Trojfázové motory, asynchrónne motory

Milióny kombinácií pohonu Vám umožní naša stavebnica pre trojfázové motory. A to na celom svete: pretože trojfázové motory spĺňajú všetky triedy účinnosti až po IE4 a pokrývajú výkonový rozsah od 0,09 kW do 225 kW. Zo širokej ponuky bŕzd, snímačov, konektorov, externých ventilátorov, špeciálnych povrchových úprav a náterov vám naša stavebnica poskytne presne požadovaný pohon.

Čo je trojfázový motor?

Trojfázový motor
Trojfázový motor

Skupina strojov s točivým poľom zahŕňa elektrické stroje, ktorých princíp fungovania je založený na magnetickom poli obiehajúcom v medzere medzi statorom a rotorom. Najdôležitejším a najčastejšie používaným pracovným strojom tejto skupiny je asynchrónny trojfázový indukčný motor vo vyhotovení ako kotva nakrátko. Vyznačuje sa týmito vlastnosťami:

  • jednoduchá a robustná konštrukcia
  • vysoká prevádzková spoľahlivosť
  • prevádzka nenáročná na údržbu
  • nízka cena

V elektrickej pohonnej technike sa spravidla používajú tieto elektromotory:

  • asynchrónne trojfázové motory (kotva nakrátko, krúžková kotva, momentový motor)
  • asynchrónne jednofázové striedavé motory
  • asynchrónne alebo synchrónne servomotory
  • Jednosmerné motory

Pretože je možné otáčky pomocou trojfázových motorov s frekvenčným meničom ovládať lepšie, jednoduchšie a s menšou údržbou, strácajú jednosmerné motory a trojfázové motory s krúžkovou kotvou stále viac na význame. Iné konštrukčné typy trojfázového asynchrónneho motora majú v pohonnej technike iba nízku prioritu. Preto sa tu nebudeme bližšiemu opisu venovať.

Ak skombinujeme elektromotor, ako napríklad trojfázový motor, s prevodovkou, získame takzvaný prevodový motor. Nezávisle od elektrického princípu daného motora pripadá spôsobu jeho montáže na prevodovku veľký význam pre mechanickú konštrukciu motora. Spoločnosť SEW-EURODRIVE na to používa špeciálne prispôsobené motory.

Ako funguje trojfázový motor?

Konštrukcia

Rotor

Na drážkach plechového zväzku rotora sa nachádza vstreknuté alebo vložené vinutie (napr. z hliníka a/alebo medi). To je na oboch koncoch pomocou kruhov z rovnakého materiálu spojené nakrátko. Tyče s kruhmi nakrátko pripomínajú klietku. Odtiaľ pochádza druhý obvyklý názov pre trojfázové motory: „motor s klietkovým rotorom“.

Stator

Vinutie zaliate umelou živicou je vložené do polouzavretých drážok plechového zväzku statora. Počet a krok cievky sa líšia, aby sa dosiahli rôzne počty pólov (= otáčky). Spoločne so skriňou motora tvorí zväzok plechov takzvaný stator.

Ložiskové štíty

Ložiskové štíty z ocele, sivej liatiny alebo hliníkového tlakového odliatku uzatvárajú vnútrajšok motora zo strany A a B. Konštrukčné vyhotovenie v prechode k statoru určuje krytie motora.

Hriadeľ rotora

Zväzok plechov na strane rotora sa nanesie na oceľový hriadeľ. Oba konce hriadeľa siahajú na strane A a B skrz ložiskové štíty. Na strane A je upevnený koniec hnacieho hriadeľa (pri prevodovom motore vytvorený ako pastorkový čap); na strane B je namontovaný ventilátor so svojimi lopatkami na vlastnú ventilácii a/alebo doplnkové systémy ako mechanické brzdy a snímače atď.

Skriňa motora

Motorové skrine môžu byť pri malom až strednom výkone vyrobené z hliníkového tlakového odliatku. Skrine všetkých výkonnostných tried sú ale okrem toho vyrábané tiež zo sivej liatiny. Na skrini je namontovaná svorková skriňa, v ktorej sú konce vinutia statora napojené na blok svoriek na elektrické zapojenie u zákazníka. Chladiace rebrá zväčšujú povrch skrine a navyše zvyšujú odovzdávanie stratového tepla do okolia.

Ventilátor, kryt ventilátora

Ventilátor na konci hriadeľa na strane B je zakrytý krytom. Ten usmerňuje prúd vzduchu, ktorý vzniká pri točivom pohybe nezávisle od smeru otáčania rotora cez rebrá skrine. Voliteľná ochranná strieška zabraňuje tomu, aby (malé) časti padali pri zvislých typoch konštrukcie mriežkou krytu ventilátora.

Ložiská

Ložiská v ložiskových štítoch na strane A a B mechanicky spájajú otáčavé časti s nepohyblivými časťami. Väčšinou sa používajú radiálne guľôčkové ložiská, menej často cylindrické valčekové ložiská. Veľkosť ložísk závisí od síl a otáčok, ktoré musia dané ložisko zachytávať. Rôzne tesniace systémy zaisťujú, aby boli v ložisku zachované potrebné mazacie vlastnosti a aby oleje a/alebo tuky neunikali.

Princíp fungovania

Symetrický, trojitý systém vinutia statora je napojený na sieť trojfázového prúdu príslušného napätia a frekvencie. V každej z troch vetví vinutia pretekajú sínusové prúdy s rovnakou amplitúdou, ktoré sú časovo vzájomne preložené o 120°. Vďaka rovnako priestorovo o 120° preloženým vetvám vytvára stator magnetické pole, ktoré obieha s frekvenciou priloženého napätia.

Toto obiehajúce magnetické pole – stručne nazývané točivé pole – indukuje vo vinutí rotora, resp. v tyčiach rotora elektrické napätie. Pretože je vinutie prostredníctvom kruhu zapojené nakrátko, pretekajú skratové prúdy. Spoločne s točivým poľom generujú sily a vytvárajú cez polomer rotora točivý moment, ktorý rotor urýchľuje smerom k točivému poľu z hľadiska otáčok. S rastúcimi otáčkami rotora klesá frekvencia generovaného napätia v rotore, pretože rozdiel medzi otáčkami točivého poľa a otáčkami rotora sa zmenšuje.

Vďaka tomu nižšie indukované napätia teraz spôsobujú nižšie prúdy v rotorovej klietke, a tým menšie sily a menšie točivé momenty. Pokiaľ by rotor dosiahol rovnaké otáčky ako točivé pole, obiehal by synchrónne a nebolo by indikované žiadne napätie – motor by nemohol následne vytvárať točivý moment. Záťažový moment a trecie momenty v ložiskách ale spôsobujú rozdiel medzi otáčkami rotora a točivého poľa a tým výslednú rovnováhu medzi urychľujúcim momentom a záťažovým momentom. Motor beží asynchrónne.

V závislosti od zaťaženia motora je tento rozdiel väčší alebo menší, ale nikdy nulový, pretože aj v chode naprázdno je vždy v hre trenie. Ak záťažový moment prekročí urýchľujúci moment maximálne vyprodukovateľný motorom, „preklopí“ sa motor do neprípustného prevádzkového stavu, ktorý sa prípadne prejaví tepelne ničivým účinkom.

Tento relatívny pohyb medzi otáčkami točivého poľa a mechanickými otáčkami , ktorý je nutný na fungovanie, je definovaný ako sklz a udáva sa ako percentuálna hodnota otáčok točivého poľa. Pri motoroch malého výkonu môže sklz činiť 10 až 15 percent, trojfázové motory väčšieho výkonu majú sklz cca 2 až 5 percent.

Prevádzkové správanie

Trojfázový motor s kotvou nakrátko prijíma elektrický výkon z napäťovej siete a premieňa ho na mechanický výkon – to znamená na otáčky a točivý moment. Pokiaľ by motor pracoval bez strát, odpovedal by odovzdaný mechanický výkon Pod. prijatému elektrickému výkonu Ppr..

Ako je nevyhnutné pri akejkoľvek premene energie, dochádza aj v trojfázovom motore s kotvou nakrátko k stratám: Straty v medi PCu a straty v tyči PZ vznikajú zahrievaním, ktoré prebieha vo vodiči pod prúdom. Straty v železe PFe vznikajú zahrievaním pri premagnetovaní plechového zväzku so sieťovou frekvenciou. Straty trením PRb vznikajú trením v ložiskách a straty vetraním vznikajú používaním vzduchu na chladenie. Pomer medzi odovzdaným a prijatým výkonom je definovaný ako účinnosť stroja.

Účinnosť je stále dôležitejšia

Kvôli legislatívnym požiadavkám sa v posledných rokoch stále viac dbá na používanie motorov s vyššími účinnosťami. Príslušné normatívne ustanovenia definujú triedy účinnosti, ktoré boli výrobcom prevzaté do technických údajov. Aby sa hlavné straty závislé od stroja znížili, znamená to pre konštrukciu elektromotora:

  • zvýšené použitie medi vo vinutí motora (PCu)
  • lepší materiál plechu (PFe)
  • optimalizovanú geometriu ventilátora (PRb)
  • energeticky optimálne uloženie

Ak nakreslíme točivé momenty a prúd nad otáčkami, obdržíme charakteristickú krivku točivý moment-otáčky trojfázového motora s kotvou nakrátko. Až do dosiahnutia stabilného pracovného bodu motor po každom zapnutí prebehne túto charakteristiku. Počet pólov, konštrukčné vyhotovenie a materiál vinutia rotora ovplyvňujú priebeh charakteristík. Znalosť týchto charakteristík je obzvlášť dôležitá pri pohonoch, ktoré sú prevádzkované so záťažovými momentmi (napr. zdvíhacie ústrojenstvo).

Ak je záťažový moment pracovného stroje vyšší ako sedlový moment, uviaznu otáčky rotora „v sedle“. Motor už nedosiahne svoj menovitý prevádzkový bod, teda stabilný, tepelne bezpečný pracovný bod. Ak je záťažový moment dokonca vyšší ako rozbehový moment, zostane motor stáť. Ak sa bežiaci pohon preťaží (napr. nadmerne naložený dopravník), klesajú otáčky s rastúcim zaťažením. Ak záťažový moment prekročí moment zvratu, motor sa „preklopí“ a otáčky klesnú na otáčky sedla alebo dokonca na nulu. Všetky scenáre vedú k veľmi vysokým prúdom v rotore a statore, takže sa obidva veľmi rýchlo zahrejú. Ak nie sú k dispozícii žiadne vhodné ochranné zariadenia, môže toto privodiť tepelné zničenie motora – motor sa „spáli“.

Tepelne triedy

Teplo vznikajúce v elektrickom vodiči, ktorým preteká prúd, je závislé od odporu vodiča a veľkosti prúdu, ktorý ním preteká. Časté zapínanie a rozbiehanie so záťažovým momentom veľmi silne tepelne zaťažuje trojfázový motor s kotvou nakrátko. Prípustné zahriatie motora závisí od teploty chladiaceho média (napr. vzduchu), ktoré ho obklopuje a od tepelnej odolnosti izolačného materiálu vinutia.

Maximálne prípustné oteplenie motorov je upravené rozdelením na tepelné triedy (skôr nazývané tiež „triedy izolácie“) (IEC 60034). Motor musí byť možné v tepelnej triede, v ktorej bol vyrobený, prevádzkovať s trvalým nadmerným oteplením podmieneným svojím menovitým výkonom bez toho, aby pri tom utrpel škodu. Pri teplote chladiva maximálne 40 °C platí ako prípustné medzné oteplenie napríklad v tepelnej triede 180(H)³= 125 °C.

Prevádzkové režimy

  • Najjednoduchším druhom prevádzky je zaťaženie konštantným záťažovým momentom. Trvalým zaťažením v menovitom bode motor dosiahne tepelný ustálený stav po určitej dobe. Tento prevádzkový režim sa nazýva trvalá prevádzka S1.
  • V krátkodobej prevádzke S2 je motor počas určitého časového intervalu (tB) v prevádzke s konštantným zaťažením. V tomto časovom intervale motor ešte nedosiahne tepelný ustálený stav. Nasleduje doba pokoja, ktorú je nutné navrhnúť dlhú tak, aby motor opäť dosiahol teplotu chladiva.
  • V prerušovanej prevádzke S3 je motor počas určitého času (tB) v prevádzke s konštantným zaťažením. Pritom nesmie mať rozbeh vplyv na zahriatie motora. Potom nasleduje určitý čas pokoja (tSt). Pri tomto prevádzkovom režime sa udáva relatívny čas zapnutia (ED), ktorý podľa IEC 60034-1 exemplárne uvádza pomer prevádzkovej doby k času cyklu (= prevádzková doba + čas pokoja) 10 minút.

Príklad: Prevádzkový režim S3/40% je teda, keď motor je striedavo 4 minúty zapnutý a 6 minút vypnutý.

Čo je početnosť spínaní?

Prípustná početnosť spínaní uvádza, ako často je možné motor bez tepelného preťaženia za jednu hodinu zapnúť. Závisí od:

  • zrýchľujúcich hmotnostných momentov zotrvačnosti
  • času rozbehu
  • teploty prostredia
  • času zapnutia

Prípustnú početnosť spínania motora je možné zvýšiť pomocou týchto opatrení:

  • zvýšenie tepelnej triedy
  • voľba nasledujúceho väčšieho motora
  • montáž externého ventilátora
  • zmena redukcie prevodovky a tým pomerov hmotnostnej zotrvačnosti

Čo sú trojfázové motory s kotvou nakrátko s prepínaním pólov?

Trojfázové motory s kotvou nakrátko je možné vďaka prepínaniu pólov prevádzkovať s rôznymi otáčkami . Vložením viacero vinutí do drážok statora alebo obrátením smeru prietoku prúdu v jednotlivých častiach vinutia dosiahneme rôzne počty pólov. Pri samostatných vinutiach činí výkon na počet pólov menej než polovicu výkonu jednootáčkového motora rovnakej konštrukčnej veľkosti.

Trojfázové prevodové motory s prepínaním pólov sa používajú ako pohony pojazdu. Rýchlosť pojazdu je pri prevádzke s nízkym počtom pólov vysoká. Za účelom polohovania sa prepne na vysokopólové vinutie s malými otáčkami. Pri prepnutí si motor vďaka zotrvačnosti hmoty najprv zachová svoje vysoké otáčky. Trojfázový motor v tejto fáze pracuje ako generátor a spomaľuje. Kinetická energia sa premenuje na elektrickú energiu a je privádzaná späť do siete. Nevýhodou je veľký momentový ráz pri prepínaní, ktorý je možné ale znížiť vhodným zapojením.

Aktuálny vývoj cenovo výhodných meničov napomáha nahradzovaniu motorov s prepínáním pólov jednootáčkovými, frekvenčne riadenými motormi pre mnoho aplikácií.

Jednofázové motory

Jednofázový motor je dobrou voľbou, pokiaľ aplikácie nevyžadujú vysoký rozbehový, resp. štartovací moment, sú napojené na jednofázovú striedavú sieť a používa sa skôr malý výkon (<= 2,2 kW). K typickým príkladom použitia patria ventilátory, čerpadlá a kompresory. Dva zásadné konštrukčné rozdiely, s ktorými sa tu stretávame:

Jednak sa klasický asynchrónny trojfázový motor pripája iba k fáze a nulovému vodiču. Tretia fáza sa nastaví cez fázový posun pomocou kondenzátora . Pretože kondenzátor nemôže vytvoriť fázový posuv 120°, ale iba 90°, navrhuje sa tento druh jednofázového motora spravidla iba s dvoma tretinami výkonu porovnateľného trojfázového motora.

Druhý spôsob, ako skonštruovať jednofázový motor, spočíva v prispôsobení techniky vinutia. Miesto trojfázového vinutia sú realizované iba dve fázy, a tie navyše odlišne ako hlavná a pomocná fáza. Cievky, priestorovo teraz odsadené o 90°, sú pomocou kondenzátora tiež časovo napájané prúdom s odsadením o 90°, čím vzniká točivé pole. Nerovnaké prúdové pomery hlavného a pomocného vinutia spravidla rovnako umožňujú iba dve tretiny výkonu trojfázového motora rovnakej konštrukčnej veľkosti. Typické motory pre jednofázovú prevádzku sú kondenzátorový motor, motor s tienenými pólmi a rozbiehajúci sa motor, ktorý si vystačí bez kondenzátorov.

Spoločnosť SEW-EURODRIVE má v sortimente obidva konštrukčné typy jednofázových motorov – motory DRK... Obidva sú dodávané s integrovaným prevádzkovým kondenzátorom. Pretože je umiestnený priamo v svorkovej skrini, zabráni sa narušeniu kontúr. S prevádzkovým kondenzátorom je pre rozbeh k dispozícii cca 45 až 50 percent menovitého momentu.

Momentové motory

Momentové motory sú špeciálne vyhotovenie trojfázových motorov s klietkovým rotorom. Sú dimenzované tak, aby aj pri nulových otáčkach mali iba tak vysoký odber prúdu, aby sa nemohli sami tepelne zničiť. To je vhodné napríklad pri otváraní dverí, nastavovaní výhybiek alebo pri tvárniacich nástrojoch , keď je nutné dosiahnuť polohu a elektromotoricky ju bezpečne držať.

Ďalší bežný druh prevádzky je takzvaná prevádzka s protiprúdovou brzdou: Vonkajšia záťaž je schopná rotor pretáčať proti smeru otáčania točivého poľa. Točivé pole „brzdí“ otáčky a odoberá systému generátorickú energiu, ktorá je privádzaná späť do siete – akési točivé brzdenie bez mechanickej brzdnej práce.

Spoločnosť SEW-EURODRIVE ponúka prostredníctvom radu DRM.. 12-pólové momentové motory, ktoré sú termicky dimenzované na trvalé použitie s návrhovým točivým momentom v pokoji. Momentové motory SEW-EURODRIVE sú vhodné pre rôzne požiadavky a rýchlosti a sú ponúkané v závislosti od prevádzkového režimu až s tromi návrhovými točivými momentmi.

Trojfázové motory do výbušného prostredia

Trojfázové motory do výbušného prostredia
Trojfázové motory do výbušného prostredia

Ak sa elektromotory používajú v prostredí ohrozenom výbuchom (podľa smernice EU 2014/34/EÚ; ATEX), je nutné pri pohonoch vykonať určité ochranné opatrenia. Spoločnosť SEW-EURODRIVE k tomu ponúka podľa oblasti použitia a regiónu rôzne vyhodnotenia.

Hybridné motory: „asynchrónne“ a „synchrónne“ v jednom motore

Pre aplikácie, ktoré sú prevádzkované priamo na sieti a musia mať navyše synchrónne otáčky, ponúka spoločnosť SEW-EURODRIVE takzvané motory LSPM . LSPM znamená Line Start Permanent Magnet. Motor LSPM je trojfázový asynchrónny motor s dodatočnými permanentnými magnetmi. Rozbieha sa asynchrónne, následne sa synchronizuje na napájaciu frekvenciu a potom už beží v synchrónnej prevádzke. Technológia motorov, ktorá otvára nové, flexibilné možnosti použitia v pohonnej technike .

Tieto kompaktné hybridní motory v prevádzke nevykazujú žiadne rotorové straty a imponujú vysokou účinnosťou. Konštrukčná veľkosť motora DR..J s technológiou LSPM je oproti sériovému motoru s rovnakým výkonom a pri rovnakej triede účinnosti o dva stupne menšia.

Prejsť na kontaktný formulár

Sme tu pre vás!

Máte konkrétnu otázku a chceli by ste od nás poradiť? Pošlite nám správu so svojimi otázkami.

Kontaktujte nás

Poslední návštěva