Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědelské, potravinářské a environmentální techniky
Modulová koncepce konstrukce asynchronních motorů Bakalářská práce
Vedoucí práce:
Vypracoval:
doc. Ing. Jan Škyřík, CSc.
Zdeněk Švihálek Brno 2007
Děkuji doc. Ing. Janu Škyříkovi, CSc. za všestrannou pomoc a odborné konzultace, které mi poskytl při vypracování této bakalářské práce.
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: „Modulová koncepce konstrukce asynchronních motorů“ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana AF MZLU v Brně.
V Brně dne: Podpis: ………………..
2
Abstrakt
Cílem této bakalářské práce je seznámení s výrobci a výrobky asynchronních elektromotorů v České republice. Dále popsat princip funkce asynchronního elektromotoru a zjistit modulovou koncepci konstrukce asynchronního elektromotoru. Asynchronní stroje se používají nejčastěji jako motory už více jak sto let. Jsou nejrozšířenějším strojem zejména v průmyslových aplikacích. Velké rozšíření asynchronních motorů vede k jejich sériové a hromadné výrobě. Díky tomu k jejich automatizaci a mechanizaci, a tím k dalšímu zlevnění. V dnešní době je přibližně 90% celkového počtu motorů právě asynchronních. Asynchronní motor je používán pro svojí jednoduchost, nenáročnost, delší životnost, dobrou údržbu a také pro spolehlivost a příznivou cenu. V dnešní době je řízení asynchronních motorů docela snadné, diky frekvenčním měničům a dalším pomocným zařízením, které pomáhají k jejich řízení a optimalizaci v provozu.
Klíčová slova: Asynchronní motor, frekvenční měnič.
Abstract
The goal of this bachelor work is to introduce producers and products of asynchronous electromotors in Czech Republic. In addition to describe the functions of asynchronous electromotor, and to determine auxiliary parts of asynchronous electromotor. Asynchronous engines have been used as motors for more than one hundred years. They are most widespread engines especially in the industrial applications. The rapid expansion of asynchronnous motors gave rise to their batch and mass production, their automatization and mechanization. Hence this engines were becoming cheaper. At present asynchronous motors are 90% of total number of motors. Asynchronous motor is used due to its simplicity, modesty, longer operating life, good maintenance, operational reliability and good price. At present control of asynchronous motors is easy enough, due to frequency changers and other auxiliary machinery helping to their control and optimalization of running.
Keywords: asynchronous motor, frequency changer. 3
OBSAH 1 ÚVOD....................................................................................................................... 5 2 CÍL PRÁCE .............................................................................................................. 6 3 ROZDĚLENÍ ASYNCHRONNÍCH ELEKTROMOTORŮ.................................... 7 4 KONSTRUKČNÍ PROVEDENÍ ASYNCHRONNÍCH ELEKTROMOTORŮ...... 8 5 PŘEHLED VÝROBCŮ A VÝROBKŮ ASYNCHRONNÍCH ELEKRTOMOTORŮ V ČR............................................................................................. 9 5.1 Siemens Česká Republika................................................................................. 9 5.1.1 Siemens Elektromotory s.r.o..................................................................... 9 5.2 EM Brno s.r.o.................................................................................................. 11 5.3 ATAS elektromotory Náchod a.s.................................................................... 12 5.4 ESPO s.r.o....................................................................................................... 14 5.5 TES VSETÍN s.r.o. ......................................................................................... 15 5.5.1 Asynchronní motory s kotvou nakrátko řady MAK ............................... 16 5.5.2 Asynchronní generátory s kotvou nakrátko ............................................ 16 5.6 SEW-EURODRIVE CZ s.r.o.......................................................................... 16 5.6.1 Třífázové asynchronní motory DR, DT, DV .......................................... 18 5.6.2 Asynchronní servomotory CT, CV......................................................... 18 5.7 MEZ, a.s Nedvědice........................................................................................ 19 5.7.1 Motory ATM........................................................................................... 19 5.7.2 Motory VTM........................................................................................... 20 5.8 ŠKODA ELECTRIC s.r.o............................................................................... 20 5.8.1 Trolejbus ŠKODA 25 Tr IRISBUS ........................................................ 20 5.8.2 Lokomotiva ŠKODA 109 E.................................................................... 21 6 MODULOVÁ KONCEPCE KONSTRUKCE ELEKTROMOTORŮ................... 22 6.1 Měniče frekvence............................................................................................ 22 6.1.1 Měniče frekvence firmy Mitsubishi Electric .......................................... 23 6.1.2 Měniče frekvence firmy Allen Bradley .................................................. 24 6.1.3 Měnič frekvence Frenic Eco firmy Fuji Electric .................................... 24 6.1.4 Frekvenční měniče MOVIDRIVE® MDX 60/61B od firmy SEWEURODRIVE. ........................................................................................................ 25 6.2 Softstartér........................................................................................................ 26 6.2.1 Softstartéry Sirius 3RW40 a 3RW44 Firmy Siemens ............................ 27 6.3 Převodovky ..................................................................................................... 28 6.3.1 Převodovky TSA 031 a elektropřevodovky TSAE 031.......................... 28 6.3.2 Šnekové převodovky typu TS a ZAP ..................................................... 29 6.4 Přímočaré pohony TMP.................................................................................. 29 6.5 Spojky ............................................................................................................. 30 6.5.1 Zubové spojky......................................................................................... 30 6.5.2 Pružné spojky.......................................................................................... 30 6.6 Uhlíky, Kondenzátory, Ventilátory, Brzdy..................................................... 31 6.6.1 Uhlíky ..................................................................................................... 31 6.6.2 Kondenzátory.......................................................................................... 31 6.6.3 Ventilátory .............................................................................................. 31 6.6.4 Brzdy....................................................................................................... 31 7 ZÁVĚR ................................................................................................................... 32 8 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY .................................................................... 33 9 SEZNAM OBRÁZKŮ............................................................................................ 34 4
1
ÚVOD Asynchronní stroje se používají nejčastěji jako motory více jak sto let. Jsou
nejrozšířenějším strojem zejména v průmyslových aplikacích. Velké rozšíření asynchronních motorů vede k jejich sériové a hromadné výrobě. Díky tomu k jejich automatizaci a mechanizaci a tím další jejich zlevnění. V dnešní době je přibližně 90% celkového počtu motorů právě asynchronních. Asynchronní motor je používán pro svoji jednoduchost, nenáročnost, delší životnost, údržbu a také pro spolehlivost a příznivou cenu. Dochází také k inovaci konstrukcí motorů, jejímž výsledkem je např. uzavřené provedení s nuceným nebo vlastním chlazením, řešení bezpřevodovkového podvozku, kde jsou motory uloženy přímo v ose kola apod. Rozsah výkonů vyráběných asynchronních motorů je značný, a to od wattů až po několik desítek megawattů. Odtud pochází i jeho použití v nejrůznějších zařízeních a odvětvích, v dnešní době i v takových, kde je nutnost regulovat rychlost otáček. Jedná se např. o ventilátory, čerpadla, automatické pračky, kompresory, stavební stroje, jeřáby, výtahy, některé obráběcí stroje, pohony pásových dopravníků, apod. V literaturách se často uvádí hlavní nevýhodou asynchronních motorů obtížná regulace rychlosti a veliký proudový náraz při zapínání. Dnes však tyto nevýhody nejsou takovou překážkou, jako byly dříve, neboť změnou frekvence lze tyto motory regulovat plynule a spouštět bez velkých proudových rázů. Neustálé snižování cen digitálních signálových procesorů a jejich rostoucí výkon umožňují v oblasti elektrických regulačních pohonů implementaci složitějších algoritmů. Včetně umělé inteligence. Její použití může vést ke zlepšení vlastností pohonů, zvýšení robustnosti a zmenšení závislosti na měničích. Umělou inteligenci lze využít ve všech oblastech elektrických pohonů, zejména při jejich modelování, identifikaci, odhadech stavových veličin, řízení a diagnostice. Umělá inteligence však ještě není přijata průmyslovou veřejností. To je způsobeno tím, že se jedná o novou oblast s řadou nedořešených problémů. A proto jsou aplikace umělých neuronových sítí převážně na poli výzkumu. Přesto někteří výrobci z Japonska nabízí pohony s implementovanou umělou inteligencí (např. firma Yaskawa). [7].
5
2
CÍL PRÁCE Cílem této bakalářské práce je seznámení s výrobci a výrobky asynchronních
elektromotorů v České republice. Dále popsat princip funkce asynchronního elektromotoru a zjistit modulovou koncepci konstrukce asynchronního elektromotoru.
6
3
ROZDĚLENÍ ASYNCHRONNÍCH ELEKTROMOTORŮ Asynchronní motory se rozdělují buďto podle počtu fází, a to na jednofázové,
které se používají na zařízení malých výkonů, mezi ně patří např. ventilátory, pračky, ledničky, atd., dále na dvoufázové Obr.1, které se používají v servomechanizmech, které vystačí s výkonem do 100W Obr.2, a na trojfázové. Dále se rozdělují podle provedení rotorového vinutí, a to na s kotvou nakrátko a s kotvou kroužkovou. [3].
Obr. 1 Dvoufázový asynchronní motor
Obr. 2 Trojfázový asynchronní motor
7
4
KONSTRUKČNÍ PROVEDENÍ ASYNCHRONNÍCH ELEKTROMOTORŮ Asynchronní motor se skládá ze dvou hlavních částí, a to ze statoru a rotoru.
Stator u asynchronního motoru má tvar dutého válce složeného ze speciálních plechů z elektrochemické oceli silných kolem 0,5 mm, které jsou navzájem izolovány lakem nebo papírem. V drážkách po obvodu statoru je uloženo vinutí v izolovaných měděných nebo hliníkových vodičů. Rotor asynchronního motoru je složen ze stejných plechů jako stator ale s tím rozdílem, že má tvar plného válce. Na jeho povrchu jsou drážky do nichž se vkládá buď třífázové vinutí podobné statorovému vinutí, a takto konstruovaný motor se nazývá asynchronní kroužkový motor, nebo se do drážek vkládají neizolované tyče z hliníku nebo z mědi, popřípadě mosazi a bronzu. Tyto tyče jsou na obou koncích spojeny kruhy nakrátko, a takto konstruovaný motor se nazývá asynchronní motor s kotvou nakrátko Obr.3 . Asynchronní motor se skládá z litinové kostry, která je většinou žebrovaná z důvodu lepšího odvádění tepla do okolního prostředí a dvou ložiskových štítů. Do kostry statoru jsou zalisovány rotorové plechy, které tvoří další část magnetického obvodu motoru. Celý rotor se otáčí v ložiskách upevněných ve štítech statoru. Za zadním ložiskovým štítem je na hřídeli připevněn ventilátor, který se otáčí zároveň s hřídelí a vytváří proud vzduchu, který motor ochlazuje, nebo vysává ohřátý vzduch z motoru. Ventilátor je chráněn krytem. Na kostře na různých místech bývá umístěná svorkovnice kvůli snadné manipulaci, a také při zapojování motoru do sítě. [2].
Obr. 3 Asynchronní motor s kotvou nakrátko
8
5
PŘEHLED VÝROBCŮ A VÝROBKŮ ASYNCHRONNÍCH ELEKRTOMOTORŮ V ČR
5.1 Siemens Česká Republika Zastoupení společnosti Siemens v České republice bylo obnoveno v roce 1990. V současné době patří firma Siemens s více než 15.800 zaměstnanci mezi největší zaměstnavatele v ČR. V obchodním roce 2005/2006 vykázala skupina podniků Siemens v České republice obrat téměř 58,6 miliard Kč. Siemens v České republice působí v těchto hlavních oblastech: automatizace a řízení, doprava, energetika, informace a komunikace, osvětlení a zdravotnictví. [6]. 5.1.1
Siemens Elektromotory s.r.o. Patří mezi přední světové dodavatele nízkonapěťových asynchronních
elektromotorů. Jejími hlavními zákazníky jsou výrobci čerpadel, kompresorů a klimatizačních zařízení. V ČR působí Siemens Elektromotory s.r.o. od roku 1994. Jeho dva závody se nacházejí ve Frenštátě pod Radhoštěm a v Mohelnici. [6].
Firma Siemens s.r.o. nabízí tyto asynchronní motory:
Obr. 4 Trojfázové asynchronní nízkonapěťové motory nakrátko v zajištěném provedení EEx e II1MA7
Obr. 5 Trojfázové nevýbušné asynchronní motory nakrátko1MJ7
9
Obr. 6 Jednofázové asynchronní motory nakrátko, zavřené1LF7
Obr. 7 Trojfázové asynchronní motory s rotorem nakrátko1LG4, 1LG6
Obr. 8 Trojfázové asynchronnínízkonapěťové motory nakrátko v zajištěném provedení EEx e II1MA7
Obr. 9 Trojfázové nevýbušné asynchronní motory nakrátko1MJ7
10
Obr. 10 Nevýbušné trojfázové asynchronní motory s rotorem nakrátkoAOM, AVM, AKM
5.2 EM Brno s.r.o. Závod vznikl z malé provozovny založené na podzim roku 1909 na Šámalově ulici v Brně-Židenicích. S majiteli zde tři dělníci a tři učni začali vyrábět prací a žehlicí ruční stroje, později i dvoutaktní a čtyřtaktní pojízdné benzinové motory a hoblovací stroje. Provozovna nesla název Strojírna Bratří Richtrové. V lednu 1921 po reorganizaci založili novou firmu s názvem Elektromotor SVET. V roce 1994 v privatizaci podnik získala firma ELSLAV. V roce 1996 vznikla firma EM Brno s.r.o., která do dnešního dne zachovává a rozvíjí výrobu stejnosměrných i střídavých elektromotorů, servomotorů, nevýbušných asynchronních motorů atd., včetně výroby motorů na zakázku. [5].
Obr. 11 Třífázový asynchronní motor 1AY s nezávislou ventilací.
11
Obr. 12 Řada asynchronních motorů 4M
Obr. 13 Asynchronní motorky VTS pro ventilátory.
Obr. 14 Nevýbušné trojfázové nízkonapěťové asynchronní motory.
5.3 ATAS elektromotory Náchod a.s. ATAS elektromotory Náchod, akciová společnost je firma s dlouholetou tradicí. V roce 1928 založil pan Antonín Taichman v Náchodě elektrotechnickou továrnu ATAS. Firma se od svého vzniku specializovala na výrobu elektromotorů malých výkonů a ventilátorů. V roce 1948 byl ATAS znárodněn a obchodní jméno změněno na MEZ Náchod. Po roce 1989 byl podnik privatizován. Dnem 1.5.1992 byla ustavena akciová společnost MEZ Náchod.
12
Rozhodnutím akcionářů se společnost od 1.1.1994 vrátila k původnímu obchodnímu jménu ATAS. Akciové společnosti nyní patří dva provozy. Provoz je situován v Náchodě a ve Velkém Poříčí. Výrobní zaměření se ani po privatizaci neodchyluje od tradice. ATAS vyrábí jak elektromotory pro všeobecné použití, tak i "zákaznické" motory, konstrukčně přizpůsobené účelu použití. Podnik zajišťuje vývoj a výrobu výrobků dle normy ČSN EN ISO 9001. Systém řízení jakosti je certifikován EZÚ Praha od roku 1996 (rozšíření certifikace i na vývoj od roku 1999). [4].
Obr. 15 Jednofázové motory s trvale připojeným kondenzátorem.
Obr. 16 Jednofázové motory se stíněným pólem
13
Obr. 17 Trojfázové motory
Obr. 18 Motor napájený z měniče
5.4 ESPO s.r.o. Firma ESPO s.r.o., která má sílo v Rožnově pod Radhoštěm a vyrábí stejnosměrné motory, trojfázové asynchronní motory (řada DK) a stejnosměrné motory se sériovým, kompaudním, cizím buzením (řada GN) a stejnosměrné motory s permanentními magnety (řada GN) určené pro pohony napájené z baterií, dále krokové a speciální motory. [13].
Obr. 19 Motory napájené z baterií 14
Obr. 20 Asynchronní motor "VECTORSPEED" určený pro napájení z vektorových měničů kmitočtu.
5.5 TES VSETÍN s.r.o. V roce 1919 založil Josef Sousedík Elektrotechnickou továrnu Josef Sousedík Vsetín, jež se stala předchůdcem firmy MEZ Vsetín a dnešní společnosti TES VSETÍN, s.r.o. Tehdy výrobní program tvořily především asynchronní a stejnosměrné motory. Po roce 1945 dochází k rychlému rozvoji firmy pod značkou MEZ Vsetín. Výrobní program byl rozšířen o komutátorové motory a zkušební stanoviště pro měření výkonu a otáček, později i o kompletní pohony se stejnosměrnými motory. Po roce 1989 dochází postupně k organizačním změnám i ke změně výrobního programu. Tradiční sortiment stejnosměrných motorů byl ve spolupráci se zahraničními partnery doplněn o výrobu synchronních generátorů a tvářecích strojů. V roce 1996 dochází k privatizaci strojírenské a elektrotechnické výroby bývalého MEZ Vsetín,s.p. společností TES VSETÍN, s.r.o. V dnešní době je firma výrobcem elektrických strojů, stejnosměrných motorů, synchronních generátorů, asynchronních generátorů, indukčních regulátorů napětí, svařovaných dílců, obráběných součástí a nářadí, především pro silnoproudou elektrotechniku a tvářecí techniku. [12].
15
Obr. 21 S160L DC Motor
5.5.1 Asynchronní motory s kotvou nakrátko řady MAK (5 – 1000 kW, 4 – 12 pólů)
Asynchronní motory řady MAK jsou vhodné pro různé druhy pohonů, především pro náročné aplikace v metalurgickém průmyslu. Jsou vhodné pro napájení ze sítě i z měničů. Vyznačují se robustní konstrukcí s dostatečným dimenzováním všech částí, použitím kvalitních materiálů a impregnantů, které zaručují vysokou provozní spolehlivost. Motory jsou vyráběny v zavřeném provedení IP54, případně IP55 nebo IP66. Zvýšenou životnost motorů zabezpečuje izolační systém třídy F. 5.5.2
Asynchronní generátory s kotvou nakrátko Asynchronní generátory řady GAK odpovídají specifickým požadavkům na
generátory pro vodní elektrárny. Vyznačují se robustní konstrukcí a dostatečným dimenzováním všech částí. Pro výrobu jsou zásadně použity jen kvalitní materiály a komponenty. Kostra je svařena z oceli. Rotor je proveden s ohledem na možný výskyt zvýšených otáček. Generátory jsou určeny pro paralelní provoz se sítí. [12].
5.6 SEW-EURODRIVE CZ s.r.o.
Firma SEW-EURODRIVE je mezinárodně působící společností, která ve světě zaměstnává přes 10.000 zaměstnanců s ročním obratem 1 032 milionů €. Firma má vedoucí světové postavení v oblasti pohonů a udává směr v dalším vývoji a technickém zdokonalování převodovek, elektromotorů a frekvenčních měničů.
16
Na českém trhu působí od roku 1990, v současnosti má čtyři pobočky v Čechách a jednu na Slovensku. V ČR zaměstnává přes 80 zaměstnanců. Firma dnes působí nejenom jako obchodní zastoupení německé matky, ale disponuje také vlastní montáží, servisem a je schopna nabídnout i řešení pohonů na klíč tj. dodání komponent pohonu, programování, uvedení do provozu až po zaškolení obsluhy.
Vzhledem k stavebnicovému uspořádání a standardizaci stavebních komponent převodovek, motorů a frekvenčních měničů je firma schopna uspokojit každý požadavek zákazníka na míru, přesně podle požadavků s dodáním i do 2 dnů. To společně s vysokou kvalitou firmě na českém trhu přineslo dominantní postavení.
V České republice má firma SEW mimo hlavního zastoupení v Praze také technické kanceláře v Brně, východních a západních Čechách. Na rozdíl od podobně působících firem pochází část produkce z montážního závodu v Praze. Toto vybavené pracoviště mimo montáže zajišťuje také spolu se servisní dílnou v plzeňském a olomouckém kraji nepřetržitý 24 hodinový servis. [9].
Obr. 22 Asynchronní servomotory CT/CV
17
Obr. 23 Třífázové asynchronní motory a třífázové asynchronní brzdové motory
5.6.1
Třífázové asynchronní motory DR, DT, DV Třífázové motory a třífázové brzdové motory konstrukčních řad DR / DT / DV
jsou ideální hnací agregáty pro standardní převodovky SEW-EURODRIVE. Ať již dvou-, čtyř-, šesti-, nebo osmipólové, nebo s přepínatelnými póly, velká rozmanitost variant vždy zaručuje nalezení správného motoru pro vaše zadání pohonu. V brzdových motorech SEW-EURODRIVE jsou integrovány bezpečnostní kotoučové brzdy buzené stejnosměrným proudem. Ovládání brzdy je standardně nainstalováno ve svorkové skříňce a může být dodáno rovněž v provedení do rozvaděče. Díky patentovanému dvoucívkovému brzdovému systému je dosahováno vysoké četnosti spínání a přesnosti polohování, což umožňují rovněž krátké odezvy. [9].
5.6.2
Asynchronní servomotory CT, CV Asynchronní servomotory konstrukční řady CT / CV se přednostně používají
tehdy, pokud je třeba při regulaci bezpečně zvládat vysoké setrvačné síly externích hmot na hřídeli motoru. Výjimečně kompaktní jednotka složená z převodovky a robustního asynchronního servomotoru ve čtyřech třídách otáček vybavená snímačem sin/cos s vysokým rozlišením zajišťuje vysokou kvalitu regulace i při nízkých otáčkách. Díky regulačnímu režimu CFC měničů MOVIDRIVE® je možné asynchronní
18
servomotory bezpečně a přesně polohovat při špičkových hodnotách až do 300 % jmenovitého momentu. [9].
5.7 MEZ, a.s Nedvědice Firma byla založena v Nedvědici v roce 1925 jako firma RADIOMOTOR. Tato firma vyráběla rotační měniče pro galvanizovny, kroužkové motory, stolní a stojanové dílenské brusky a další výrobky. Po roce 1948 byla firma začleněna do národního podniku MEZ – Moravské elektrotechnické závody. V průběhu let 1980 – 1990 byl závod zmodernizován, přestavěn a technologicky vybaven. Celková výrobní plocha byla rozšířena na 4800 m2. V r. 1998 byla firma zprivatizována a stala se soukromým subjektem s formou akciové společnosti. MEZ, a.s. Nedvědice je dnes komplexní subjekt. Používáním moderních technologií a díky R&D stále zlepšuje své standardy, a nabízí našim zákazníkům nejvhodnější řešení. MEZ, a.s. je díky přizpůsobování, flexibilitě a adaptabilitě jednou z největších výrobních firem v České republice stejně tak jako v CEE. Náš hlavní cíl je produkovat výrobky nejvyšší kvality a poskytovat nejvyšší úroveň služeb všem našim zákazníkům. [14].
Obr. 24 Motor ATM
5.7.1
Motory ATM Motory ATM jsou konstrukčně řešeny jako asynchronní jednorychlostní a
dvourychlostní elektromotory. [14].
19
Jednorychlostní výtahové motory ATM
Jednorychlostní výtahové motory mají otáčky 945 ot./min. Výška osy hřídele od základny je 118 a 135 mm. Tvar motoru - patkový IM 1001 (přední konec hřídele volný), patkový IM 1002 (oba konce hřídele volné).
Dvourychlostní výtahové motory ATM
Dvourychlostní výtahové motory jsou s dvojím galvanicky odděleným vinutím, každé je samostatně zapojeno do hvězdy. Počet otáček motoru je dán počtem pólů a výška osy hřídele od základny je 180 a 225 mm. [14].
5.7.2
Motory VTM Motory VTM jsou konstrukčně řešeny jako asynchronní dvourychlostní
elektromotory. Stupeň krytí motoru IP 23, stupeň krytí svorkovnice IP 44. Motory s dvojím galvanicky odděleným vypnutím, každé je samostatně zapojené do hvězdy (Y). Počet otáček motoru je dán počtem pólů. Výška osy hřídele od základny je 250 mm. Tvar motoru: patkový, přírubový. Na přání zákazníka je možné připojení cizí ventilace k motoru (výrobce doporučuje při počtu sepnutí více jak 120 cyklů za hod.) [14].
5.8 ŠKODA ELECTRIC s.r.o. ŠKODA
ELECTRIC
s.r.o.
je
předním
světovým
výrobcem
trakčních
elektronických pohonů, zdrojů i elektrických motorů pro trolejbusy, tramvaje, lokomotivy, příměstské vlakové jednotky, metro, důlní vozidla. [8].
5.8.1
Trolejbus ŠKODA 25 Tr IRISBUS Trolejbus ŠKODA 25Tr IRISBUS vznikl zástavbou trakční elektrovýzbroje
ŠKODA ELECTRIC do modifikované karoserie 18 metrového městského kloubového autobusu AGORA City Bus z produkce skupiny IRISBUS. Použitý asynchronní trakční
20
motor 18ML 3550 K/4 o jmenovitém výkonu 240kW pochází z řady asynchronních motorů ŠKODA, dlouhodobě provozně osvědčených nejen v trolejbusech vlastní výroby, ale i v trolejbusech dalších světových výrobců. Motor je vybaven převodovkou s konstantním převodovým poměrem. [8].
Obr. 25 Trolejbus 25 Tr IRISBUS
5.8.2
Lokomotiva ŠKODA 109 E Lokomotiva 109 E je primárně určena nejen k provozu na tratích České republiky,
ale i hlavních koridorech Evropské unie. Pro zajištění maximální interoperability je taktéž plně kompatibilní se systémem ETCS. Čtyři asynchronní trakční motory s vinutím do dvojité hvězdy poskytují jmenovitý výkon 6400 kW, umožňující lokomotivě 109 E bezpečně dosáhnout rychlosti až 200 km/h. [8].
Obr. 26 Lokomotiva ŠKODA 109 E
21
6
MODULOVÁ KONCEPCE KONSTRUKCE ELEKTROMOTORŮ
6.1 Měniče frekvence Moderní technika výkonových polovodičových měničů umožnila, aby výrobně nejjednodušší asynchronní motor s kotvou nakrátko se stal víceméně univerzální pohonnou jednotkou. V nejrůznějších aplikacích širokého výkonového rozsahu – od několika set wattů až do jednotek megawattů – je pohon tímto motorem řízeným polovodičovým měničem schopen plnit i nejnáročnější technologické požadavky řízení otáček, momentu či polohy. Současně však tento řízený pohon díky široké nabídce v mnoha případech nahradil dříve použitý neřízený pohon asynchronním motorem přímo připojeným k síti, a tak výrazně přispěl k zvýšení účinnosti, zkvalitnění technologie, popřípadě k dalšímu zlepšení vlastností poháněného zařízení.
Měnič frekvence je zařízení určené k plynulému řízení otáček popřípadě momentu, rozběhu a doběhu asynchronních motorů s kotvou nakrátko. Děje se tak řízením napájecí frekvence spojeným s řízením napětí pomocí polovodičového měniče frekvence. Zpravidla se pro tyto účely používá nepřímý napěťový měnič frekvence, sestavený z usměrňovače, stejnosměrného meziobvodu a tranzistorového střídače.
Obr. 27 Měnič frekvence
22
Vlastní řízení otáček motoru se provádí změnou frekvence současně s napětím motoru tak, aby v každém pracovním bodu byl motor optimálně elektricky i magneticky využit. Rozsah frekvence je prakticky od nuly až do jmenovité frekvence napájecí sítě, často i do kmitočtů vyšších, jak to připustí mechanická konstrukce motoru. Změny frekvence mají programově nastavitelnou rychlost – rampu včetně proudového omezení, čímž lze řídit rozběh a doběh motoru. [7].
6.1.1
Měniče frekvence firmy Mitsubishi Electric Společnost Mitsubishi Electric představuje úspěšnou a kompatibilní modelovou
řadu měničů frekvence FR-500, jejíž typové řady FR-SE500, FR-E500, FR-A540 a FRF740 mají shodné základní parametry a sjednocený způsob ovládání. Měniče
frekvence
Mitsubishi
Electric
(obr.28)
odpovídají
požadavkům
evropských norem pro bezpečnost a elektromagnetickou kompatibilitu. Pro všechny typy je k dispozici software VFD Setup (OS MS Windows 2000, XP), který umožňuje zobrazení průběhu proudu, napětí a frekvence měniče, simulaci funkce osciloskopu a archivaci parametrů podle potřeb aplikace. [7].
Obr. 28 Měniče frekvence Mitsubishi Electric
23
6.1.2
Měniče frekvence firmy Allen Bradley Pro jednoduché aplikace jsou určeny kompaktní měniče řady PowerFlex 4 a
PowerFlex 40. Jsou nabízeny ve výkonovém rozsahu 0,18 kW až 3,7 kW (PowerFlex 4) a 0,4 kW až 11 kW (PowerFlex 40) se vstupním napětím 100 až 120 V, 200 až 240 V, 380 až 480 V a 500 až 600 V) a vyrábějí se v krytí IP 20 (IP 30). Vysoká přesnost nastavení otáček bez nutnosti fyzické zpětné vazby. [7].
Obr. 29 Mněniče frekvence firmy Allen Bradley
Měniče lze programovat místně z panelu, pomocí PC nebo po sítích DeviceNet, Ethernet, ControlNet nebo Profibus. Měniče PowerFlex 4/40 také dovolují díky interní komunikaci RS-485 s protokolem Modbus RTU velmi jednoduchou a levnou komunikaci s nadřazenými řídicími systémy. Pro připojení vnějších signálů disponuje měnič jednotkou programovatelných vstupů a výstupů usnadňující přímé připojení podle požadavků uživatele. [7].
6.1.3
Měnič frekvence Frenic Eco firmy Fuji Electric Firma Fuji Electric vyrábí měniče frekvence již od 60. let minulého století.
Nejdříve to byly měniče tyristorové, později s bipolárními tranzistory a dnes s tranzistory IGBT (Insulator Gate Bipolar Transistor). Několik desítek let zkušeností se projevilo na vysoké technické úrovni a nadstandardní spolehlivosti. Fuji Electric je významným výrobcem výkonových modulů IGBT, mikroprocesorů a dalších součástek, které ve svých přístrojích používá i mnoho dalších výrobců výkonové elektroniky.
24
Koncem roku 2005 byl na trh uveden zcela nový měnič frekvence Frenic Eco (obr.30) pro aplikace topení, ventilace, klimatizace – HVAC. Jde o skalární měnič určený pro zátěže s kvadratickou momentovou charakteristikou. Velkou předností této typové řady je velká úspora energie v širokém rozsahu pracovních otáček. Měnič může při provozu s ventilátorem nebo čerpadlem uspořit až 50 % elektrické energie ve srovnání se standardním ventilátorem nebo čerpadlem s regulační klapkou. Ke správnému měniči pro aplikace HVAC patří samozřejmě také potřebné funkce, jako je automatické kaskádní řízení několika čerpadel včetně automatického řízení stykačů pro přepojování motorů z měniče na síť, a naopak. Přístroj měří motohodiny jednotlivých čerpadel a je schopen zapínat přednostně ty, které jsou nejméně opotřebované. U právě vypnutých čerpadel dokáže také zahřívat vinutí motoru tak, aby v nich nedocházelo ke kondenzaci vlhkosti
Obr. 30 Měnič frekvence Frenic Eco
Výhradním distributorem výrobků Fuji Electric pro Českou republiku a Slovensko je už více než 10 let firma Amtek, která má vlastní servisní středisko v Brně. [7]. 6.1.4
Frekvenční měniče MOVIDRIVE® MDX 60/61B od firmy SEWEURODRIVE.
Nové pohonové měniče MOVIDRIVE® konstrukční řady B vás přesvědčí větším množstvím základních funkcí, rozšířením v dolním výkonovém rozsahu, větší přetížitelností a modulární stavbou. Ve výkonovém rozsahu od 0,55 do 160 kW je tak možné bez omezení používat třífázové pohony s nejmodernější digitální technologií měničů. [9].
25
Obr. 31 Měniče MOVIDRIVE® konstrukční řady B
6.2 Softstartér Softstartér (vhodnější český název dosud neexistuje) je zařízení určené k plynulému rozběhu asynchronních motorů s kotvou nakrátko, tj. rozběhu s omezením proudových a momentových rázů. Plynulého rozběhu je dosahováno řízením napětí na svorkách motoru, při nezměněné síťové frekvenci, pomocí polovodičového měniče střídavého napětí. Používá se v širokém výkonovém rozmezí, pro motory o výkonu jednotek kilowattů (včetně jednofázových motorů) až po jednotky megawattů. Softstartér pro trojfázový motor je tvořen třemi dvojicemi antiparalelně zapojených fázově řízených tyristorů (pro menší výkony i třemi triaky) v síťovém přívodu motoru . Pro motory zapojené do trojúhelníku lze softstartér zapojit i uvnitř trojúhelníku (obr.32b), takže řídí pouze proud ve vinutí a ve srovnání s variantou řízení fázového proudu (obr.32a) může být méně proudově dimenzován; tohoto zapojení se využívá zejména u softstartérů větších výkonů. Kromě uvedeného plně řízeného zapojení měniče napětí existují i tzv. úsporná zapojení, kdy v každé dvojici součástek je jeden tyristor nahrazen diodou, nebo kdy dvojice tyristorů jsou zapojeny pouze ve dvou fázích motoru, zatímco třetí fáze je k síti připojena přímo.
26
Obr. 32 SoftStartér
Ve srovnání s měničem frekvence, který rovněž provádí plynulý rozběh motoru, neumožňuje softstartér zpravidla řízení otáček motoru – mechanické charakteristiky napěťově řízeného motoru nejsou k tomu příliš vhodné a měnič softstartéru není obvykle dimenzován na trvalý provoz. Toto omezení je ovšem kompenzováno podstatně jednodušším provedením silového i řídicího obvodu a tím i nižší cenou softstartéru. Používá se proto zejména k řízení rozběhu ventilátorů, čerpadel, kompresorů, a dále tam, kde se jedná o rozběh velkých setrvačných hmot a momentů setrvačnosti, jako je tomu u dopravníků, odstředivek apod. Softstartér není vhodný pro pohony s velkým záběrným momentem blížícím se momentu nakrátko motoru. [7].
6.2.1
Softstartéry Sirius 3RW40 a 3RW44 Firmy Siemens Nová řada sofstartérů Sirius 3RW40 společnosti Siemens výkonově navazuje na
typovou řadu Sirius 3RW30 (do 55 kW) a je určena pro pohony od 55 kW do 250 kW. Díky mimořádně kompaktní konstrukci jde o nejmenší přístroje v tomto výkonovém rozsahu na trhu. Od ostatních softstartérů se liší především jedinečným způsobem řízení rozběhu – až do 250 kW jsou řízeny pouze dvě fáze, aniž vznikají při rozběhu stejnosměrné složky
27
proudu. K dalším specifickým rysům patří vestavěné nadproudové jisticí relé. Sofstartéry Sirius 3RW44 jsou vybaveny maximálním souborem funkcí a řeší obtížné úlohy rozběhu a doběhu. Moderní způsob regulace točivého momentu dovoluje řízení rozběhu pohonů od 15 kW do 710 kW ve standardním zapojení nebo do 1 200 kW v zapojení „uvnitř trojúhelníku“. Sirius 3RW44 se vyznačuje moderním a ergonomickým nastavováním prostřednictvím čtyř tlačítek a menu na podsvíceném grafickém displeji. [11].
Obr. 33 Řada sofstartérů Sirius 3RW40
6.3 Převodovky
6.3.1
Převodovky TSA 031 a elektropřevodovky TSAE 031 Tvoří řadu 9 čelních, kuželových a kuželočelních převodovek ve 4 až 6
velikostech. Převodovky jsou konstruovány stavebnicovým způsobem, což umožňuje sestavit několik různých provedení při zachování daných osových vzdáleností a převodových poměrů. [10].
Obr. 34 Převodovky TSA 031aTSAE 031
28
6.3.2
Šnekové převodovky typu TS a ZAP Převodovky jsou určeny k pohonu nízkootáčkových strojů. Převodovka se skládá
ze šnekového hřídele ze zušlechtěného materiálu s nitridovým povrchem a šnekového kola, které je vyrobeno z kvalitního bronzu. Skříň převodovky je vyrobena ze šedé litiny. Převodovky jsou dodávané v různém provedení: s motorem, bez motoru, s čelní předlohou, se šnekovou předlohou, pro různé pracovní polohy. [10].
Obr. 35 Šnekové převodovky Typu TS a ZAP
6.4 Přímočaré pohony TMP Přímočaré mechanické pohony najdou uplatnění všude tam, kde se vyžadují kontrolované a řízené přimočaré pohyby při dostatečné tuhosti mechanického pohonu. Výhodou přímočarých mechanických pohonů je samosvornost celého mechanismu (při vypnutém pohonu). Převodovky se dají zapojit sériově pomocí torzních hřídelí a tak dosáhnout přesných a synchronních zdvihů na více místech při různém zatížení. [10].
29
Obr. 36 Přímočaré pohony TMP
6.5 Spojky
6.5.1
Zubové spojky Zubové spojky pro přenášený kroutící moment Mk od 10 do 55000 Nm
Obr. 37 Zubová spojka
6.5.2
Pružné spojky Pružné spojky s pryžovým elementem pro přenášený kroutící moment Mk od 23
do 2500 Nm. Další druhy spojek, upínacích elementů a pouzder v rozsahu výkonů a rozměrů prodávaných převodovek. [10].
Obr. 38 Pružná spojka
30
6.6 Uhlíky, Kondenzátory, Ventilátory, Brzdy
6.6.1
Uhlíky Uhlíkové kartáče a další výrobky z grafitu pro spolehlivý provoz Vašich
zařízení.V těchto zařízeních slouží k přenosu elektrického proudu z pevných částí na pohyblivé nebo naopak stejnosměrné a střídavé komutátorové motory.
6.6.2
Kondenzátory Kondenzátory jsou určeny pro rozběh (rozběhové) a provoz (běhové) jednofázově
napájených asynchronních motorů, nebo pro připojení třífázových motorů na jednofázovou síť.
6.6.3
Ventilátory Motory mají v normálním provedení radiální ventilátor, který chladí nezávisle na
směru otáčéní motoru. Při instalaci s omezeným přívodem je třeba dbát na to, aby byla dodržena dostatečná vzdálenost od stěny z důvodů zajištění chlazení. [6].
Obr. 39 Ventilátor
6.6.4
Brzdy Brzdy u asynchronních motorů slouží k zajištění motoru v požadované poloze.
Pracují na elektromagnetickém principu. [6].
31
7
ZÁVĚR V závěru bych provedl zhodnocení celé práce. Nejprve jsem zjistil informace o
konstrukčním provedení asynchronních motorů, kde jsou popsány jednotlivé části motoru a materiály, z kterých se vyrábí. Dále jsem shromáždil informace o výrobcích asynchronních motorů a jejich produktech distribuovaných na českém trhu. Následně jsem zjištoval, kde se používají, jaké mají označení a kolik druhů asynchronních motorů se vyrábí. V dnešní době mezi nejznámější výrobce v České republice patří firma Siemens, která má dlouholetou tradici a firma Škoda, která vyrábí lokomotivy a trolejbusy používané v hromadné dopravě. V další části mojí práce jsem zjištoval modulovou koncepci konstrukci asynchronních motorů, a jejich pomocné a doplňující zařízení. Podle mě jsou právě asynchronní morory s kotvou nakrátko nejpoužívanější motory vůbec, díky jejich spolehlivosti, úspoře elektrické energie, a nízkým výrobním nákladům. Dnes je řízení asynchronních motorů docela snadné, díky frekvenčním měničům a dalším pomocným zařízením, které pomáhají k jejich řízení a optimalizaci v provozu. Podle mého názoru budou mít dominantní postavení v průmyslových provozech asynchronní motory řízené frekvenčními měniči, díky stálemu zdokolování a zmenšování těchto prvků. Dále lze předpokládat, že poroste variabilita dodávaných frekvenčních měničů a pohonů v různých výkonových třídách. Také stále se rozvíjející počítačové technologie budou mít za následek častější používání tzv. umělé inteligence, která je na vzestupu hlavně v Japonsku.
32
8
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY 1. Prof. Ing. Zdeněk Zoubek,Csc., doc. Ing. Jiří Měřička,CSc.: Elektrické stroje. Praha: ČVUT, 1990. 2. Doc. Ing. Jiří Měřička,CSc., Prof. Ing. Dr. Václav Hamata, DrSc., Doc. Ing. Petr Voženílek, CSc.: Elektrické stroje. Praha: ČVUT, 1997. 3. Lukáš Aubrecht. Nové směry v konstrukci asynchronních motorů (bakalářská práce). Brno: MZLU, 2006. 4. Internet: www.atas.cz 5. Internet: www.embrno.cz 6. Internet: www.siemens.cz 7. Internet: www.automatizace.cz 8. Internet: www.skoda.cz 9. Internet: www.sew-eurodrive.cz 10. Internet: www.zpv-brno.cz 11. Internet: www.bold.cz 12. Internet: www.tes.cz 13. Internet: www.esporoznov.cz 14. Internet: www.mez.cz
33
9
SEZNAM OBRÁZKŮ
Obr. 1 Dvoufázový asynchronní motor ............................................................................. 7 Obr. 2 Trojfázový asynchronní motor............................................................................... 7 Obr. 3 Asynchronní motor s kotvou nakrátko ................................................................... 8 Obr. 4 Trojfázové asynchronní nízkonapěťové motory nakrátko v zajištěném provedení EEx e II1MA7.................................................................................................................... 9 Obr. 5 Trojfázové nevýbušné asynchronní motory nakrátko1MJ7 ................................... 9 Obr. 6 Jednofázové asynchronní motory nakrátko, zavřené1LF7 .................................. 10 Obr. 7 Trojfázové asynchronní motory s rotorem nakrátko1LG4, 1LG6 ....................... 10 Obr. 8 Trojfázové asynchronnínízkonapěťové motory nakrátko v zajištěném provedení EEx e II1MA7.................................................................................................................. 10 Obr. 9 Trojfázové nevýbušné asynchronní motory nakrátko1MJ7 ................................. 10 Obr. 10 Nevýbušné trojfázové asynchronní motory s rotorem nakrátkoAOM, AVM, AKM ........................................................................................................................................ 11 Obr. 11 Třífázový asynchronní motor 1AY s nezávislou ventilací.................................. 11 Obr. 12 Řada asynchronních motorů 4M ....................................................................... 12 Obr. 13 Asynchronní motorky VTS pro ventilátory. ....................................................... 12 Obr. 14 Nevýbušné trojfázové nízkonapěťové asynchronní motory................................ 12 Obr. 15 Jednofázové motory s trvale připojeným kondenzátorem.................................. 13 Obr. 16 Jednofázové motory se stíněným pólem............................................................. 13 Obr. 17 Trojfázové motory.............................................................................................. 14 Obr. 18 Motor napájený z měniče................................................................................... 14 Obr. 19 Motory napájené z baterií.................................................................................. 14 Obr. 20 Asynchronní motor "VECTORSPEED" určený pro napájení z vektorových měničů kmitočtu. ............................................................................................................. 15 Obr. 21 S160L DC Motor ............................................................................................... 16 Obr. 22 Asynchronní servomotory CT/CV...................................................................... 17 Obr. 23 Třífázové asynchronní motory a třífázové asynchronní brzdové motory .......... 18 Obr. 24 Motor ATM ........................................................................................................ 19 Obr. 25 Trolejbus 25 Tr IRISBUS................................................................................... 21 Obr. 26 Lokomotiva ŠKODA 109 E ................................................................................ 21 Obr. 27 Měnič frekvence ................................................................................................. 22 Obr. 28 Měniče frekvence Mitsubishi Electric................................................................ 23 Obr. 29 Mněniče frekvence firmy Allen Bradley............................................................. 24 Obr. 30 Měnič frekvence Frenic Eco .............................................................................. 25 Obr. 31 Měniče MOVIDRIVE® konstrukční řady B ....................................................... 26 Obr. 32 SoftStartér.......................................................................................................... 27 Obr. 33 Řada sofstartérů Sirius 3RW40 ......................................................................... 28 Obr. 34 Převodovky TSA 031aTSAE 031........................................................................ 28 Obr. 35 Šnekové převodovky Typu TS a ZAP ................................................................. 29 Obr. 36 Přímočaré pohony TMP .................................................................................... 30 Obr. 37 Zubová spojka.................................................................................................... 30 Obr. 38 Pružná spojka .................................................................................................... 30 Obr. 39 Ventilátor ........................................................................................................... 31
34
