*ASINKRONI MOTORI SIMETRINO SINUSOIDALNOSTACIONARNO STANJE

*

*

*Asinkroni motori Pogoni sa podeavanjem brzine vrtnje ventilatori, pumpe, kompresori, el. vua Servo pogoni (upravljanje brzinom i pozicijom) alatni strojevi, robotizacija

Asinkroni motori pri simetrino sinusoidalnom stacionarnom stanju (nazivni napon pri nazivnoj frekvenciji)

Upravljanje brzinom primjenjujui U/f

Upravljanje poljem

*Asinkroni motori direktno napajani iz mree Struktura

Princip djelovanja

Nadomjesna shema

Operativne karakteristike

*Struktura asinkronog motoraJednostavno predstavljanje trofaznog namotaKavezni rotor

*Predstavljanje statora Pretpostavke: Rs, Ls = 0(za dvopolni stroj)(za viepolni stroj)

*Elektrino otvoreni rotor Prisutna je samo struja magnetiziranja s obzirom da je rotor inertan

Struja magnetiziranja uspostavlja rotirajui magnetski tijek

*Polja elektrino otvorenog rotora je rotirajua indukcija konstantne amplitude

*Kratko spajanje rotora (Rs, Ls = 0) Analogija sa transformatorom

Za idealni TR vrijedi

Vrijedi

Uzimajui zanemarenja za omski otpor i rasipni induktivitet statorskog namota, napon statora u potpunosti odreuje magnetski tijek motora neovisno o struji rotora Na magnetski tijek m ne utjee optereenje

*Inducirani napon u rotoruMagnetski tijek rotira brzinom sRotor rotira brzinom mVodii rotora presjecaju magnetski tijek pri brzini: s-m=kl (klizna brzina)Inducira se napon uzdu vodia rotora: e()=Bms()lrkl

*Inducirane struje u rotoru Vodii (tapovi) rotora su zajedno kratko spojeni na svojim krajevima krajnjim prstenovima Napon tapa jednak je padu napona na omskom otporu tapa (uz pretpostavku ). Struja u tapu jednaka je

*Protjecanje rotora reducirano protjecanje rotora reducirana struja rotora

* je proizvedeno strujama rotora

je proizvedeno dodatnim statorskim strujama da se zadri ukupni tijek nepromijenjen (analogija sa transformatorom)

strujni prostorni vektor je jednake amplitude ali suprotnog znaka od

Ukupnu struju statora sainjavaju struja magnetiziranja plus reducirana struja rotora

*Frekvencija klizanja (fkl) u krugu rotoraKlizanje : Klizanje je openito vrlo malo (< 3%), dakle frekvencija struje rotora je vrlo mala

*Elektromagnetski moment

Struja , u polju , proizvodi moment Tem - Moment se rauna na ekvivalentninamot statora koji generira protjecanje

*Karakteristika moment-brzina( klizanje malo; blizu ) Vrijedi linearni odnos

Gornje krivulje vrijede do nazivne vrijednosti momenta

*Generatorski nain rada (regenerativno koenje) Za generatorski nain rada ili za koenje brzina rotora prelazi sinkronu brzinu, m s

kl< 0 Napon tapova rotora mijenja polaritet Struje rotora i protjecanje mijenjaju predznak Reducirane struje rotora i protjecanje mijenjaju predznak Moment mijenja predznak

*Rasipni induktivitet rotora

*Rasipni induktivitet rotora (nastavak) Efekt rasipnog induktiviteta rotora je u smanjenju Tem pri veim iznosima klizanja

Rasipni induktivitet rotora je esto zanemaren kada motor radi blizu sinkrone brzine (ispod nazivnog momenta)

*Nadomjesna shemaProstorni vektoriNadomjesna shemaFazorski dijagram Ukljuuje rasipni induktivitet rotora

Ne ukljuuje rasipni induktivitet statora i omski otpor

Req ovisi o klizanju

*Snaga u rotoru gubitak snage u rotoru izlazna snaga sa rotoraSnaga u otporniku je snagau rotorskom kruguRazdvajanjem otpora oznaeni suodgovarajui gubici i mehanika snaga Snaga razvijena u nadomjesnom otporu predstavlja snagu koja ulazi na rotor preko zranog raspora U ovisnosti o klizanju, dio ili itava ta snaga postaje gubitak snage na rotoru

*Otpor i rasipni induktivitet namota statoraNadomjesna shemaFazorski dijagram

*Ispitivanja motora Mjerenje otpora istosmjernom metodom (Rs)

Ispitivanja u praznom hodu (Lm)

Ispitivanja pri zakoenom rotoru (Rr, Ls, Lr)

* Za prazan hod nadomjesna shema je u najveoj mjeri odreena magnetizirajuim induktivitetomIspitivanja u praznom hodu (Lm)Nadomjesna shemaNadomjesna shema za prazanHod (kl=0, Req=0)Aproksimacija (Lm Ls) (Rs zanemariv)

*Ispitivanja pri zakoenom rotoru (L)Nadomjesna shemaAproksimacija za sluaj zakoenog rotora(Req

*Karakteristike pri nazivnom naponu i frekvenciji Linearni odnos u blizini s

Pri veem klizanju (m manji) rasipni induktivitet i otpor statora smanjuju moment

Vee struje pri niim brzinama (uvjeti startanja)

*Struja motora, korisnost, faktor snage kao funkcija optereenja Tipine karakteristike za 10kW, 4polni, trofazni asinkroni motor (izvedba B, prema amerikom standardu NEMA)

*Startanje motora direktnim prikljuenjem na mreu Struja motora pri direktnom startanju je vrlo velikog iznosa (ovisi o izvedbi motora, tipino iznosi 6 x nazivna vrijednost struje )

Istovremeno raspoloiv moment za ubrzanje motora/optereenja je ogranien

Motor se moe brzo pregrijati Rjeenje: smanjenje napona pri startanju, tzv. mekani zalet ili Soft startUbrzanje -

*Dodatak fazorski pristupOperativne karakteristike -Bilanca snageUlazna snaga je:

Ako zanemarimo omski otpor namota statora, Rs=0, i gubitke snage u eljezupFE=0, ukupna izlazna snaga koja prolazi kroz zrani raspor na rotor naziva sesnagom zranog raspora ili snagom okretnog magnetskog polja:Prema nadomjesnoj shemi snaga okretnog magnetskog polja jednaka je aktivnoj snazi na ekvivalentnom otporu Rr/s. U rotoru postoje gubici snage:Kao rezultat, mehanika snaga na osovini motora predstavlja razliku izmeusnage okretnog magnetskog polja i gubitaka u namotu rotora: Pmeh=Pom-Pel=(1-s)Pom

*MomentTemeljeno na simplificiranoj nadomjesnoj shemi, struja u kratko-spojenom rotoru je:to omoguuje opisati moment kao funkciju klizanja s:Napomena- ovdje je n broj okretaja u sekundi, f je frekvencija narinutog napona na statorskom namotu, el. kruzna frekvencija

*Moment postie maksimalnu vrijednost za minimalnu vrijednost nazivnika.Deriviranjem nazivnika po s i izjednaavanjem sa nulom, sljedi:Klizanje koje odgovara maksimalnom momentu nazivamo prekretnim klizanjem., Prekretni moment je:Omjer izraza za moment naspram maksimalnoj vrijednosti (prekretnommomentu) predstavljen je tzv. Klossovim obrazcem:

*

*Asinkroni stroj moe operativno djelovati na tri razliita naina:

motor (rotor se okree sporije od okretnog polja):

T 0, n 0, 0< s

*Prema gornjem izrazu znai da moment optereenja mora biti vei od momenta motora pri porastu brzine vrtnje.

Pozornost moramo pridati odnosu prekretnog i nazivnog momenta. Za sluaj da moment optereenja prijee vrijednost prekretnog momenta, rotor prelazi u mirujue stanje, prekidase vrtnja to moe dovesti do destrukcije. Iz tog razloga zahtjeva se odreeni faktor preoptereenja za asinkroni stroj: 1.5

Kruni dijagram

Kruni dijagram asinkronog stroja zorno predstavlja orbitalno kretanje struje statoraPreduvjeti su:

napon statora Us je u y-osi rotor je kratkospojen Rs=0

*Lokus struje statora je krunica.Sredinja toka krunice nalazi se na imaginarnoj osi (y-os), promjer krunice je Snaga u krunom dijagramu

Iz krunog dijagrama asinkronog stroja mogue je pored struje Is odrediti moment T, snagu okretnog polja Pom, mehaniku snagu Pmeh i elektrinu snagu Pel pomou linijskih segmenata. Razliite snage su prikazane na sljedeoj slici. Ravna linija kroz s=0 i s=1 se naziva linijom mehanike snage.

*Operativna podruja i specifine operativne tokeTri operativna naina rada prikazana su u krunom dijagramu kajo sljedi:

Motorsko djelovanje 0 < s < 1

Kono djelovanje: 1 < s <

Generatorsko djelovanje s < 0Razlikuju se sljedee operativne toke:

Prazni hod: s=0, n=ns Struja praznog hoda prikazana je u x-osi i potrebno je da bude to manja, uzevi u obzir da stroj uzima reaktivnu snagu. Prekretna toka: U toj toki asinkroni stroj ima maksimalan moment. To je vrna toka krunice, realni dio i imaginarni dio struje su jednaki. Startna ili toka kratkog spoja: s=1, n=0: Za vrijeme pokretanja struja kratkog spoja Isk je viestruko vea od nazivne struje Isn. Tipine vrijednosti su Isk=5....7 Isn.

* Idealni kratki spoj: s=, n=: Ovo je teorijski najvea struja koja se moe pojaviti, prikazana u x-osi. Njezina vrijednost je tipino I= 5-7 Isn

Optimalna operativna toka: Nazivna toka je izabrana u toki gdje je cos1 maksimalan. Ovo se postie ako je linija nazivne struje tangenta na krunicu. U praksi optimalna vrijednost ne moe se uvjek tono odravati.

*Podeavanje brzine Najznaajnija mogunost za podeavanje brzine asinkronog motora moe se ostvaritiprema osnovnoj jednadbiPoveavanje klizanjaDodavajem otpora u rotorski krug kliznokolutnog motora poveava se klizanje. Kruni dijagram asinkronog stroja ostaje isti, ako se otpor rotora Rr povea dodavanjem u serijuotpora Rv, vrijedi Sa serijskim otporom i odreenim klizanjem s2 ista toka na krunici i dakle isti moment i struja kao kod klizanja s1 mogu se dobiti. Tako je npr. mogue pokrenuti strojsa maksimalnim momentom. Meutim, ta metoda ima velike gubitke s obzirom da se korisnost smanjuje, =1-s . frekvencija fs je frekvencija mree (sinkrona frekvencija)

*Primjer

s1=sprs2=1

*Promjena broja pari polovaU stroju s kaveznim rotorom, koji nije ogranien na fiksni broj polova, promjenom brojapolova mijenjamo brzinu vrtnje. Za ovu namjenu, u statoru su smjetena dva trofazna namota sa razliitim brojem polova. U radu nemogu biti istovremeno aktivna oba namota,ve samo jedan od njih. Druga mogunost je promjena broja polova namota, tzv.Dahlanderov namot. Time se omoguava promjena brzine u omjeru 2:1 sa prespajanjemdvije grupe svitaka iz serijskog u paralelni spoj. Promjena brzine nastupa u irokom koraku. Promjena frekvencije napajanjaOva metoda zahtjeva pretvara snage. Napajanje je iz trofazne mree, preko ispravljaaistosmjernog meukruga i izmjenjivaa koji e napajati asinkroni stroj sa promjenjivomfrekvencijom i naponom. Podeavanje frekvencije i napona omoguava idealnu regulaciju brzine vrtnje sa malim gubicima. Na sljedeoj slici prikazan je shematski dijagram takvog ureaja.

*Skin efekt u kaveznom rotoruUslijed skin efekta u namotu rotora, (tapovima) struja u tapovima je potisnuta premapovrini vodia blie zranom rasporu. to je frekvencija induciranih struja u rotoru veato je skin efekt izraeniji. Uzrok lei u rasipnom tijeku utora. U asinkronim se strojevima skin efekt primjenjuje za poboljanje zaletnih karakteristika. Na sljedeoj slici prikazanesu zaletne i operativne karakteristike asinkronog stroja. U toci pokretanja (zaletnoj)frekvencija struje rotora je jednaka mrenoj frekvenciji.

*Pojavom skin efekta u tapovima rotora uzrok je poveanju otpora Rr i smanjenje Xr. poveanje Rr uzrokuje pomak zaletne toke u smjeru prekretne toke, doim smanjenje Xr poveava promjer krunice. Za vrijeme zaletavanja skin efekt biti e sve manje izraeni konano nestaje u nazivnoj operativnoj toci. Lokus statorske struje moe se odrediti pomou zaletne krunice KA i operativne krunice KB. Striktno govorei, svaka operativnatoka zahtjeva vlastiti kruni dijagram.

*Asinkroni generator

Rad na mreuRad na samostalnu mreuRad na samostalnu mreuKlizanje je negativno, R2/s je negativno, aktivna snaga ulazi preko rotora na stator. Za generiranje uzbudne jalove struje moramo spojiti kodenzatorsku bateriju (spoj u trokut ili zvijezdu).

*

*Figure 18.25Jednofazni asinkroni MotorPostoji nekoliko tipova jednofaznih motora u primjeni. Bazino oni su identini izuzev naina startanja. Mogu se klasificirati kao: motori s pomonom fazom; i kondenzatorski zaletni motori. Najvea snaga tih motora dosee priblino 2.2 kW.

*Elektromagnetski moment

*Figure 18.30Motor s pomonom fazomKonstruiran je sa dva statorska namota, koje nazivamo glavnim i pomonim namotima. Osi ova dva namota pomaknuti su meusobno za 90o. Struja pomonog namota je fazno pomaknuta u odnosu na struju glavnog namota, kao rezultat razliitih impedancija ova dva namota. Nakon startanja motora, centrifugalna sklopka se primjenjuje za iskljuivanje pomonog namota. Ovaj se motor primjenjuje za pogon ventilatora, puhala, centrifugalnih pumpi.

*Figure 18.32Kondenzatorski-Zaletni MotorDrugi nain postizanja faznog pomaka izmeu dviju struja koje e proizvesti okretno magnetsko polje je dodavanjem kondenzatora u seriju sa pomonim namotom. Dodavanjem kondenzatora struja u pomonom namotu prethodi struji u glavnom namotu. Na taj e nain zaletni moment biti vei. Nakon startanja motora, centrifugalna sklopka iskljuuje pomoni namot, odnosno napajanje pomonog namota.

*Kondenzatorski-Zaletni-Za stalan radPrimjenom dva kondenzatora-jedan za stalan rad to rezultira u boljim radnim karakteristikama, drugi kondenzator (vei) poboljati e zaletni moment.Figure 18.35