Spouštění trojfázových asynchronních motorů a změna smyslu jejich otáčení

Asynchronní motor odebírá při spouštění velký záběrný proud, jehož časový průběh má zkratový charakter a který je omezen jen impedancí motoru nakrátko. Velikost záběrného proudu je přibližně 4-7 násobek jmenovitého proudu u motoru s kotvou nakrátko a až 2 násobek u strojů s kotvou kroužkovou (vinutou). Smysl otáčení (reverzaci chodu) změníme u asynchronního motoru záměnou dvou fází napájení.

Spouštění přímým připojením asynchronního motoru na síť

Přímé připojení je nejjednodušší a provozně nejspolehlivější způsob spouštění. Užívá se všude tam, kde je dostatečně dimenzovaná síť. V distribučních sítích lze takto spouštět motory přibližně do velikosti 3kW.

Spouštění při sníženém napětí

Záběrný proud můžeme omezit s přihlédnutím k dostatečnému hnacímu momentu snížením napájecího napětí. V našem případě, za laboratorních podmínek, snížíme napětí řiditelným zdrojem přibližně na jednu třetinu jmenovité hodnoty a na ampérmetru sledujeme velikost záběrného proudu při rozběhu motoru, změnu proudu s nárůstem otáček a dobu trvání záběrného proudu.

V praxi, kde není možnost regulovat zdroj, vřazujeme do přívodů rezistory nebo tlumivky, takže napětí na motoru při spouštění je nižší než jmenovité. Záběrný moment ovšem poklesne z hodnoty Mz při jmenovitém napětí na hodnotu

kde U1n je jmenovité napětí, U1 snížené napětí při spouštění, Iz záběrný proud při jmenovitém napětí, I1 záběrný proud při sníženém napětí

Spouštění asynchronních motorů přepínáním hvězda - trojúhelník

Jedním ze způsobů omezení záběrných proudů při spouštění trojfázových asynchronních motorů s kotvou nakrátko středních výkonů je přepínání statorového vinutí z hvězdy (rozběh) do trojúhelníku (běh). Podmínkou je, aby vinutí motoru bylo navrženo tak, že jeho jmenovité napětí při spojení do trojúhelníku odpovídá sdružené (mezifázové hodnotě napětí sítě a aby vinutí mělo vyvedeny všechny začátky a konce jednotlivých fází.

Při spojení do hvězdy je napětí na jedné fázi motoru Us/Ö 3 (při spojení do trojúhelníku Us). Při fázové impedanci Z je poměr proudů pro obě spojení ve vinutí jedné fáze IY/ID =1/Ö 3 a v síťových přívodech k motoru IYs/ID s=1/(Ö 3.Ö 3). Při přepnutí do hvězdy poklesne tedy síťový proud na 1/3 hodnoty, kterou by měl při spojení do trojúhelníku. Vzhledem k tomu, že záběrný moment je úměrný druhé mocnině fázového napětí, je poměr záběrných momentů MY/MD =1/3.

Momentová charakteristika

Momentová charakteristika je závislost točivého momentu asynchronního stroje na otáčkách nebo skluzu. V našem případě budeme charakteristiku měřit při tak sníženém napětí, agy v celém rozsahu otáček proud nepřekročil 1,1 In. Tento proud měříme současně s momentem a rovněž jej vyneseme do stejného grafu při zachování měřítka otáček (skluzu).

Pro měření v brzdné a generatorické bude kotva cejchovaného stroje připojena na řiditelný zdroj stejnosměrného napětí (umožňující rekuperaci) místo k proměnnému rezistoru, jak je nakresleno na obr. Pro následující měření pracovních charakteristik jsou pro měření činného ´příkonu zapojeny dva wattmetry v Aronově zapojení.

Změřený moment je třeba korigovat. Pro moment na hřídeli měřeného motoru platí:

kde Mmer je změřený moment, D M korekční moment, který je zadán graficky jako funkce otáček a budicího proudu cejchovaného stroje. Korekční moment je kladný (záporný), jestliže cejchovaný stroj pracuje jako generátor (motor).

Moment a proud naměřený při sníženém napětí přepočteme na jmenovité napětí Un podle vztahů

kde M (I) je moment (proud) naměřený při sníženém napětí, Un (U) jmenovité (snížené) napětí.

Pracovní charakteristiky

Pracovní charakteristiky jsou závislosti příkonu, proudu, účinnosti, skluzu a účiníku na výkonu při jmenovitém napětí. Příkon a proud měříme přímo, účinnost, skluz a účiník vypočteme. Pracovní charakteristiky měříme pro kontrolu zaručených hodnot i výpočtu asynchronních motorů.

Měříme točivý moment, otáčky, elektrický příkon a proud. Z naměřených hodnot vypočteme další veličiny podle následujících vztahů:

Mechanický výkon vypočteme z měřeného momentu a úhlové rychlosti otáčení hřídele

kde M je změřený a korigovaný moment M = Mmer ± D M, W úhlová rychlost (mechanická) rotoru

kde n jsou změřené otáčky za min.

Příkon motoru určíme z údajů obou wattmetrů

kde kW je konstanta wattmetrů (W/d), a 1, a 2 jsou výchylky wattmetrů

Proud asynchronního motoru určíme jako střední aritmetickou hodnotu údajů obou ampérmetrů

Účinnost vyjádřená v procentech

kde P (P1) je výkon (příkon) asynchronního motoru.

Skluz vypočteme z údaje otáčkoměru

kde ns jsou synchronní otáčky vypočtené z frekvence a počtu pólových dvojic podle vztahu

Pro výpočet účiníku platí

kde P1 je příkon asynchronního motoru, U1n jmenovité napětí (sdružená hodnota) a I1 proud motoru

Naměřené hodnoty

Momentová charakteristika

n [ot]

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

M [N.m]

0,87

0,86

0,87

0,82

0,78

0,69

0,57

0,57

0,6

0,64

0,68

0,72

0,75

0,72

0,49

-0,27

-1,62

I [A]

3,95

3,9

3,85

3,8

3,75

3,7

3,6

3,55

3,45

3,3

3,15

2,9

2,6

2,1

1,8

0,5

1,9

Mkor [N.m]

0,75

0,76

0,80

0,77

0,76

0,69

0,59

0,62

0,67

0,74

0,80

0,86

0,92

0,91

0,71

-0,51

-1,88

Mvyp [N.m]

2,61

2,58

2,61

2,46

2,34

2,07

1,71

1,71

1,80

1,92

2,04

2,16

2,25

2,16

1,47

-0,81

-4,86

Pracovní charakteristiky

I [A]

4,5

4,25

4

3,75

3,5

3,25

3,1

3,35

P1 [W]

1350

1260

1140

1005

870

705

420

0

n [ot]

922

930

936

947

958

969

988

1013

M [N.m]

6,73

6,14

5,47

4,74

3,82

2,77

0,8

-2,37

Mkor [N.m]

6,95

6,36

5,69

4,97

4,05

3,00

1,04

-2,61

P [W]

650

598

536

470

383

281

83

-251

h [%]

48,1

47,5

47,0

46,8

44,0

39,9

19,7

0,0

s [%]

7,80

7,00

6,40

5,30

4,20

3,10

1,20

-1,30

cos j

0,787

0,778

0,748

0,703

0,652

0,569

0,356

0,000

Hodnocení

Momentová charakteristika vyšla podle předpokladu až na to, že v generátorické oblasti byla příkřejší a delší. U pracovních charakteristik jsme se nedostali na charakteristice k maximu průběhu účinnosti.

Grafy