMPLITUDA SE OTÁČÍ ZMĚNA POSLOUPNOSTI U = ZMĚNA SMĚRU OTÁČENÍ © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

6

RŮZNÉ POČTY PÓLŮ 2p = 2

2p = 4

∠(ωt1; ωt2 ) = 30°

ωm =

ωe p

=

2 ⋅ π ⋅ f1 = ωs p


∠(ωt1; ωt2 ) = 15°

ω e = ω1 = 2 ⋅ π ⋅ f1 = SYNCHRONNÍ RYCHLOST 7

ASYNCHRONNÍ REŽIM Točivé magnetické pole vytvořené statorem

Motor se nemůže otáčet stejnou rychlostí jako točivé pole (synchronně): Rozdíl rychlostí = skluz

ω slip = ω s − ω Magnetické pole vytvořené proudem indukovaným v rotoru

s = 100

ωslip ωs

ω = (1 − s )ω s E = U i = Blv F = BIl

f r = f 2 = sf1 =

ω= © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

p (ω s − ω ) 60

πn 30 8

ZÁKLADNÍ KONSTRUKCE STATOR (Y/D) vinutí stejné pro oba typy A

• •

B

C

VINUTÝ ROTOR (Y) kroužky kartáče zkratovač

KLECOVÝ ROTOR (trvale zkratovaný)

svorky ložiska ventilátor © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

hřídel 9

ZÁKLADNÍ NÁHRADNÍ SCHÉMA 1/2  PODMÍNKY:  Symetrické fáze (jednofázová reprezentace)  Harmonická napětí a proudy (sinus)  Konstantní parametry  Rotorové parametry přepočtené na stator

A

B

C

(definice pro n = 0  f2 = f1 a ve statoru i rotoru je stejný počet fází):

U i/2 = U i1 = U i = E = kU i 2 U i1 = 4,44Φ max f1 N1 K w1 U i 2 = 4,44Φ max f1 N 2 K w 2

I 2/ = I 2 k

k=

U i1 K w1 N1 = U i 2 K w2 N 2

Změna kmitočtu v rotoru pro n≠0 je reprezentována skluzem s. © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

R2/ = R2 k 2

X 2/ σ = X 2σ k 2

10

ZÁKLADNÍ NÁHRADNÍ SCHÉMA 2/2 X 2σf 2 = 2πf 2 L2σ = 2πsf1 L2σ = sX 2σf 1 = sX 2σ 2

Z 2/ = ( sX 2σ ) 2 + R2/ 2 = s X 22σ


 R2/  +   =  s 

s X 22σ

 / (1 − s ) R2/   +  R2 + s  

2

11

FÁZOROVÝ DIAGRAM     U 1 = R1 I1 + jX 1σ I1 + U i

/ / U 2  R2/  / / = Ui − I 2 − jX 2σ I 2 s s

(= 0)

  /   I 0 = I1 − I 2 = I m + I Fe


12

KRUHOVÝ (PROUDOVÝ) DIAGRAM


13

ENERGETICKÁ BILANCE (rozdělení výkonů)

ELEKTROMAGNETICKÝ VÝKON (ve vzduchové mezeře δ)

STATOR


ROTOR

14

ZJEDNODUŠENÉ NÁHRADNÍ SCHÉMA 1/2 P1 = mU1 I1 cos ϕ

(m = počet fází)

Pδ = P1 − ΔPj1 − ΔPFe Ui2 ΔPFe1 = R I = →0 RFe 2 Fe Fe

R2/ I 2/ 2 ΔPj 2 = Pδ = s s

P = Pδ − ΔPj 2 = Pδ − sPδ = (1 − s ) Pδ © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

15

ZJEDNODUŠENÉ NÁHRADNÍ SCHÉMA 2/2 X m // RFe 

 (R , X σ , R , X σ ) 1

1

/ 2

/ 2

X sc = X 1σ + X 2/ σ Rsc = R1 + R2/ ΔU R1 = R1I1 → 0

Pout = P − ΔPFe 2 − ΔPd 2 − ΔPm © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

16

PRACOVNÍ (zatěžovací) CHARAKTERISTIKY U1 = Un = konst.


17

MOMENTOVÁ CHARAKTERISTIKA (MCH) 3(1 − s ) Pδ 3ΔPj 2 3 R2/ / 2 = = = ⋅ I2 M= ω ωs s ωs s (1 − s )ω s 3P

3 R2/ M= ⋅ ⋅ ωs s

smax ≅ ±

M max ≅


U12 R2/ 2 2 X sc + ( ) s

R2/ R12 + X sc2

3U12 2ω s ( R1 ± R12 + X sc2 )

18

REÁLNÁ MCH M 2 ≅ M max s smax + smax s

realita

teorie

BRZDA


MOTOR

GENERÁTOR

19

OVLIVNĚNÍ MCH 3 R2/ / 2 ⋅ I2 M= ωs s

M=

M max ≅

3 R2/ ⋅ ⋅ ωs s

U12 R/ X sc2 + ( 2 ) 2 s

3U12 2ω s ( R1 ± R12 + X sc2 ) smax ≅ ±

stabilní pracovní bod:

M MOTOR = M LOAD

ωs =

R2/ R12 + X sc2

2πf1 p

Snižováním f : • snížení Lm,

dM MOTOR dM LOAD ≤ dn dn © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

• podstatné zvýšení Im (nasycení železa) → držet Φmax = konst. 20

ROZBĚH ISTART při Un = (3 - 7)In

Přímé připojení na síť jen pro malé výkony.

PROBLÉM: jak snížit proud a zachovat moment: MMOTOR > MZÁTĚŽ • Snížení statorového napětí • Přepínání Y/D (6 svorek, stroj navržen pro spojení D) • Impedance v sérii se statorovým vinutím (odpory, tlumivky) • Autotransformátor

• Proměnný rotorový odpor • Konstrukce (dvojitá kotva, hluboké drážky) • U motorů s vinutým rotorem přídavný odpor v rotoru

• Soft start • Polovodičový měnič napětí • Soft start s proměnným napájecím kmitočtem (viz řízení otáček) © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

21

ŘÍZENÍ RYCHLOSTI ZMĚNOU KMITOČTU

ω S ≈ f1

3 R2/ M= ⋅ ⋅ ωs s

U12 R2/ 2 2 X sc + ( ) s

U1 ≅ U i ≈ Bmax f1

udržet Bmax = konst. 

U1 = konst. f1 regulační rozsah

M max

U12 ≅ ≈ 2 2 2 2ω s ( R1 ± R1 + X sc ) f1 3U12

U1 → 0 ΔU R1 = významný : M klesá U1  U n → poškození © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

22

REVERZACE A BRZDĚNÍ REVERZACE směru otáčení pouze změnou směru otáčení magnetického pole = záměna přívodů dvou fází – příklad: abc  acb (! proudový ráz v přívodu) BRZDĚNÍ • Protiproud = využití brzdné oblasti MCH • Změna směru otáčení přepojením fází • Odpojení při dosažení n=0 • Dynamické • Odpojení statoru od zdroje (sítě) • Připojení DC zdroje na dvě svorky – statické magnetické pole statoru indukuje proud v rotoru  brzdná síla • Rekuperační = využití generátorické oblasti MCH • Zátěž pohání motor – např. po snížení kmitočtu • Nelze použít pro brzdění do zastavení • Brzdění změnou kmitočtu © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

23

ASYNCHRONNÍ GENERÁTOR NA SÍTI PODMÍNKY:  POHÁNĚN EXTERNÍM POHONEM PŘI ω > ωS PRO Pn má být ω = ωS+(ωS- ωn) VLASTNOSTI: vhodné pro menší výkony, spolehlivý, nenáročný na údržbu, na síti odolný proti kolísání otáček POUŽITÍ: malé automatizované elektrárny (větrné, vodní …), nejčastěji nízkootáčkové  2p ≥ 4 (problém chlazení)  STATOR NAPÁJEN JALOVÝM VÝKONEM (Im)

NENÍ-LI NA SÍTI musí být připojeny KONDENZÁTORY © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

24

OSTROVNÍ PROVOZ (= není na síti)  ZDROJ JALOVÉHO VÝKONU = KONDENZÁTORY

 ZATĚŽOVACÍ CHARAKTERISTIKA měkčí než synchronního generátoru  OTÁČKY ovlivňují kmitočet


25

JEDNOFÁZOVÝ ASYNCHRONNÍ MOTOR JEDNA FÁZE NEMŮŽE VYTVOŘIT TOČIVÉ POLE

STATOR: jako u trojfázového ROTOR: klecový

KDYŽ UŽ SE OTÁČÍ, PRODUKUJE MOMENT © Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc.

26

MOMENTOVÁ CHARAKTERISTIKA NÁHRADA JEDNOHO PULZUJÍCÍHO POLE DVĚMA TOČIVÝMI

3 c3

cc3 2

c2

cc2

Tc

T 1

c1

cc1

T

ns -ns

0

n

Tcc


27

FUNKCE POMOCNÉ FÁZE

ELIPTICKÉ POLE KONDENZÁTOR:

jen pro start pro trvalý chod


28

STÍNĚNÝ PÓL PRO MALÉ ZÁBĚRNÉ MOMENTY f

´f

n

t f

Proud ve zkratovaném kroužku produkuje vlastní tok a tím způsobí deformaci výsledného magnetického pole.

´f


29

PŘÍKLADY  1 Čtyřpólový asynchronní motor je napájen napětím o kmitočtu f1 = 50 Hz. Hřídel tohoto motoru se točí rychlostí n = 1000 1/min. Určete skluz stroje. (s = 0,33 nebo s = 33 %)  2 Napájecí napětí šestipólového indukčního motoru má kmitočet f1 = 50 Hz. Stroj pracuje jako brzda, rychlost jeho rotoru je n = 700 1/min a moment na hřídeli je M = 50 Nm. Určete příkon dodávaný ze sítě, když budete uvažovat pouze Jouleovy ztráty v rotoru. (P1 = 5236 W)


30

ASYNCHRONNÍ STROJE (AC INDUCTION MACHINES) B1M15PPE

Recommend Documents