Az aszinkron (indukciós) gép.

Átírás

1 33 Az azinkron (indukció) gép. Az azinkron gép forgóréz tekercelée kalická, vagy cúzógyűrű. A kalická tekercelé általában a (hornyokban) zigeteletlen vezetőrudakból é a rudakat a forgóréz vatet két homlokfelületén özekötő rövidrezáró gyűrűkből áll. A cúzógyűrű vagy tekercelt forgóréz ugyanolyan pólupárzámú tekercelét tartalmaz, mint az állóréz. A forgóréz tekercelé áramának kivezetéére zolgál a gép tengelyére zigetelten felerőített 3 cúzó kontaktu, 3 cúzógyűrű. Innen az elnevezé. Egy egykalická forgórézt, ill. egy cúzógyűrű motor zerkezeti rézeit (kefe zerkezeteit, pajzokat, a tekercelt állórézt) látjuk a 3.4. ábrán. egykalická forgóréz 3.4. ábra 1 kefék; 2 kefetartó; 3 kefe emelő kar; 4,9 pajzok; 5 állóréz tekercelé; 6 kozorú; 7 állóréz lemezek; 8 catlakozó kapcok cúzógyűrű motor főbb zerkezeti rézei A forgó mező ω 0 zögebeége, ill. az n 0 percenkénti fordulatzáma, amit zinkron zögebeégnek, ill. fordulatzámnak i nevezünk: ω 0 ω 2 π = = f p p 1 1 f1, n 0 = 60 p ahol f 1 az állóréz áram frekvenciája, p a pólupárok záma. Működé közben a forgó mező - a külő mágne- erővonalai metzik az állóréz é a forgóréz tekerceit, é bennük fezültéget indukálnak. Az állóréz tekerceiben indukált fezültég é a tekerceken létrejövő fezültégeéek özege a hálózat fezültégével tart egyenúlyt. Az ω ω o zögebeégű forgóréz tekerceiben indukált fezültég a forgóréz tekercelé zárt áramköreiben áramot indít. Ez hozza létre a belő mágnet. A forgóréz áram é a forgó mező egymára hatáából erő ill. nyomaték keletkezik, amely a Lenz törvény értelmében a forgó mező é a forgóréz

2 34 zögebeég különbégét az (ω o -ω)-t cökkenteni igyekzik. Ha a forgóréz zögebeége kiebb a zinkron zögebeégnél - a nyomaték iránya megegyezik a forgáiránnyal, - amely a forgórézt é a vele tengelykapcolatban lévő gépet hajtja. Ha a forgóréz zögebeége nagyobb a zinkron zögebeégnél - a nyomaték iránya ellentéte a forgáiránnyal -, amely a forgórézt é az azt hajtó gépet fékezi. A zögebeég nem érheti el a zinkron zögebeéget, mert akkor teljeen megzűnne az indukált áram é a forgatónyomaték. Vagyi az ω=ω o kivételével minden nem zinkron zögebeégnél van nyomaték. Innen az azinkron elnevezé. Mivel a forgóréz áramok indukció révén keletkeznek, e gépeket indukciónak i nevezik. A külő é belő mágne minden ω-nál együtt marad, relatív helyzetük változatlan marad, mert a forgóréz ω zögebeégénél a forgórézben indukált áramok elozláa egy olyan forgó mezőt (belő mágnet) hoz létre, ami pontoan (ω 0 -ω)-val forog a forgóréz vatetéhez képet. Azaz eredőben együtt forog a külő mágneel. Az üzem fonto jellemzőjeként definiálták a forgó mező é a forgóréz zögebeég különbégének vizonyát a mező zögebeégéhez, ez a zlip (cuzamlá). ω 0 ω =. ω Ebből a zögebeég: ω = ω ( ) 0 1. A zlip névlege értéke n =(1...6)%. Amíg a terhelőnyomaték 0-ról M n -ig nő, a zögebeég a zinkronhoz képet n %-kal cökken. Az azinkron motor tehát a jelleggörbe üzemi zakazán zögebeég tartó (fordulatzámtartó) gép. A következő megfontoláok - a zokáo módon- kétpóluú (p=1) gépre vonatkoznak, ezért ω 1 =ω 0. A telje mechanikai jelleggörbe meghatározáához az állandó frekvenciájú táplálára érvénye helyetteítő kapcolából indulunk ki (3.5.c. ábra). Ez egy olyan tranzformátor helyetteítő kapcoláának felel meg, amelyik egy zliptől függő R t 1 terhelő ellenállát táplál. R t = R 2. A légré miatt az I g gerjeztő áram é az indítái áram aránya má, ill. a névlege állapotra vonatkozó fezültégeéek aránya kedvezőtlenebb, mint a tranzformátornál. 0

3 35 I I g n = 03,..., 05 I I i n = R I U 1 1n 1n X 1 I1n 100 = ( )% % R2 R1 X 2 X 1 U 1n Xm I U 1n 1n Rv I1n 250% 2500%. U 1n A 3.5.a. ábrán egy cúzógyűrű motor teljeítményzalagját, a 3.5.b.-n zerkezetének fél metzetét i látjuk zaggatott vonallal jelezve, hogy az egye teljeítmények ill. vezteégek a gép melyik rézében keletkeznek é a helyetteítő kapcolá melyik eleméhez kötődnek. a. b. c. A helyetteítő kapcolában R ábra az állóréz tekercelé egy fáziának ellenálláa, X1=ω0. L1 az állóréz tekercelé egy fáziának zórái reaktancája, L1 az állóréz tekercelé egy fáziának zórái induktivitáa, Xm=ω0. Lm a mágneező reaktancia, L m a mágneező induktivitá, X2 =ω0. L2' a forgóréz egy fáziának zórái reaktanciája az állóréz tekercelé menetzámára átzámítva,

4 36 L 2 R2' ω 0 a forgóréz egy fáziának zórái induktivitáa az állóréz tekercelé menetzámára redukálva, a forgóréz egy fáziának ellenálláa az állóréz tekercelé menetzámára átzámítva, az állóréz áram körfrekvenciája i, mert feltételezzük, hogy R v p=1, R t =R 2. 1 a vavezteégi ellenállá, a terhelének megfelelő ellenállá. Az M() nyomaték-zlip jelleggörbe levezetééhez egyfajta egyzerűített helyetteítő kapcolát 3.6. ábra haználunk (3.6. ábra). A P l légré teljeítményből indulunk ki. Háromfáziú gépnél: P l =M ω 0 =3. I 2 2 R 2 U R. 2 1 = R 2 2 R1 + + X R 2 3 U1 Ebből M =. (3.1) 2 ω0 R 2 2 R1 + + X A zlip tengelyt az ω=ω 0.(1-) alapján az ω zerint i léptékezhetjük. Így az ω(m) 3.7. ábra

5 37 mechanikai jelleggörbéhez jutunk. A 3.7. ábrán bejelöltük a jellegzete üzemállapotokat, a billenő- (maximáli-) nyomatékok értékeit, valamint felrajzoltuk az ω(i 1 ) függvényt i. A nagy I i indítái áram é a ki M i indító nyomaték kedvezőtlen tulajdonágai az indukció motornak, amin kétkalická, vagy mélyhornyú forgóréz alkalmazáával lehet javítani. A motorüzemre vonatkozó teljeítményzalag a 3.5.a ábrán mutatja, hogy a gép állórézébe bevezetett P 1 villamo teljeítmény fedezi az állóréz P t1 tekerc- é P v vavezteégét. A megmaradt teljeítmény a légréen kereztül a forgó mező közvetítéével jut a forgórézbe, ezért légrételjeítménynek nevezzük. Ez valójában a forgóréz öze teljeítménye. A P l légrételjeítményből vonódik le a P t2 forgóréz tekercvezteég, a többi P m mechanikai teljeítménnyé alakul át. A gép mechanikai vezteége a P úrlódái veztég, melynek levonáa után a tengelyen leadott P 2, vagy P h hazno (névlege) teljeítmény kapjuk. Az azinkron gép forgórézében keletkező vavezteéget a kiciny névlege f 2 miatt (2-3 Hz) elhanyagoljuk. A vavezteéget zinkronjárái méréből, a úrlódái vezteéget ezután ürejárái méréből határozhatjuk meg. Ezeket azután állandónak tekintjük. A 3.1 képlet mutatja a zögebeég változtatá lehetőégeit. Háromfáziú cúzógyűrű motoroknál lehetőég van a cúzógyűrűkhöz catlakozó keféken kereztül beavatkozni a forgóréz áramkörébe. Ez legtöbbzör ellenállá beiktatáát jelenti. A beiktatott ellenállá rontja a hatáfokot. Az ω változtatá zokáo módzerei kalická motoroknál: az U 1 fázifezültég cökkentée, a p pólupár zám változtatáa, az f 1 frekvencia változtatáa. Az U 1 fázifezültég cökkentéére a gyakorlatban cak a 3.8. ábrán látható kapcolá terjedt el. A motor minden 3.8. ábra fázia elé ellenpárhuzamoan kapcolt tiriztor párok, (az ábrán triakok) gyújtáával a motor

6 38 kapocfezültégét zérutól a hálózati fezültégig lehet változtatni. A zögebeég cak növelt forgórézköri ellenállá eetén változik jelentőebben, de akkor a hatáfok romlik. Szellőzők hajtáára, ill. lágy, cökkentett nyomatékú indítára haználják. A pólupárzám változtatáával, mivel a p cak termézete egéz zám lehet, cak néhány dizkrét fordulatzám állítható elő. A Dahlander-tekerceléű motoroknál ugyanannak az állóréz tekercelének a póluzámát átkapcoláal 1:2 arányban lehet változtatni. Nagyobb arányú póluzám változtatát haználnak lift motoroknál (gyor ill. laú menetre), 3.9. ábra vagy az automata moógépeknél (moá ill. centrifugálára), de ekkor két különböző pólupárzámú tekercelé van az állórézen. A forgóréz mindig kalická. Az f 1 tápláló frekvencia folyamato változtatáa vezteégmente fordulatzám változtatát tez lehetővé, é 50 Hz-nél nagyobb frekvenciáknál /min-nál nagyobb fordulatzámokat i el lehet érni. Ma ez az egyik leggyakoribb fordulatzám változtatái módja a háromfáziú indukció motoroknak. A frekvencia változtatáakor haznált egyzerűített helyetteítő kapcolá alapján (3.10 ábra) 3.10 ábra levezethető, hogy ha a motort változó f 1 -ű (ω 0 -ú) fezültéggel tápláljuk, de az U 1 /f 1 =áll., akkor a jelleggörbék zinte párhuzamoan tolódnak el, de a motoro billenőnyomaték cökken, a generátoro billenőnyomaték nő. Ez a hatá az R 1 -en lévő fezültégeé következménye. Ki frekvenciáknál a reaktanciákon lévő fezültégeé cökken, ezért az R 1 -en lévő fezültég hatáa erőebb, a nyomatékok i erőebben változnak (3.11.ábra). Ha az U ψ /2 π f 1 =ψ=áll., azaz az állóréz fluxu állandó, akkor ugyanolyan (ω o -ω)-nál az áramok é a nyomatékok ugyanazok maradnak, mert az U ψ mögötti (az R 1 mögötti) impedancia arányo az ω o -lal. Ezért a jelleggörbék -a változó f 1 -gyel- teljeen párhuzamoan tolódnak el. Ha vizont az U ψr /2 π f 1 =ψ r =áll., azaz a

7 39 forgóréz fluxu állandó, a jelleggörbék lineáriak leznek, haonlóak a külőgerjeztéű egyenáramú gép jelleggörbéihez (3.11. ábra). Az utóbbi két állapotot biztoító zabályozái módzert mezőorientált, vagy vektor kontroll zabályozának hívjuk. Önmagában a gép 4/4-e üzemre alkalma, de ez cak akkor valóulhat meg, ha a tápláláa i lehetővé tezi ezt. Frekvenciaváltók azinkron ábra motorok tápláláára Közvetlen Közbenő egyenáram körö 500 kw fölötti teljeít- Áraminverter Fezültéginverter ményre, ki fordulatzámra kw-ra egyzerű ISzM (6 ütemű) (PWM) Egy közbenő egyenáramkörö, fezültéginvertere azinkron motoro hajtá kapcoláát mutatja a ábra ábra

8 40 A kapcolá kétnegyede üzemet tez lehetővé az I é a III negyedben, mert a hálózati oldalon lévő diódákon nem fordulhat meg az áram (energia) iránya. Az R f ellenálláal é a T f zaggató tranziztorral kiegézítve a hajtá 4/4-e lez, de generátorként a gép az R f -et táplálja. Kondenzátoro egédfázio indukció motor. Két merőlege tengelyű állóréz tekerc eetén az egyik tekercet főfázinak nevezzük. Ez közvetlenül rákapcolódik egy egyfáziú hálózatra. A máik tekercet egédfázinak hívjuk. (3.13. ábra). Ez egy vagy két kondenzátor közbeiktatáával kapcolódik ugyanarra az egyfáziú hálózatra. Az egyfáziú táplálá miatt ezeket a motorokat egyfáziú motoroknak i hívjuk. Az ilyen motoroknál gyakran elliptiku forgó mező keletkezik. A fáziban eltolt áramot a egédfázial orba kapcolt kondenzátor hozza létre. Ez cak egy bizonyo ábra fordulatzámnál (impedanciánál) léteít éppen 90 o - o fázieltoláú áramot, ill. körforgó mezőt. Az elliptikuan forgó mező felbontható egy nagyobb amplitúdójú é vele zembeforgó kiebb amplitúdójú körforgó mezőre. A két körforgó mezőhöz tartozó mechanikai jelleggörbék özege adja az eredő jelleggörbét. Indító é üzemi kondenzátoro motor kapcoláát é jelleggörbéit látjuk a ábrán ábra

9 41 Így két fordulatzámnál i (célzerűen indítákor é névlege fordulatzámnál) meg tudjuk valóítani a körforgó mezőt. A C i kondenzátort felfutá után lekapcoljuk. Steinmetzkapcoláok ábra Néha kiteljeítményű háromfáziú motorokat i haználnak egyfáziú kondenzátoro motorként. Két ilyen kapcolát mutat a ábra. Árnyékolt, vagy haított póluú motorok. Egézen ki teljeítményekre (max. 50 W) haználatoak. Az egyfáziú hálózatra kapcolt tekerc lüktető fluxua áthalad a póluokon. A máik tekerc, vagy árnyékoló menet tulajdonképpen rézgyürű, ami a felhaított pólu egy rézét öleli körül. A póluokon áthaladó fluxu egy réze az árnyékoló menetekkel kapcolódik. A gyűrűben indukálódó áramok mágnetere fáziban eltér az árnyékolatlan rézen áthaladó fluxuhoz képet. Így egy elliptiku forgó mező keletkezik, amelynek hatáaként a kalická forgóréz forgába jön (3.16. ábra). A forgáirány nem ábra változtatható meg, mert az egyetlen tekerc kivezetéének felceréléekor az árnyékoló menet áramának iránya i megváltozik.

10 42 A kondenzátoro é az árnyékolt póluú motorok fordulatzámát nem változtatják, ezért itt nem bezélhetünk működéi tartományról, cak egyetlen jelleggörbéről, amely mentén a terhelé zabja meg a fordulatzámot. Ez a jelleggörbe igyekzik alkalmazkodni a hajtott berendezé igényéhez.

11 43