Zení otáček synchronních motorů – AC pohon

Od změny počtu pólových párů z_p se tedy nepoužívá u sériově vyráběných motorů regulace frekvence je prakticky jediný způsob regulace úhlové rychlosti synchronních motorů. Vyznačuje se v podstatě stejnými indikátory jako frekvenční regulace otáček asynchronních motorů s rotorem nakrátko. Tato regulace je plynulá a dvouzónová. Rozsah nastavení směrem nahoru od jmenovitých synchronních otáček je omezen mechanickou pevností rotoru, jeho vyvážením a kvalitou ložisek. Rozsah nastavení směrem dolů od jmenovité synchronní rychlosti může dosahovat hodnot D = 1: (50 4-100) a více, s přihlédnutím k absolutní tuhosti mechanických charakteristik motoru a zajištění sinusoidy napájecího napětí. Stabilita rychlosti je vysoká. Dovolené zatížení při konstantním buzení a nezávislé ventilaci odpovídá jmenovitému momentu.

Použití polovodičových frekvenčních měničů otevírá velké možnosti ve vztahu k vytváření požadovaných statických a přechodových procesů frekvenčně řízených synchronních elektrických pohonů.

Na rozdíl od asynchronního motoru s kotvou nakrátko s frekvenční regulací otáček má synchronní motor tři kanály řízení momentu: změna budícího proudu /_в, změnou napětí statorových vinutí t/_ly— a změna frekvence /_1r– napětí vinutí statoru.

Pro synchronní motor s vyčnívajícími póly lze získat rovnici pro elektromagnetický moment, jejíž odvození je uvedeno v [20]:

Index j v rovnici (5.77) ukazuje změnu odpovídajícího parametru.

Zanedbáním druhé složky elektromagnetického momentu ve vyjádření (5.77) získáme

kde A – konstantní koeficient.

Pokud připustíme, že při frekvenční regulaci otáček synchronního motoru musí zůstat rezerva stability konstantní, pak je nutné splnit podmínku o = o a el.u a el.n popř.

kde 0у je úhel natočení rotoru synchronního motoru s kombinovanou změnou momentu odporu М_с, frekvence napětí statorového vinutí /jy, napětí statorového vinutí uj, tok buzení /_[у?.

Vyřešme (5.78) pro sin0_3J1, dostaneme:

Dosadíme (5.80) do (5.79): odkud

UXj-I3j M-fXi

Ze splnění podmínky (5.81) plynou následující zákony frekvenčního řízení otáček synchronního motoru:

• fj = var ‘7_В = ^в.н = konst; Uj = U_Xn = konst. Regulace rychlosti se provádí při konstantním výkonu. Při tomto způsobu regulace při snížených úhlových rychlostech má synchronní motor výrazný maximální točivý moment L/_tak. Zvýšení maximálního točivého momentu při snížených úhlových rychlostech je však doprovázeno zvýšením statorového proudu v důsledku snížení jalového odporu stroje. Způsob regulace lze použít při regulaci otáček z nominální hodnoty._0n;

je

• fj = var; /_в =/_в n = konst; —— — konst. Ovládání rychlosti

se vyrábí při konstantním točivém momentu. Řídicí zákon se uplatní, když je mechanická charakteristika výrobního mechanismu nezávislá na úhlové rychlosti, tedy kdy М_с – konst;

— konst. Ovládání rychlosti

vyráběné při konstantním výkonu (R_с= const) dolů od jmenovité rychlosti s_0n;

• D.• — var; /_в – /_{v n} — konst; —у- — konst. Ovládání rychlosti A;

se vyrábí při zatížení ventilátorem, to znamená při L/_с = A/q+ к • s .

Mechanické charakteristiky výrobních mechanismů a elektrických pohonů “frekvenční měnič-synchronní motor” pro zákony řízení třídy Uj/fj = konst jsou uvedeny na obr. 5.56.

Obr. 5.56. Mechanické vlastnosti výrobních mechanismů a elektrických pohonů „synchronní motor s frekvenčním měničem“

Uvažované regulační zákony pro frekvenční řízení otáček synchronního motoru platí pouze pro první přiblížení, zejména pro synchronní motor s vyčnívajícími póly, protože nezohlednění jalového elektromagnetického momentu vede k významným (až 20 %) chyby v mechanických vlastnostech motoru.

Synchronní motor má velmi důležitou vlastnost – při aplikaci konstantního napětí na vinutí statoru (/_t =0) vytváří brzdný moment, když rotor stojí, čímž je zajištěna mechanická fixace rotoru v dané poloze.

Kontrolní otázky a úkoly

• 1. Nakreslete základní schéma zapojení asynchronního motoru do sítě.
• 2. Co je ekvivalentní obvod asynchronního motoru a k jakému účelu se používá?
• 3. Uveďte definici mechanických charakteristik asynchronního motoru.
• 4. Proč se při výpočtech pro asynchronní motor používají dva typy elektromechanických charakteristik?
• 5. Uveďte definici magnetizačního proudu asynchronního motoru.
• 6. V jakých energetických režimech může asynchronní motor pracovat na přirozené charakteristice?
• 7. Vyjmenujte tři charakteristické body na mechanické charakteristice asynchronního motoru.
• 8. Změnou kterých parametrů asynchronního motoru lze regulovat jeho otáčky?
• 9. Jaká je dynamická mechanická charakteristika asynchronního motoru?
• 10. Popište řízení otáček reostatu asynchronního motoru.
• 11. Vyjmenujte vlastnosti regulace otáček asynchronního motoru změnou fázového napětí.
• 12. Jak se mění výkonové ztráty v rotoru asynchronního motoru s fázovou regulací otáček?
• 13. Může asynchronní motor pracovat v úseku mechanických charakteristik s kladnou tuhostí?
• 14. Co je to softstartér?
• 15. Vyjmenujte hlavní typy frekvenčních měničů.
• 16. Vysvětlete obvod a princip regulace frekvence v přímém frekvenčním měniči.
• 17. Vysvětlete princip činnosti můstkového proudového měniče.
• 18. Vysvětlete princip činnosti napěťového měniče.
• 19. Vysvětlete princip sinusové pulzně šířkové regulace napětí autonomního napěťového měniče.
• 20. Vyjmenujte hlavní způsoby společné regulace frekvence a napětí asynchronního motoru.
• 21. Nakreslete základní schéma zapojení synchronního motoru do sítě.
• 22. Vysvětlete rozběhové charakteristiky synchronního motoru.
• 23. Jaká je úhlová charakteristika synchronního motoru?
• 24. Jaký je rozdíl mezi úhlovými charakteristikami synchronního motoru s vyčnívajícími póly a bez vyčnívajících pólů?

Od změny počtu pólových párů z_р se tedy nepoužívá u sériově vyráběných motorů regulace frekvence je prakticky jediný způsob regulace úhlové rychlosti synchronních motorů. Vyznačuje se v podstatě stejnými indikátory jako frekvenční regulace otáček asynchronních motorů s rotorem nakrátko. Tato regulace je plynulá, dvouzónová. Regulační rozsah směrem nahoru od jmenovitých synchronních otáček je omezen mechanickou pevností rotoru, jeho vyvážením a kvalitou ložisek. Regulační rozsah dolů od jmenovitých synchronních otáček může dosáhnout hodnot D = 1: (50 -g-100) a více, s přihlédnutím k absolutní tuhosti mechanické

charakteristiky motoru a zajištění sinusového charakteru napájecího napětí. Stabilita rychlosti je vysoká. Dovolené zatížení při konstantním buzení a nezávislé ventilaci odpovídá jmenovitému momentu.

Použití polovodičových frekvenčních měničů otevírá velké možnosti ve vztahu k vytváření požadovaných statických a přechodových procesů frekvenčně řízených synchronních elektrických pohonů.

Na rozdíl od asynchronního motoru s kotvou nakrátko s frekvenční regulací otáček má synchronní motor tři kanály řízení momentu: změna budícího proudu /_а, měnící napětí vinutí statoru U_]j a změna frekvence f_Xj napětí vinutí statoru.

Pro synchronní motor s vyčnívajícími póly lze získat rovnici pro elektromagnetický moment, jejíž odvození je uvedeno v [20]:

Index j v rovnici (5.77) ukazuje změnu odpovídajícího parametru.

Zanedbáním druhé složky elektromagnetického momentu ve vyjádření (5.77) získáme

kde А — konstantní koeficient.

Pokud připustíme, že při frekvenční regulaci otáček synchronního motoru musí zůstat rezerva stability konstantní, pak je nutné splnit podmínku

kde 0. je úhel natočení rotoru synchronního motoru s kombinovanou změnou momentu odporu М_с, frekvence napětí statorového vinutí /[, napětí statorového vinutí C/. tok buzení /_PROTI/. Vyřešme (5.78) pro sin0_EL, dostaneme

Dosadíme (6.21) do (6.20): odkud

Ze splnění podmínky (6.22) plynou následující zákony frekvenčního řízení otáček synchronního motoru:

• . Regulace rychlosti se provádí při konstantním výkonu. Při tomto způsobu regulace při snížených úhlových rychlostech má synchronní motor výrazný maximální točivý moment M_tak. Zvýšení maximálního točivého momentu při snížených úhlových rychlostech je však doprovázeno zvýšením statorového proudu v důsledku snížení jalového odporu stroje. Způsob regulace lze použít při regulaci otáček z nominální hodnoty._0n;

se vyrábí při konstantním točivém momentu. Řídicí zákon se uplatní, když je mechanická charakteristika výrobního mechanismu nezávislá na úhlové rychlosti, tedy kdy М_с = konst;

vyráběné při konstantním výkonu (R_с= const) dolů od jmenovité rychlosti s_0n;

se vyrábí při zatížení ventilátoru, tedy pod М_с — M + do- od 2.

Mechanické vlastnosti výrobních mechanismů a elektrických pohonů frekvenční měnič – synchronní motor pro zákony o třídní regulaci U_Xj //_> = konst jsou uvedeny na obr. 6.19.

Obr. 6.19. Mechanické vlastnosti výrobních mechanismů a elektrických pohonů frekvenční měnič – synchronní motor

Uvažované regulační zákony pro frekvenční řízení otáček synchronního motoru platí pouze pro první přiblížení, zejména pro synchronní motor s vyčnívajícími póly, protože nezohlednění jalového elektromagnetického momentu vede k významným (až 20 %) chyby v mechanických vlastnostech motoru.

Synchronní motor má velmi důležitou vlastnost: při přivedení konstantního napětí (0) na vinutí statoru vytváří se stacionárním rotorem brzdný moment zajišťující mechanickou fixaci rotoru v dané poloze.