VILLAMOS HAJTÁSOK

Készítette: Dr. Mádai Ferenc

Miskolci Egyetem

Elektrotechnikai-Elektronikai Tanszék

2014

2

1. ÁLTALÁNOS KÉRDÉSEK

A villamos hajtások felépítése, stabilitása

A villamos motorokat valamilyen technológiai (anyag-, energia-, biológiai-átalakítási,

szállítási) folyamatot végző munkagép (terhelőgép) hajtására használják. A motorok ma már

gyakran egy energetikai egységen (meghajtón, driveren) keresztül csatlakoznak az országos

villamos energia hálózatra. A meghajtó, a motor és a terhelőgép együttesét villamos hajtásnak

nevezzük. Természetesen a hajtásokhoz hozzátartoznak érzékelők, amelyek jeleit az irányító

(szabályozó, vezérlő és védelmi) egység dolgozza fel (1.1 ábra).

A korszerű, szabályozott villamos hajtás elvi felépítése

1.1 ábra

Ahhoz, hogy egy motort és a táplálását kiválaszthassuk, előbb azt kell meghatározni, hogy az

időben zajló munkafolyamat (a technológia) a motor tengelyén milyen szögsebességeket,

(-kat) és nyomatékokat, (M-eket) kell létrehozni, beleértve a gyorsításokat (indításokat,

fékezéseket, reverzálásokat) is.

A motor által kifejtendő M(t) nyomaték meghatározása a mozgásegyenlettel történik, amely

dt

d

tM)t(

tM-)t(M

M, Mt

50 Hz

3 fáz.

É r z é k e l ő k

Védelem

egység

Energetikai Villamos gép

áttétel

Mechanikai (terhelés) munkagép Hajtott mechanizmus,

egység

Irányító

Irányító

program

IU,

f

3

alakú. Itt M(t) a motor nyomaték-idő függvény, ΘM a motor tehetetlenségi nyomatéka, az Mt(t)

a terhelőnyomaték-idő függvény, a, Θt a terhelés tehetetlenségi nyomatéka (mindkettő a motor

tengelyére redukálva) és dt

d a szöggyorsulás.

A munkaciklus technológiai adataiból az (t) menetdiagram és az Mt(t) számítható. E kettőből

a terhelőgép (Mt) statikus mechanikai jelleggörbéjét számíthatjuk, vagy szerkeszthetjük úgy,

hogy az azonos t-khez tartozó -kat és Mt-ket összemásoljuk. Az

(Mt)-k jellegét szinte minden hajtással foglalkozó szakirodalomban megtaláljuk. Az M(t)

számítása bonyolultabb, ha Θt is változik a munkaciklus közben, mint pl. a robotoknál.

A motor gyártók többnyire ajánlanak a motorjukhoz egy megfelelő feszültségű (U), áramú (I)

és frekvenciájú (f) meghajtót, amelynek a működési területe pedig a motor működési területét

kell, hogy biztonsággal lefedje.

A hajtás állandósult állapotát a statikus jelleggörbékkel vizsgáljuk az ω(Mt,M) síkon (1.2 ábra).

Az mozgásegyenletből az is látszik, hogy az állandósult szögsebesség az M=Mt -nél alakul ki,

mert ilyenkor a d/dt=0. Az ω(Mt,M) síkon ez a két jelleggörbe metszéspontját jelenti. Ezt a

metszéspontot munkapontnak hívjuk. Nem minden metszéspont ad azonban tartós, állandósult,

ún. stabil munkapontot. Ha az -val eltér a metszéspont szögsebességétől és ekkor olyan

Md=(M-Mt) gyorsítónyomaték keletkezik, ami a gépcsoportot visszaviszi a metszéspont

szögsebességére, a munkapont stabil. Labilis munkapont esetén a keletkező gyorsítónyomaték

az -t még inkább eltávolítja a metszésponti szögsebességtől, és a hajtás vagy leáll, vagy

túlságosan felgyorsul. Stabilis munkapontot mutat az 1.2 ábra.

Md Md

(M)

(Mt)

(Md)

Mt M

1.2 ábra

4

A villamos motorok csoportosítása

A motorteljesítmények nagysága és az alkalmazás szerint beszélünk ipari, szervo- és

törpemotorokról. Ezek (nem túl precíz) összehasonlító táblázata a következő:

ipari - szervo - törpemotorok

teljesítmény MW-ig 5W-50kW 600W alatt

építési alak szabványos csaknem egységes egyedi, cél, beépített

hatásfok (80-90)% (80-90)% rosszabb

jelleggörbe általános jól változtatható a hajtási célhoz alkalmazott

Az ipari motorokat általános ipari célokra használják.

A szervomotorokra jellemző, hogy szinte csak dinamikus üzemben működnek, az állandósult

állapotra rendesen nem is kerül sor. Az aránylag kis teljesítményszinten érkező szabályozó jel

hatására a szervomotor kifejti a beavatkozáshoz szükséges - gyakran- tekintélyes nagyságú

nyomatékot, a beavatkozás megtörténte (pl. egy szelep elállítása) után azonban szerepe

pillanatnyilag megszűnik, ezért a motor megáll.

A szervomotorokkal szemben támasztott legfontosabb követelmények az alábbiak:

- szögsebességüket széles határok között, egyszerű módon, kis szabályozó teljesítménnyel

lehessen változtatni.

-forgásirányukat könnyen meg lehessen változtatni.

- a szabályozandó mennyiség változásait a motor tengelyének szögsebessége minél

gyorsabban kövesse, tehát a motor elektromechanikai időállandója legyen minél kisebb.

- az (M) mechanikai jelleggörbéjük feleljen meg a stabilitás feltételeinek.

A szervomotorok mindig szabályozott üzemben működnek. A nyomatékukat, ( vagy ezzel

arányos áramukat) egy nyomatékszabályozó biztosítja, a szögsebességet egy szögsebesség

szabályozó (fordulatszám szabályozó) állítja be. Szervo hajtásoknál általában

helyzetszabályozásra is szükség van. Ezt egy pozíciószabályozás végzi.

A törpemotorok alkalmazása is igen széleskörű. A szervomotorok egy része is ide tartozik.

Ilyen motorokat használnak a szórakoztató elektronikában, számítógépeknél, robotoknál,

gépkocsi iparban, orvosi műszereknél. Sok szabályozatlan törpemotort használnak a

háztartásokban pl. hűtőgép, centrifuga, fűnyíró mosógép, mikrohullámú sütő, asztali szellőző

hajtására. A felsorolásból látszik, hogy a törpemotorok ma már tömegcikknek számítanak és

forgalmuk egyre nő.

Az egyenáramú szervomotorok zöme, a törpe motorok szinte kivétel nélkül állandó mágnesűek,

ezért a fluxusuk állandó.

5

2. KOMMUTÁTOROS GÉPEK

Egyenáramú gép

Felépítését p=1 és p=2 póluspárú esetben a 2.1 ábra mutatja.

a) a pólus- és a a arma- b) a gép forgórész tekercselésének c) négypólusú gép

túra fluxus kétpólusú gépnél villamos modellje

Az állórész elektromágnesét kiálló pólusok törzsén elhelyezett egyenárammal átjárt tekercsek

gerjesztik. Az így keletkező mágneses teret a pólus fluxussal vesszük figyelembe. Kisebb

teljesítményeknél az állórész állandó mágnes.

A forgórész mágnesét a hengeres vastestének hornyaiban elhelyezett tekercselésben folyó áram

hozza létre. A Laplace-törvény szerint legnagyobb nyomatékot akkor kapjuk, ha pl. az állórész

mágnes É-i pólusa mellett mind befelé folyó áramot vivő vezetők vannak, a D-i pólus mellett

pedig kifelé folyó áramot vivő vezetők helyezkednek el. Azaz a forgórész áramok által

létrehozott szolenoidszerű mágnes tengelye az állórész mágnes tengelyére. Ennek az

állapotnak a forgórész vastestének forgása közben is fenn kell maradni, hogy a nyomaték

d)

2.1 ábra

6

egyirányú maradjon (2.1/a ábra). Ezt úgy lehet elérni, hogy a forgórész hengerszimmetrikus,

önmagában zárt tekercselését sok helyen (5...200) meg kell csapolni, és a megcsapolásokat

egymáshoz képest elszigetelt kommutátor szeletekhez kivezetni. A kommutátor néhány (1...5)

szeletéhez szénkefe párok csatlakoznak (2.1.b. ábra). Így a pólusokhoz képest a kefék mindig

azonos ponton vezetik be- és ki az egyenáramot a forgórész tekercselésébe. Az ábra érzékelteti,

hogy egy kommutátor szeletnyi elfordulás után az árameloszlás ugyanilyen lesz.

A valóságos tekercselés olyan, hogy a -tel jelölt (szaggatottan rajzolt) tekercsoldalak az

állórész É-i pólusa mellé kerülnek, a -tal jelöltek pedig a D-i pólus mellé, mint ez a 2.1/a

ábrán látszik. A keféket összekötő vonal fölötti vezetőkben mindig egyirányú áramok lesznek.

A kefék elforgatásával az egész árameloszlás (a forgórész mágnes) elfordul, bár az ilyen állapot

a nyomaték képzése szempontjából célszerűtlen, mert pl. az É-i pólus mellett olyan vezető is

lesz, amire a többihez képest ellenkező irányú erő hat.

A forgórész mágnes tengelyének irányát tehát a kefék elhelyezkedése szabja meg. Az a „jó”

kefehelyzet, ami az említett árameloszlást biztosítja. Ennek beállítására a keféket elforgatható

hídra szerelik.

A nyomaték keletkezéséhez legalább két mágnest kell létrehozni. A villamos gépek tehát

árammal gerjesztett elektromágnesekből állnak, mágnesesen csatolt vasmagos tekercsek.

A mágnesek nemcsak p=1 póluspárúak, (2 pólusúak), hanem több póluspárúak (p=2,3...) is

lehetnek. Ilyenkor a mágneses pólusok a légrés kerülete mentén p-szer ismétlődnek, vagyis a

(villamos szög)=(geometriai szög).p.

Az egyik mágnes teret állandó mágnes is adhatja, míg a másik mágnes teret 1, 2, de gyakran 3

tekercs árama gerjeszti.

A vasmag használata fontos, mert:

a vas magába sűríti (vezeti) az indukcióvonalakat, un. fluxus csatornát képez. A vas

mágneses ellenállása 1/r-szerese a levegőének (μr=600...10000).

a vasból kilépő az ún. szórási indukció, amelyik nem vesz részt a nyomaték képzésében,

csak (3...10)%-a a vasban lévő indukciónak.

gerjesztett mágnesek esetén:

-a vas relatív permeabilitását (r-t) is kihasználva kisebb áram kell a tér létrehozásához,

-változtatni lehet a mágnes erősségét.

A mágneses térbe helyezett, árammal átjárt vezetőre erő hat. Az erő függ a mágneses indukció

értékétől (B), a vezetőben folyó áramerősségtől (I), a vezető hatásos hosszától (ℓ) és az

áramvezetőnek (Iℓ) az indukcióvonalakkal bezárt szögétől ():

7

.sinIBF

A villamos gépekben a vezető merőleges az indukció

irányára, vagyis =900, így

.IBF

A mágneses térbe helyezett áramot vezető huzalra ható erő

iránya oda mutat, ahol a vezető árama gyengíti a mágneses

teret. (2.2 ábra). A villamos gépekben ilyen erőpárokból

keletkezik a nyomaték, melynek általános kifejezése:

M=k Φ Ia,

ha a B helyett bevezetjük a Φ-t, I helyett Ia-t használunk, az átszámítási tényezőket pedig a k

gépállandóba foglaljuk össze.

Az az érdekes helyzet áll elő, hogy bár a forgórész vasteste a tekerccsel együtt fizikailag forog,

a forgórész mágnes viszont áll az állandó forgórész áram eloszlás miatt. Ha a forgórész -val

forog, a forgórész áram eloszlása a forgórész vastestéhez képest (-)-val visszafelé forog, ezért

az állórészhez képest áll.

A keféken bevezetett egyenáram a forgórész tekercselésében váltakozó áramként jelenik meg,

hiszen a forgórész tekercsben folyó áram iránya attól függ, hogy a forgórész melyik

megcsapolásánál, melyik kommutátor szeleten történik az áram be- és kivezetés. A forgórész

forgása miatt ez a hely mindig változik a forgórész vastestéhez képest, csak a pólusokhoz képest

állandó. A kefe és a forgó kommutátor együttese így váltóirányító feladatot lát el.

Forgás közben a forgórész vezetői metszik a pólusok B indukció vonalait, így bennük a mozgási

indukció törvény szerint feszültség indukálódik. Az indukált váltakozó feszültség, eloszlása az

állórészhez képest állandó, mert az É-i pólus mellett elhaladó vezetőben mindig egyirányú, a

D-i pólus mellett másik irányú feszültség indukálódik. Ez a feszültség a keféken, a kommutátor-

kefe egyenirányító hatása miatt egyenfeszültségként észlelhető, mivel a kommutátoron

keresztül a kefék az eloszlás mindig azonos pontjához csatlakoznak, a tekercselés mindig

azonos pontjáról veszik le a feszültséget. A legnagyobb egyenfeszültséget a „jó” kefehelyzetben

kapjuk, amikor a kefék az ún. semleges vonalba vannak beállítva.

Az egy vezetőben indukált Ui1 váltakozó feszültség, mivel a viszonyok merőlegesek:

U B l vi1 .

2.2 ábra

8

Ha a B indukció helyett bevezetjük a pólusfluxust és felhasználjuk, hogy v=.D/2, valamint

figyelembe vesszük a tekercselés többi jellemző állandóit, ezeket összevonva végeredményben

az

U ki

összefüggésre jutunk,

ahol k ugyanaz a gépállandó, mint a nyomaték képletnél.

A villamos forgógépeknek azt a tekercsét, amelyben feszültség indukálódik armatúrának

nevezzük, ezért itt a forgórész tekercselés neve armatúra, az árama az Ia armatúra áram.

Állandó gerjesztés (állandó Φ) esetén a kefék felől nézve az armatúra tekercselés az Ra armatúra

ellenállásból és az La armatúra induktivitásból áll, valamint Ui indukált (belső) feszültséget

tartalmaz. A megfelelő helyettesítő kapcsolást 2.3/a ábrán látjuk.

Állandó armatúra áramnál az Ldi

dta

a 0. Ilyen üzemben az armatúrára érvényes

hurokegyenlet 2.3/b ábra motoros referencia irányaival:

U U R I k R Ii a a a a .

2.3 ábra

Névleges üzemben, ha Un-t 100%-nak vesszük az Ra.Ian ≈5%, így Uin≈95%.

Az (M) mechanikai jelleggörbét a Pb belső teljesítményből számítjuk:

,k

M

k

MRUIIRUIUMP aaaaaib

amiből:

U

kM

R

k

a

2 2. (2.1)

A hurokegyenlet arányai öröklődnek, ezért névleges nyomatéknál n kb. 95%-a az U

k

n

n -

nek. Így a természetes (névleges paraméterű) (M) jelleggörbe a 2.5 ábrán látható.

9

Az ilyen jelleggörbét, amikor a szögsebesség csak néhány százalékot csökken az üresjárási

szögsebességhez, U

k

n

n -hez képest fordulatszám tartónak (szögsebesség tartónak) mondjuk.

Ilyen a jelleggörbéje a külsőgerjesztésű, a söntgerjesztésű és az állandó mágnesű egyenáramú

motoroknak, amelyek kapcsolásait a 2.4/a,b,c ábra mutatja.

A jelleggörbe a (2.1) egyenlet

paramétereivel változtatható: U-val Un

között, Ri-vel, amit az Ra-val sorba

kapcsolunk, -vel, (a gerjesztő tekerccsel

sorba kapcsolt ellenállással, ami a

gerjesztő áramot csökkenti).

2.5 ábra.

A paraméter változtatás hatásait a természetes jelleggörbéhez képest a 2.4. ábra szemlélteti.

A jelleggörbe seregből látszik, hogy maga a gép 4/4-es üzemet enged meg, de ez csak akkor

valósulhat meg, ha ezt a meghajtó (a táplálás) is lehetővé teszi.

A terhelőgép adott Mt jelleggörbéje esetén a motor jelleggörbe változtatása az változását

eredményezi, (változik a munkapont,) ezért – mint tudjuk – a paraméterváltoztatást

fordulatszám- (szögsebesség-) változtatásnak is hívjuk.

Állandó mágnesű gépeknél a nem változtatható.

2.4 ábra

10

Az egyenáramú gép veszteségeit csak a söntmotoron követjük végig (2.6 ábra). A gerjesztő

tekercsek egyéb kapcsolása esetén a teljesítményszalagot értelemszerűen módosítani (többnyire

egyszerűsíteni) kell.

2.6 ábra

A motor a hálózatból a P=UI teljesítményt veszi fel. Ebből ágazik el először a Pg=UIg gerjesztési

veszteség. A megmaradt teljesítmény az armatúra teljesítmény Pa=UIa, amelyik a Pf=Ia2R

főáramköri veszteségre (R az armatúrakör összes ellenállása, beleértve a segédpólus, a

kompenzáló tekercs, a soros gerjesztő tekercs, sőt az esetleges külső Ri ellenállást is,) és a

Pb=UiIa belső teljesítményre bomlik. A Pb-ből számítottuk a gép M (elektromágneses)

nyomatékát. A Pa, Pf és Pb aránya megegyezik a helyettesítő kapcsolásra felírt

feszültségegyenlet tagjai közötti aránnyal, hiszen Pa=UIa=(Ui+Ia.R)Ia. A belső teljesítményből

levonva a Pv vasveszteséget és a Ps súrlódási veszteséget, a Ph hasznos teljesítményt kapjuk. Ha

V-vel jelöljük az összes veszteséget, akkor a gép hatásfoka:

P V

P( )%85 95

A vasmentes armatúrájú motorok armatúra tekercselése serleges, vagy tárcsa alakú műanyagra

nyomtatott áramköri eljárással készül. A 2.7 ábra mutatja ezeknek a motoroknak a vázlatát,

valamint a tárcsa forgórész nyomtatott tekercselését.

Ennek előnye, hogy a

forgórész kis tehetetlenségi nyomatékú,

az armatúra tekercselés induktivitása is kicsi, ezért ezek a motorok gyors működésűek.

(Szervomotorok gyakori típusa.)

a vasveszteség hiánya miatt hatásfokuk jó.

11

Hátrányuk, hogy az állórész mágnes köre nagy légrésű, mert ebben kell elhelyezni a vasmentes

forgórészt. Emiatt csak kisebb fluxust lehet megvalósítani.

2.7 ábra

Szaggatós (chopperes) meghajtók egyenáramú motorokhoz.

1/4-es kapcsolások

A 2.8 ábrán látható feszültségcsökkentő kapcsolásnál az UE tápfeszültséget a T1

kapcsoló(üzemű) tranzisztorral az L induktivitásból és az armatúrából álló fogyasztóra

kapcsoljuk. A (T-tbe) idő alatt a D1 dióda rövidre zárja a fogyasztót. Ekkor a tbe alatt kialakult

és az induktivitás által fenntartott Ia áram ezen folyik tovább.

2.8 ábra

Az U feszültség lineáris középértéke folyamatos áramvezetésnél U Ut

TE

be .

A tbe változtatásával (impulzusszélesség modulációval) az U változtatható. Amennyit a

bekapcsolás alatt az ia áram nő, kikapcsolás alatt annyit csökken állandósult üzemben. A

középértékekre érvényes hurokegyenletből kifejezhető az áram középértéke

IU U

R RU

t

TUa

i

a a

Ebe

i

10,

12

amiből látszik, hogy üzem közben Ut

TUE

be

i . Ezért „feszültségcsökkentő” a kapcsolás. Az

energia a nagyobb feszültségű UE telep felől áramlik a motor armatúrája felé. Ia és Ui (emiatt

az ) csak egyirányú lehet, vagyis 1/4-es üzemet kapunk.

2.9 ábra

A 2.9 ábrán látható feszültségnövelő kapcsolásnál a T2 tranzisztor bekapcsolt állapotában az Ui

feszültség az L induktivitáson növelni kezdi a (felvett referenciairánnyal ellentétes irányú)

áramot. A T2 kikapcsolása után az Ui és az áramcsökkenés miatt az L-ben indukálódó feszültség

kényszeríti az áramot a nagyobb feszültségű UE telepbe a D2-n keresztül. Folyamatos

áramvezetésnél

az U feszültség lineáris középértéke: U Ut

TE

ki . Az áram középértéke

IU U

R RU

t

TUa

i

a a

Eki

i

10,

amiből látszik, hogy üzem közben Ut

TUE

ki

i . Ezért „feszültségnövelő” a kapcsolás. Az

energia a kisebb Ui felől a nagyobb UE felé áramlik. A gép generátor üzemű, mert az Ui

fennmaradásához a tengelyt hajtani kell.

A tranzisztorok kapcsolási frekvenciája f≈20 kHz, így a periódusidő T≈50 µs. A motor

tömegével arányos mechanikai időállandó nagyságrendje Tm≈20 ms, ezért a motor észre sem

veszi a tranzisztorok kapcsolgatását. Jogos tehát a feszültség középértékével számolni.

2/4-es kapcsolások

Az előző két kapcsolás diódáit és tranzisztorait egyetlen kapcsolásban egyesíthetjük

(2.10 ábra), de egyszerre csak az egyik tranzisztort kapcsolgathatjuk, (a másik állandóan zárt).

Ekkor az ehhez a tranzisztorhoz tartozó üzem és működési terület jön létre.

13

2.10 ábra

Egy másik 2/4-es kapcsolást látunk a 2.11 ábrán. Itt az Ia iránya csak a rajzolt lehet (valóságos

irány is), és az Ui, (ezzel az ) iránya lehet kétféle. Ha az Ui valóságos iránya a rajzon láthatóval

egyezik meg, és pl. a T3 tranzisztor állandóan vezet, míg a T1-et kapcsolgatjuk, a

feszültségcsökkentő üzem jön létre. Ha az Ui iránya fordított, (mert ellenkező irányban

forgatjuk a tengelyt,) és pl. a T3 tranzisztor soha sem vezet, míg a T1-et kapcsolgatjuk, a

feszültég növelő kapcsoláshoz jutunk. A megfelelő működési terület is a 2.12. ábrán látható.

2.11 ábra

A 4/4-es kapcsolás

A kapcsolást és a működési területét látjuk a 2.12 ábrán. Az üzemállapotok az előzőek alapján

követhetők.

Természetesen minden kapcsoláshoz, (az előzőekhez is) hozzátartozik egy a tranzisztorokat

vezérlő elektronika.

Szabályozott hajtásoknál ez kiegészül érzékelőkkel, és szabályozó elektronikával.

2.12 ábra

14

Tirisztoros (diódás) meghajtók állandó mágnesű egyenáramú motorokhoz.

A tirisztorok gyújtásszöge , ami 0 és 1800 között változhat.

Egy egyfázisú, kétutas, féligvezérelt (nulladiódásított) egyenirányítóval felépített meghajtó

kapcsolást látunk a 2.13/a. ábrán. Az Ia (és az M) csak >0 lehet a félvezetők szelephatása miatt.

Folyamatos áramvezetéskor az U egyenirányított feszültség középértéke

U U

max

cos,

1

20

ezért is csak >0 lehet. Így a meghajtó miatt csak 1/4-es üzem jöhet létre.

A 2.13/b ábrán az Ia (és az M) szintén csak >0 lehet, de folyamatos áramvezetéskor az

U U max cos , vagyis Umax között változhat, ezért is értékű lehet. Így a meghajtó

2/4-es üzemet tesz lehetővé.

a) b) c)

2.13 ábra

A 2.13/c kapcsolás szerint 4/4-es üzemet kapunk, mivel az Ia (és az M), valamint az is

kétirányú lehet.

15

Az elektronikus kommutációjú egyenáramú motor.

A motor forgórésze állandó mágnesű, az állórészén van a tekercselés, tehát valójában szinkron

motor. A meghajtása miatt nevezzük elektronikus kommutációjú, vagy kefe nélküli (vagy

kommutátor nélküli) egyenáramú motornak.

Az állórész három, vagy négyfázisú tekercselését tranzisztorok kapcsolják (be, ki) az

egyenáramú hálózatra,

a forgórész helyzetétől függően,

amit pl. Hall generátorok érzékelnek, vagy

szöghelyzet adó (rezolver) érzékel,

a kívánt forgásiránynak megfelelő sorrendben.

Egy négyfázisú motort és a teljesítményelektronikai részének kapcsolását látjuk a 2.14/a ábrán.

Amikor egy kommutáló tranzisztor vezet, (pl. a 3-as,) akkor a hozzá kapcsolódó állórész

tekercsben folyó áram által létesített mágnestér irányába áll be a forgórész állandó mágnese. A

tekercsben folyó áram nagyságát, (és ezzel a nyomatékot) a végfokozat szaggató

tranzisztorának ki-be kapcsolása szabja meg. Ha ezután pl. csak a 4-es tekercs tranzisztorát

kapcsoljuk be, a forgórész 900-kal elfordul, és így marad, amíg újabb tranzisztort kapcsolunk

be. Így jön létre a „léptető üzem”.

2.14. ábra

2.14 ábra

A kommutáló tranzisztorok egyféle sorrendű gyorsabb vezérlésével (pl. 3,4,3’,4’) a forgórész

pólusai már forogva „járnak együtt” az állórész gyorsabb lépegetésével. Ez a „szinkron üzem”.

A kommutáló tranzisztorok kapcsolási frekvenciáját azonban nem változtathatjuk meg

Négyfázisú tranzisztoros, kommutátor nélküli gép kapcsolása.

a. Motor és teljesítmény elektronikai rész b. Hall genrátorokkal és szabályozóval kiegészítve

Négyfázisú tranzisztoros, kommutátor nélküli gép kapcsolása.

a) Motor és teljesítmény elektronikai rész b) Hall genrátorokkal és szabályozóval kiegészítve

16

ugrásszerűen, (túl gyorsan), mert a forgórész (és a vele tengelykapcsolatban lévő tömeg)

tehetetlenségi nyomatéka nem tudja követni a mező hirtelen megváltozott forgását. A forgórész

„kiesik a szinkronizmusból”, és leáll.

A Hall-generátorokkal és a szabályozóval kiegészített kapcsolást a 2.14/b ábrán látjuk.

A (2) Hall-érzékelők a forgórész helyzetét érzékelik, és ettől függően kapcsolják be a forgórész

forgásirányának megfelelő sorrendű kommutáló tranzisztort. Ekkor tehát a forgórész nem

szakadhat el a mezőtől, mert „össze vannak szinkronozva”, (hasonlóan, mint a kommutátoros

egyenáramú gépnél), vagyis minden fordulatszám „szinkron”. Ez az elektronikus

kommutációjú motor egyenáramú üzeme.

A további elemek a szabályozást valósítják meg. Az állórész tekercs árama a P potenciométeren

is átfolyik. Az erről leosztott feszültség adja az áram ellenőrző jelet, amit az áramszabályozóba

vezetünk vissza. A fordulatszámmal arányos visszacsatoló jelet a négy állórész tekercsben

indukált (fordulatszámmal arányos) feszültség négyfázisú egyenirányításával kapjuk. Ennek és

a fordulatszám alapjelnek a különbsége adja a fordulatszám szabályozó bemenő jelét.

A 2.15 ábra egy háromfázisú, tárcsa forgórészű lemezjátszó és diszk hajtómotor szerkezeti

felépítését mutatja. Itt az állandó mágnesű forgórész helyzetének figyelésére 3 db Hall-érzékelő

szükséges. Az állórész tekercsekben az áram a háromfázisú váltakozó áramú rendszernek

megfelelően van kapcsolgatva.

2.15 ábra

17

Újabb megoldásokban a forgórész helyzetét rezolver érzékeli. Ez folyamatosan „másolja” a

forgórész helyzetét. Így a tekercsekben folyó áramokat is úgy lehet változtatni, hogy állandó

amplitúdójú (körforgó) mágnesmező keletkezzen, amelynek az iránya minden helyzetben

villamosan 900-ot zár be a forgórész mágneses tengelyével. Ezzel elérhető, hogy mindig a

legnagyobb nyomatékot fejtse ki a motor.

Soros gerjesztésű egyenáramú motor.

Kapcsolását a 2.4/d ábrán láttuk. Itt az állórész fluxust is az armatúraáram gerjeszti, ezért a a

mágnesezési görbe szerint függ az I-től. A 0,8.In-nél kisebb I-knél még a mágnesezési görbe

emelkedő szakasza érvényes. Ezt lineárisnak tekintve a =cI. Így M=k..I=k.c.I2, ill.

IM

k c

. Ezzel az (M) mechanikai jelleggörbe:

P M U I U R R I I U R RM

k c

M

k cb i g a g a

[ ( ) ] ( ) .

amiből

U

k c M

R R

k c

g a.

Névlegesnél nagyobb áramok esetén a áll.

A jelleggörbe lineáris lesz, mint az állandó gerjesztésű gépeknél.

Az (M) jelleggörbékből látszik, hogy a szögsebesség

erősen függ a nyomatéktól. Kis nyomatékoknál az igen

nagy értékű lenne, ezért a motort nem szabad terhelés

nélkül hagyni, mert „megszalad”. Előny, hogy az

indítónyomaték nagy, és a „lágy”, (nem szögsebesség

tartó, hiperbolaszerű) jelleggörbe miatt a nyomaték

változása csak kis mértékben befolyásolja a teljesítményt.

A csökkentett kapocsfeszültségekhez tartozó jelleggörbéket is mutatja a 2.16 ábra. Tipikus

alkalmazási területe az ilyen motoroknak az autó önindító és a targonca hajtás.

2.16 ábra

18

2.17 ábra

A 2.17 ábra kapocsfeszültség változtatásával történő fordulatszám változtatásra mutat egy

kapcsolást, valamint a feszültség és az áram hullámalakját.

Váltakozó áramú soros kommutátoros motor.

Korábban ezeket univerzális motoroknak is nevezték, mert a soros egyenáramú motorokhoz

hasonló felépítés miatt elvben egyenáramról is működnek. Ma azonban praktikus okok miatt

szinte csak váltakozó feszültségről üzemelnek. A kommutációs szikrázás csökkentésére a

keferendszert elforgatják, emiatt a forgásirány csak egyféle lehet. A kommutálásnál keletkező

szikrák zavarokat okozhatnak a közeli rádió, televízió és távbeszélő készülékekben. Ezek

csökkentésére a motorral zavarszűrő egységet kapcsolnak párhuzamosan. A motor szokásos

kapcsolását a zavarszűrő egységgel együtt a 2.19. ábra mutatja. Egyben a triakkal történő

fordulatszám szabályozás módját, és az ilyenkor érvényes um, im időfüggvényeket is a

2.19 ábrán látjuk.

A gépek fordulatszáma nagy (20000 1/min), ezért teljesítményükhöz képest viszonylag kis

geometriai méretűek. Porszívók, varrógépek, kézi szerszámok motorja 10-1000 W-ig.

A kommutátoros motor nyomatékának

iránya (M=k..I) nem változik meg, ha a

fluxus és az armatúra áram iránya

egyidejűleg változik meg. Ezt használjuk

ki a váltakozó áramú soros kommutátoros

motoroknál. A soros jellegnek

megfelelően nagy az indítónyomatékuk, a

szögsebességük pedig nagymértékben

függ a terheléstől (2.18 ábra).

2.18 ábra

19

0=tω

030=tω

060=tω090=tω

0120=tω tω

Ai Bi

2.19 ábra

3. FORGÓMEZŐS GÉPEK

Általában forgó mező keletkezik, ha térben eltolt tengelyű tekercsekben azonos frekvenciájú, de

fázisban eltolt áramok folynak.

Az aszinkron és a szinkron gépek külső mágnesének vasmagja, -amelyik általában az állórész,-

hengergyűrű alakú. A D átmérőjű belső felületén tengelyirányban hornyokat mélyítenek, és

abba helyezik a többfázisú elosztott tekercset.

Aszinkron gépnél a furatba helyezik a légréssel

kisebb átmérőjű forgórész hornyolt vasmagját,

ezekben van a forgórész tekercselés (3.1 ábra).

Az indukcióvonalakat vezető álló és forgórész

vasteste kis mágneses ellenállást biztosít.

Az állórész hornyaiban (1), 2, 3 fázisú tekercs

van, amelyekben eltolt fázisú szinuszos áramok folynak.

Tekintsünk pl. két merőleges tengelyű tekercset, amelyekben 900-kal eltérő fázisú áram folyik.

3.2 ábra

3.1 ábra

'A

A

'B

B

tengelyB

Atengely

20

•

Ha a tekercsben folyó áram pillanatértéke pozitív, a tekercs vesszőtlen oldalán befelé, , a

másik oldalon kifelé, folyik az áram. Ekkor a mező a tengely pozitív irányába mutat. A

gépben az eredő mező jelenik meg.

Ábrázoljuk néhány kiragadott pillanatban az eredő mezőt.

3.3 ábra

Látható, hogy bármely időpillanatban a mező fluxusának nagysága állandó, végpontja körön

mozog. Körforgó mezőt kaptunk.

Ha az egyik tekercs végeit felcseréljük, abban az áram ellenkező fázisú lesz, a mező ellenkező

irányban forog.

Ha az áram amplitudók nem egyformák, vagy a fáziseltolás nem 900, vagy a tekercsek nem

egyformák az eredő mező végpontja ellipszisen mozog. Elliptikus mezőt kapunk, amely viszont

felbontható egy nagyobb amplitúdójú és egy kisebb amplitúdójú szemben forgó körforgó

mezőre.

Ha csak egy fázisban van (szinuszos) áram lüktető mezőt kapunk, amely viszont felbontható két

azonos amplitúdójú szemben forgó körforgó mezőre.

Forgó mezőt (mágnest) leggyakrabban háromfázisú tekercseléssel állítunk elő ahol a tekercsek

tengelyei egymással 120o-120o szöget zárnak be. Ha ezekben a tekercsekben szimmetrikus

háromfázisú áram folyik, ugyanúgy körben forgó, állandó amplitúdójú mágnesmezőt kapunk,

mint a kétfázisú esetben. Erről értelemszerűen hasonló szerkesztéssel győződhetünk meg.

3.4 ábra

Nem szimmetrikus esetben pedig itt is elliptikus vagy lüktető mezőt kapunk (3.4 ábra).

×××

×

•

• • •

•

• • •× × × ×

A A A A A

B B B B B

1 1 1 11 2

1

2

1

2

1

2

32

3

2

3

0=tω 030=tω060=tω 090=tω 0120=tω

21

A mező forgásiránya megváltozik, ha három tekercs esetén két kivezetést felcserélünk (ezt

fáziscserének hívjuk).

Érdekesség az, hogy a tekercsekben folyó szinuszos áramok forgó mágnest hoznak létre,

miközben maga a tekercs és (a vasmag) áll.

A forgó mező ω0 szögsebessége, ill. az n0 percenkénti fordulatszáma, amit szinkron

szögsebességnek, ill. fordulatszámnak is nevezünk:

ahol f1 az állórész áram frekvenciája,

p a póluspárok száma.

A lehetséges szinkron fordulatszámok f1=50 Hz-nél:

p 1 2 3 4

n0 (1/min) 3000 1500 1000 750

Aszinkron (indukciós) gép

Állórészén forgómezős tekercselés van.

Az aszinkron gép forgórész tekercselése kalickás, vagy csúszógyűrűs. A kalickás tekercselés

általában a (hornyokban) szigeteletlen vezetőrudakból és a rudakat a forgórész vastest két

homlokfelületén összekötő rövidrezáró gyűrűkből áll. A csúszógyűrűs vagy tekercselt

forgórész ugyanolyan póluspárszámú tekercselést tartalmaz, mint az állórész. A forgórész

tekercselés áramának kivezetésére szolgál a gép tengelyére szigetelten felerősített 3 csúszó

kontaktus, 3 csúszógyűrű. Innen az elnevezés. Egy egykalickás forgórészt, ill. egy

csúszógyűrűs motor szerkezeti részeit (kefe szerkezeteit, pajzsokat, a tekercselt állórészt) látjuk

a 3.5 ábrán.

3.5 ábra

22

Működés közben a forgó mező - a külső mágnes- erővonalai metszik az állórész és a forgórész

tekercseit, és bennük feszültséget indukálnak. Az állórész tekercseiben indukált feszültség és a

tekercseken létrejövő feszültségesések összege a hálózat feszültségével tart egyensúlyt. Az

ω≠ω0 szögsebességű forgórész tekercseiben indukált feszültség a forgórész tekercselés zárt

áramköreiben áramot indít. Ez hozza létre a belső mágnest. A forgórész áram és a forgó mező

egymásra hatásából erő ill. nyomaték keletkezik, amely a Lenz törvény értelmében a forgó

mező és a forgórész szögsebesség különbségét, az (ω0-ω)-t csökkenteni igyekszik. Ha a

forgórész szögsebessége kisebb a szinkron szögsebességnél - a nyomaték iránya megegyezik a

forgásiránnyal, - amely a forgórészt és a vele tengelykapcsolatban lévő gépet hajtja. Ha a

forgórész szögsebessége nagyobb a szinkron szögsebességnél - a nyomaték iránya ellentétes a

forgásiránnyal -, amely a forgórészt és az azt hajtó gépet fékezi. A szögsebesség nem érheti el

a szinkron szögsebességet, mert akkor teljesen megszűnne az indukált áram és a

forgatónyomaték. Vagyis az ω=ω0 kivételével minden nem szinkron szögsebességnél van

nyomaték. Innen az aszinkron elnevezés. Mivel a forgórész áramok indukció révén keletkeznek,

e gépeket indukciósnak is nevezik.

A külső és belső mágnes minden ω-nál együtt marad, relatív helyzetük változatlan marad, mert

a forgórész ω szögsebességénél a forgórészben indukált f2 frekvenciájú

áramok eloszlása egy olyan forgó mezőt (belső mágnest) hoz létre, ami pontosan (ω0-ω)-val

forog a forgórész vastestéhez képest és (ω0-ω)+ ω= ω0-lal az állórészhez képest, azaz együtt

forog az állórész mezővel.

Az üzem fontos jellemzőjeként definiálták a forgó mező és a forgórész szögsebesség

különbségének viszonyát a mező szögsebességéhez, ez a szlip (csuszamlás).

Ebből a szögsebesség:

A szlip névleges értéke sn=(1...6)%.

Amíg a terhelőnyomaték 0-ról Mn-ig nő, a szögsebesség a szinkronhoz képest s

n%-kal csökken.

Az aszinkron motor tehát a jelleggörbe üzemi szakaszán szögsebesség tartó (fordulatszámtartó)

gép. A következő megfontolások - a szokásos módon- kétpólusú (p=1) gépre vonatkoznak,

ezért ω1=ω0

.f

f=

n

n-n=s

1

2

0

0

23

A teljes mechanikai jelleggörbe meghatározásához az állandó frekvenciájú táplálásra érvényes

helyettesítő kapcsolást használjuk fel (3.6/c ábra). Ez egy olyan kapcsolás, amelyik egy szliptől

függő Rt’ terhelő ellenállást táplál, amelynek teljesítménye a Pm mechanikai teljesítménnyel

egyezik meg:

A helyettesítő kapcsolás további elemei:

R1 az állórész tekercselés egy fázisának ellenállása,

Xs1=ω0.Ls1 az állórész tekercselés egy fázisának szórási reaktanciája,

Ls1 az állórész tekercselés egy fázisának szórási induktivitása,

Xm=ω0.Lm a mágnesező reaktancia,

Lm a mágnesező induktivitás,

Xs2’=ω0

.Ls2’ a forgórész egy fázisának szórási reaktanciája az állórész tekercselés

menetszámára átszámítva,

Ls2’ forgórész egy fázisának szórási induktivitása az állórész tekercselés

menetszámára redukálva,

R2' a forgórész egy fázisának ellenállása az állórész tekercselés menetszámára átszámítva,

ω0 az állórész áram körfrekvenciája is, mert feltételezzük, hogy p=1,

Rv a vasveszteségi ellenállás.

.a

.b

.c

ábra 6.3

24

Az arányok névleges üzemben:

A 3.6/a ábrán egy csúszógyűrűs motor teljesítményszalagját, a 3.6/b-n szerkezetének fél

metszetét is látjuk szaggatott vonallal jelezve, hogy az egyes teljesítmények ill. veszteségek a

gép melyik részében keletkeznek és a helyettesítő kapcsolás melyik eleméhez kötődnek.

A motorüzemre vonatkozó teljesítményszalag a 3.6/a ábrán mutatja, hogy a gép állórészébe

bevezetett P1 villamos teljesítmény fedezi az állórész P

t1 tekercs- és P

v vasveszteségét. A

megmaradt teljesítmény a légrésen keresztül a forgó mező közvetítésével jut a forgórészbe,

ezért légrés teljesítménynek nevezzük. Ez valójában a forgórész összes teljesítménye. A Pℓ

légrés teljesítményből vonódik le a Pt2

forgórész tekercsveszteség, a többi Pm mechanikai

teljesítménnyé alakul át. A gép mechanikai vesztesége a Ps súrlódási vesztség, melynek

levonása után a tengelyen leadott P2, vagy Ph hasznos (névleges) teljesítmény kapjuk. Az

aszinkron gép forgórészében keletkező vasveszteséget a kicsiny névleges f2 miatt (0,5...3 Hz)

elhanyagoljuk.

Az M(s) nyomaték-szlip jelleggörbe

levezetéséhez egyfajta egyszerűsített

helyettesítő kapcsolást használunk

(3.7 ábra). A Pℓ légrés teljesítményből

indulunk ki.

3.7 ábra

Háromfázisú gépnél:

.s

R

X)s

RR(

U3

s

RI3MP

'

2

22

'

2

1

2

1

'

22'

20

,

25

Ebből

A maximális (billenő) nyomatékhoz tartozó szlipet a dM

ds= 0 egyenletből kapjuk:

sb =R2

′

±√R1"2+X2

. A + előjel a motorra, a – a generárorra vonatkozik. Ezzel pl. a motoros billenő

nyomaték:

)Rs

R(2

1U3M

1

b

20

2

1

bM

A függőleges tengelyt az ω=ω0 (1-s) alapján az ω szerint is léptékezhetjük. Így az ω(M)

3.8 ábra

mechanikai jelleggörbéhez jutunk. A 3.8 ábrán bejelöltük a jellegzetes üzemállapotokat, a

billenő- (maximális-) nyomatékok értékeit, valamint felrajzoltuk az ω(I1) függvényt is. A nagy

Ii indító áram és a kis M

i indító nyomaték kedvezőtlen tulajdonságai az indukciós motornak,

amin kétkalickás, vagy mélyhornyú forgórész alkalmazásával lehet javítani.

)1.3(

26

A 3.1 képlet mutatja a szögsebesség változtatás lehetőségeit. Háromfázisú csúszógyűrűs

motoroknál lehetőség van a csúszógyűrűkhöz csatlakozó keféken keresztül beavatkozni a

forgórész áramkörébe. Ez legtöbbször ellenállás beiktatását jelenti. A beiktatott ellenállás

rontja a hatásfokot.

Az ω változtatás szokásos módszerei kalickás motoroknál:

• az U1 fázisfeszültség csökkentése,

• a p póluspár szám változtatása,

• az f1 frekvencia változtatása.

3.9 ábra

Az U1 fázisfeszültség csökkentésére a gyakorlatban csak a 3.9 ábrán látható kapcsolás terjedt

el. A motor minden fázisa elé ellenpárhuzamosan kapcsolt tirisztor párok, (az ábrán triakok)

gyújtásával a motor kapocsfeszültségét zérustól a hálózati feszültségig lehet változtatni. A

szögsebesség csak növelt forgórészköri ellenállás esetén változik jelentősebben, de akkor a

hatásfok romlik. Szellőzők hajtására, ill. „lágy”, csökkentett nyomatékú indításra használják.

A póluspárszám változtatásával, mivel a p csak természetes egész szám lehet, csak néhány

diszkrét fordulatszám állítható elő. A Dahlander-tekercselésű

motoroknál ugyanannak az állórész tekercselésnek a pólusszámát

átkapcsolással 1:2 arányban lehet változtatni. Nagyobb arányú

pólusszám változtatást használnak lift motoroknál (gyors ill.

lassú menetre), vagy az automata mosógépeknél (mosás ill.

centrifugálásra), de ekkor két különböző póluspárszámú

tekercselés van az állórészen. A forgórész mindig kalickás.

3.10 ábra

Az f1 tápláló frekvencia folyamatos változtatása veszteségmentes fordulatszám változtatást

tesz lehetővé, és 50 Hz-nél nagyobb frekvenciáknál 3000 1/min-nál nagyobb fordulatszámokat

27

is el lehet érni. Ma ez az egyik leggyakoribb fordulatszám változtatási módja a háromfázisú

indukciós motoroknak.

Működés közben a vasmag telítődését elkerülendő a fluxus nem haladhatja meg a névleges

értéket, ezért valamelyik fluxust (ψ-t, ψr-t ), ill. a hozzá tartozó feszültséget (U≈a.ψ.f1) állandó

értéken célszerű tartani. Ennek megfelelően többféle szabályozási stratégia alakult ki.

A frekvencia változtatásakor használt egyszerűsített helyettesítő kapcsolás alapján (3.10 ábra)

levezethető, hogy ha a motort változó f1-ű, (ω0-jú) feszültséggel tápláljuk, de az U1/f1=áll.,

akkor a jelleggörbék szinte párhuzamosan tolódnak el, de a motoros billenőnyomaték csökken,

a generátoros billenőnyomaték nő.

Frekvenciaváltók aszinkron motorok táplálására

Közvetlen Közbenső egyenáramú körös

500 kW fölötti teljesítményre, Áram inverter Feszültség inverter

kis fordulatszámra 10-1500 kW-ra egyszerű ISzM

(6 ütemű) (PWM)

Egyszerű invereteres

kapcsolásnál (3.11/a ábra) a

motor kapcsait a háromfázisú

rendszernek és egy perióduson

belül a 6 ütemnek megfelelően

kell a tranzisztorokkal az UE

feszültség + - sínéhez kapcsolni.

A U1/f1=áll. tartására az UE-nek

változtathatónak kell lenni. Az a

fázis feszültsége pl. a következő

lesz. A feszültség nem szinuszos

alakja miatt felharmónikusok

lépnek fel.

3.11 ábra

EU3

2

EU3

1

π2

au

tω

au

28

Egy közbenső egyenáramkörös, feszültség inverteres, ISzM-es aszinkron motoros hajtás

kapcsolását mutatja a 3.12 ábra.

Az ISzM-es vezérléssel biztosítani lehet az U1/f1=áll. tartását, és a nagyon jó közelítéssel a

szinuszos feszültséget.

Kondenzátoros segédfázisos indukciós motor.

Két merőleges tengelyű állórész tekercs esetén az egyik tekercset főfázisnak nevezzük. Ez

közvetlenül rákapcsolódik egy egyfázisú hálózatra. A másik

tekercset segédfázisnak hívjuk. (3.13 ábra). Ez egy vagy két

kondenzátor közbeiktatásával kapcsolódik ugyanarra az

egyfázisú hálózatra. (3.14 ábra). Az egyfázisú táplálás miatt

ezeket a motorokat egyfázisú motoroknak is hívjuk.

Az ilyen motoroknál gyakran elliptikus forgó mező keletkezik. A

fázisban eltolt áramot a segédfázissal sorba kapcsolt kondenzátor

hozza létre. Ez csak egy bizonyos

fordulatszámnál (impedanciánál) létesít éppen 900-os

fáziseltolású áramot, ill. körforgó mezőt.

3.13 ábra

Az elliptikusan forgó mező felbontható egy nagyobb amplitúdójú és vele szembeforgó kisebb

amplitúdójú körforgó mezőre. A két körforgó mezőhöz tartozó mechanikai jelleggörbék

összege adja az eredő jelleggörbét.

Indító és üzemi kondenzátoros motor kapcsolását és jelleggörbéit látjuk a 3.14 ábrán. Így két

fordulatszámnál is (célszerűen indításkor és névleges fordulatszámnál) meg tudjuk valósítani a

körforgó mezőt. A Ci kondenzátort felfutás után lekapcsoljuk.

29

Szinkron gép

Állórészén forgómezős tekercselés van, melynek szögsebessége

012

f

p.

A forgórész hengeres (állandó légrésű), vagy kiálló pólusú (3.15 ábra).

A kb. 15 kVA-nél nagyobb teljesítményeknél két csúszógyűrűn be- ill. kivezetett,

egyenárammal gerjesztett elektromágnes van.

A két mágnes csak együtt „szinkronba” tud járni, a gép csak az ω0 szögsebességen tud

nyomatékot kifejteni, ezért a nagyteljesítményű gépeket, (pl. az erőművi generátorokat)

hálózatra kapcsoláshoz „szinkronizálni” kell. Ez azt jelenti, hogy nyitott állórész kapcsoknál

(üresjárásban) a forgórész mágnes forgatásával egy forgó mágneses mezőt létesítünk, ami

váltakozó feszültséget indukál az állórész (armatúra) tekercsekben. Ezt az indukált feszültséget

Up pólusfeszültségnek hívjuk, (mert a forgórész pólusfluxus hatására keletkezik).

Szinkronizáláskor az Up feszültség

frekvenciáját a szögsebesség (a fordulatszám) változtatásával,

3.15 ábra

30

nagyságát (amplitudóját) a forgórész gerjesztő áramának változtatásával,

fázishelyzetét a szögsebesség nagyon finom állításával és

háromfázisú motoroknál a fázissorrendjét

kell ugyanolyanra állítani, mint a váltakozó áramú hálózat feszültségének frekvenciája,

amplitudója, fázishelyzete és fázissorrendje.

A szinkronizálást ellenőrző egy lehetséges kapcsolást mutat a

3.16 ábra. A kapcsolót akkor szabad bekapcsolni, amikor az

mindegyik lámpa „sötét”.

3.16 ábra

Generátoroknál, amelyek a villamos energiatermelés kizárólagos gépei, a forgórész forgatására

pl. egy turbina eleve rendelkezésre áll.

Motoroknál az indítás

indító segédgéppel történhet, amellyel a frekvencia beállítására szinkron fordulatra hozzuk

a forgórészt. A további egyeztetések után a hálózatra kapcsolás elvégezhető.

legtöbbször a pólusokba beépített indító kalicka segítségével történik. A kalickákkal

aszinkron módra közel szinkron fordulatszámra gyorsul a forgórész. Ezután a forgórész

tekercselés egyenáramú gerjesztésével megjelenik a szinkronozó nyomaték és a gép

„beugrik” a szinkronba.

a tápláló frekvencia folyamatos növelésével is történhet. Ehhez frekvenciaváltó szükséges,

amelynek frekvenciája (közel) 0 Hz-től a kívánt frekvenciáig folyamatosan változtatható,

és terhelésekor is képes táplálni a motort. A frekvenciaváltóval a szinkron motor

mechanikai jelleggörbéjét, így fordulatszámát is változtathatjuk.

„Ideális” szinkronizáláskor a hálózatra kapcsolása után sem folyik még áram az armatúra

tekercselésben, mert a hálózat Uk feszültségének és az Up pólusfeszültségnek fazorjai tartósan

31

egyirányúak és azonos nagyságúak, a két mágnes tengelye között lévő terhelésre jellemző szög

pedig =0 (3.17 ábra). Ettől eltérő állapotban az armatúra tekercsekben áram folyik, a pólusok

tengelyei β terhelési szöggel eltérnek, de továbbra is együtt forognak.

Érzékelhető, hogy a növekedésével egy bizonyos szögig a nyomaték nő, majd csökken.

Könnyű belátni, hogy a legnagyobb nyomaték =90o-nál adódik, vagyis amikor a két

mágneses tengely merőleges egymásra. Bizonyítható hogy az .sinX

UU3M

d0

pk

A képletben Uk a gép

fázisfeszültsége, Up a

pólusfeszültség fázisértéke,

Xd pedig az ún. szinkron

reaktancia.

3.17 ábra

Stabil, állandó üzem csak növekvő nyomaték esetén alakulhat ki, vagyis amikor dM/d0. A

nyomaték-terhelési szög függvényt a 3.18 ábra mutatja.

3.18 ábra

Az elmondottaknak megfelelően a szinkron gép ω(M) mechanikai jelleggörbéje a 3.19ábrán

látszik. Az ábra azt is mutatja, hogy a szinkron gépnek nincs indítónyomatéka.

A frekvencia változtatásakor a jelleggörbék párhuzamosan

tolódnak el. Fáziscsere után a III. és IV. negyedben is lesznek

jelleggörbék, vagyis ez a gép is 4/4-es üzemre alkalmas, ha

ezt a táplálás is lehetővé teszi. A frekvenciaváltó invertere

megegyezik az aszinkron motornál mondottal, de a vezérlése

eltér attól. maxb M=MbM- 3.19 ábra

32