62. Trojfázové elektromotory

Před zvážením problémů spojených se spouštěním třífázových elektromotorů běžně používaných k pohonu různých zařízení v chladicích strojích se zdá užitečné připomenout některé obecné body.
Nejprve si připomeňme, že byste nikdy neměli startovat motor jen proto, abyste ukojili svou vlastní zvědavost a viděli, jak to funguje – každý start motoru vyžaduje spotřebu elektřiny, za kterou musíte zaplatit. Energie spotřebovaná motorem by měla být vždy užitečně využita např. pro pohon nějakého zařízení (kompresor, ventilátor, čerpadlo atd.).
Nyní se podíváme na malý motor a pokusíme se rozluštit nápisy na typovém štítku tohoto motoru Ph 3 – W 375: tento nápis znamená, že tento motor je třífázový a je schopen poskytnout výstupní výkon 375 W na hřídeli.
220 / 380 V: tento nápis znamená, že motor je navržen pro provoz při dvou možných hodnotách napětí v síti třífázového střídavého proudu – 220 V se statorovými vinutími zapojenými podle schématu “trojúhelník” (A) a 380 V se schématem “hvězda” (Y).
1,7 / 1 A: Při jmenovité zátěži musí být provozní proud motoru 1,7 A pro zapojení do trojúhelníku (síťové napětí 220 V) a 1 A pro zapojení do hvězdy (napětí sítě 380 V) (viz obr. 62.2).
Předpokládejme, že tento motor slouží k pohonu kompresoru. Pamatujte, že pokud se změní výtlačný tlak, změní se i požadovaný výkon na hřídeli kompresoru a proud odebíraný motorem (viz část 10 „Vliv výtlačného tlaku na proud odebíraný elektromotorem kompresoru“). Zvyšuje-li se výtlačný tlak, zvyšuje se i proud a naopak.
Obr. 62.2.
V důsledku toho se skutečný proud odebíraný motorem v daném okamžiku zřídka shoduje s proudem uvedeným na typovém štítku. Proud odebíraný motorem však za žádných okolností nesmí překročit hodnotu uvedenou na typovém štítku (viz část 55 „Různé problémy s elektrickým zařízením“).
Je zřejmé, že proud spotřebovaný motorem bude roven 1 A pouze tehdy, když při síťovém napětí 380 V a vinutích připojených podle schématu „hvězda“ bude požadovaný výkon na hřídeli kompresoru přesně 375 W (viz obr. 62.3).
Obr. 62.3.
Stejně tak proud spotřebovaný motorem bude roven 1,7 A pouze tehdy, když při síťovém napětí 220 V (takové napětí v třífázové síti je v současné době poměrně vzácné) a vinutí jsou zapojena podle schématu „trojúhelníku“ bude požadovaný výkon na hřídeli kompresoru přesně 375 W.

Přestože účelem našeho manuálu není provádět výpočty, připomínáme, že výkon spotřebovaný třífázovým elektromotorem ze střídavé sítě lze zjistit pomocí vzorce:

Aniž bychom riskovali velkou chybu, můžeme předpokládat, že pro malé motory je účiník coscp = 0,8. Vezmeme-li toto v úvahu, můžeme zjistit hodnotu výkonu spotřebovaného naším motorem ze sítě AC podle údajů uvedených na typovém štítku.
► Při třífázovém síťovém napětí 220 V (a vinutích připojených podle schématu „trojúhelníku“) je spotřebovaný proud 1,7 A. Spotřebovaný výkon tedy bude: 220 x 1,7 x l/3 x 0,8 = 520 W.
► Při třífázovém síťovém napětí 380 V (a vinutích připojených podle schématu „hvězda“) je spotřebovaný proud 1 A. Spotřebovaný výkon tedy bude: 380 x 1 x VI x 0,8 = 520 W.
Z těchto výpočtů můžeme vyvodit dva zajímavé závěry: 3 x 380 V *x»
1) Motor spotřebovává (zaokrouhluje) a produkuje stejný výkon bez ohledu na síťové napětí (volba zapojení vinutí – “hvězda” nebo “trojúhelník” – samozřejmě musí odpovídat napětí, jinak motor buď shoří, nebo se jeho hřídel bude otáčet sníženými otáčkami). Toto téma dále rozvedeme podrobněji.

2) Výkon odebíraný ze sítě (zde 520 W) je větší než užitečný výkon na hřídeli (zde 375 W), jehož hodnota je uvedena na typovém štítku. Hodnota výkonu uvedená na typovém štítku odpovídá maximální hodnotě, které lze dosáhnout na hřídeli tohoto motoru.
V posledním závěru nezapomeňme, že statorová vinutí motoru jsou obyčejné měděné dráty. Když jimi prochází elektrický proud, zahřívají se stejně jako jakékoli elektrické topné zařízení. V důsledku toho se část elektrické energie přiváděné do motoru nevynakládá na otáčení rotoru motoru, ale na nežádoucí zahřívání vinutí: tato část energie představuje ztráty.

V našem příkladu motor odebírá 520 W ze sítě, ale na hřídeli vyrábí pouze 375 W. Z toho vyplývá, že ztráty ve výši 520 – 375 = 145 W slouží pouze k ohřevu prostředí.
Připomeňme, že koeficient účinnosti (EC) motoru se rovná poměru užitečného výkonu na hřídeli k výkonu odebíranému ze sítě. V našem příkladu je účinnost [g] = 375/520 = 0,72.
To znamená, že pouze 72 % energie spotřebované naším motorem je využito k provádění užitečné práce. To také ukazuje, že 28 % energie spotřebované ze sítě (a tedy zaplacené námi) je vyplýtváno, aniž by to přineslo jakýkoli užitek.

Nyní se vraťme k problému připojení vinutí třífázového motoru. Typ motoru uvažovaný v našem příkladu je v současnosti nejběžnější v Evropě. Při pohledu na svorkovnici tohoto motoru můžete vidět 6 svorek, běžně označených písmeny UVW a ZXY
POZOR: svorky na spodní řadě mají označení, která neodpovídají abecednímu pořadí písmen (tedy ne XYZ, ale ZXY – písmeno X je uprostřed).
Nyní, pokud pomocí ohmmetru zkontrolujeme pořadí připojení vinutí k těmto svorkám, dostaneme obrázek na Obr. 62.9.
Tento motor, široce používaný v evropských zařízeních, má tři vinutí připojená výrobcem motoru k následujícím svorkám: UX; VY; WZ.

Pozor! U zdravého motoru jsou všechna tři vinutí naprosto totožná. Proto je odpor vinutí měřený mezi svorkami na UX; VY; WZ s odstraněnými svorkami musí být stejné (jinak dojde buď k přerušení nebo ke zkratu ve vinutí).
Připomeňme, že odpor naměřený mezi vývody horní řady U a V, V a W, W a U by měl být stejně jako u spodní řady roven nekonečnu (jinak lze říci, že mezi dvěma sousedními vinutími je zkrat). Kromě toho by měl být odpor naměřený mezi každou ze svorek a tělem motoru také roven nekonečnu (jinak můžeme mluvit o zkratu vinutí k zemi). Všechny tyto poruchy jsme probrali v kapitole 53 „Jednofázové motory“.

62.2. CVIČENÍ 1. Zapojení pomocí schématu ‘trojúhelník’

Pokud je například síťové napětí 220 V třífázový střídavý proud, musí být vinutí motoru připojeno k síti pomocí obvodu trojúhelníku. K tomu použijte propojky pro propojení svorek UZ, VX a WY v párech, resp.
S vědomím, že konce vinutí jsou připojeny ke svorkám UX, VY a WZ, určete, v jakém pořadí jsou vinutí napájena, když jsou připojena podle schématu „trojúhelníku“ (při napětí 220 V v síti třífázového proudu).

Řešení je na další stránce.

Řešení cvičení 1
Připojení podle schématu “trojúhelníku”.

Při zapojení do trojúhelníkové konfigurace, jak je znázorněno na Obr. 62.10 je vidět, že fáze L1 je připojena ke svorce U a svorky Z a U jsou propojeny propojkou.
Konce jednoho vinutí jsou připojeny na svorky Z a W, druhé na svorky U a X. Zapojení fáze L1 tedy vypadá jako na Obr. 62.11.
Nyní se podíváme na zapojení fáze L2. Tato fáze je připojena ke svorce V a svorky V a X jsou propojeny propojkou.
Konce třetího vinutí jsou připojeny na svorky V a Y. Zapojení fází L1 a L2 tedy odpovídá schématu na Obr. 62.12.

Na závěr poznamenáme, že fáze L3 je připojena ke svorce W. Svorky W a Y jsou propojeny propojkou.
Kompletní schéma zapojení „trojúhelník“ je na obr. 62.13. Na něm vidíme, že vinutí v tomto schématu zapojení jsou uspořádána ve tvaru trojúhelníku, odtud název schématu.

62. TŘÍFÁZOVÉ ELEKTRICKÉ MOTORY 62.1. ZÁKLADNÍ POJMY

Viděli jste někdy na internetu video, kde třífázový motor běží na tři fáze? Pak je jedna z těchto fází úmyslně přerušena a motor se nejen zastaví, ale začne kouřit a může se i vznítit. Pokud se tedy ve skutečnosti jedna fáze běžícího třífázového motoru, zejména bez zátěže, rozbije, ani si nevšimnete, že se začal otáčet pomaleji. Maximálně uslyšíte o něco hlasitější zvuk odstřeďování. Nic tam nebude kouřit, pokud motor nepokračuje v chodu při velmi vysokém zatížení, když jedna z fází praskne.

Třífázový motor: hvězda nebo trojúhelník?

Mnoho lidí ví, že třífázový motor lze připojit k běžné jednofázové síti. Má tři závěry. Vezmeme libovolné dva terminály a připojíme je k 220 voltům, pokud byl motor dříve navržen pro 380 voltů. Nezáleží na tom, jak jsou vinutí motoru zapojena – do hvězdy nebo trojúhelníku. Stačí se pozorně podívat na typový štítek na motoru, abyste pochopili, které schéma zapojení je vhodné pro jaké napětí. Typicky se používá zapojení do hvězdy pro 380 voltů, což je takzvané síťové napětí. Navíc je každé vinutí motoru dimenzováno na 220 voltů. To znamená, že pokud připojíme dvě fáze na 220 voltů v „trojúhelníkovém“ zapojení, motor bude také fungovat.

Nebudu zabíhat do detailů obvodů kondenzátorů a jejich výběru. Na internetu je o tom dostatek informací. Budu mluvit o tom, co se vlastně děje uvnitř motoru, když je připojen na tři fáze nebo jednu fázi, a co se stane, když je připojen kondenzátor. Nejprve si ujasněme, jak funguje kondenzátorový start asynchronního motoru z jedné fáze.

Třífázové napájení: točivé magnetické pole

Když připojíme třífázový motor do třífázové sítě, napětí a proudy v každé ze tří fází se vzájemně posunou o 120 stupňů. Z tohoto důvodu, když proudy procházejí statorovými vinutími motoru, vzniká rotující magnetické pole.

Pokud na dvě svorky motoru přivedeme pouze jednu fázi (fázi a nulu), pak v ní vznikne spíše pulzující magnetické pole než rotující. Představte si matici na závitu: nejprve ji odšroubujete a poté začnete provádět oscilační pohyby. Totéž platí pro magnetické pole. Pulzující pole “pulsuje” uvnitř statoru motoru a rotor se může otáčet. K tomu je však nutná jedna podmínka: motor musí být nastartován ručně.

Pokud dodáváme třífázový motor s jednofázovým napětím bez jakýchkoliv kondenzátorů, pak budeme potřebovat např. roztočit jeho hřídel lanem, jako kickstarter. Poté bude pulzující magnetické pole schopno udržovat rotaci. Ale takový provoz motoru bude nestabilní a mechanické vlastnosti budou špatné. Proto, aby bylo možné využít plný výkon třífázového motoru v jednofázovém režimu, přišli s nápadem dodávat napětí do třetí fáze přes kondenzátor. Kondenzátor posune fázi o 90 stupňů, ne o 120 jako u třífázové sítě. V důsledku toho se uvnitř statoru vytváří spíše eliptické magnetické pole než rotující nebo pulzující. Toto pole může provozovat třífázový motor v jednofázovém režimu mnohem efektivněji.

Kouzlo spouštění kondenzátorů

Existují dva typy spouštěcích obvodů kondenzátoru: se spouštěcím kondenzátorem a se spouštěcími a pracovními kondenzátory. V obvodu pouze s rozběhovým kondenzátorem je potřeba, aby se hřídel neroztočil ručně. Připojíme startovací kondenzátor, posuneme fázi na třetí vinutí a nastartujeme motor. Po nastartování je rozběhový kondenzátor odpojen a motor pracuje na pulzujícím poli. A v obvodu se spouštěcími a pracovními kondenzátory používáme spouštěcí kondenzátor pouze během doby rozběhu. Poté snížíme kapacitu odpojením startovacího kondenzátoru. A pak motor pracuje na jedné fázi, na dvou vinutích, na dvou svorkách, abych to správně vyjádřil. A napětí je přiváděno na třetí výstup motoru přes kondenzátor. V důsledku toho se vytvoří eliptické pole.

V jednofázovém režimu bez kondenzátoru nelze získat více než 60 % jmenovitého výkonu motoru a s kondenzátorem až přibližně 75 %. Jmenovitý výkon najdete na typovém štítku motoru. Například, pokud máte 5 kW motor, bez kondenzátoru získáte asi 3 kW a s kondenzátorem – asi 4,5 kW.

Dekódování typového štítku asynchronního elektromotoru

Pojďme se podívat na datový štítek asynchronního elektromotoru. co vidíme? Okamžitě vidíme typ motoru: 4AM180TS2OM2. 4AM je řada motorů, 180 je výška osy hřídele v milimetrech. Dále následuje písmeno S, které je standardem délky: S – krátké, M – střední, L – dlouhé. 2 znamená počet pólů. OM-2 je varianta, v tomto případě jde o lodní motor pro námořní a říční plavidla. A dva je umístění na ulici pod baldachýnem. Kategorie ubytování: jednolůžkový pokoj – venkovní, dvoulůžkový pokoj – pod baldachýnem.

Další. Tři fáze – jasně, třífázový motor, 50 Hz – pro síťovou frekvenci 50 Hz. “Hvězda-trojúhelník” znamená, že na svorkovnici motoru je 6 svorek a je možné sestavit obvod buď jako “hvězda” nebo “trojúhelník”. Při zapojení „trojúhelník“ by mělo být síťové napětí 220 voltů a při „hvězdovém“ zapojení 380 voltů mezi libovolnými dvěma vodiči vedení. V tomto případě bude proud motoru buď 74 ampérů pro „trojúhelník“ nebo 43 ampérů pro „hvězdu“. Dále přichází na řadu výkon – 22 kilowattů. Toto je síla na hřídeli motoru, mechanická síla, kterou dává mechanismu. Další jsou otáčky: 9925 otáček za minutu. Tyto otáčky se obvykle blíží 3000, 1500 nebo 1000.

Následuje účinnost – 89,5 %. Pokud vezmeme výkon 22 kW a vydělíme ho 89,5 %, dostaneme s určitou změnou 24 kW – to je výkon, který motor odebírá ze sítě. Dále přichází kosinus phi – účiník nebo jalový účiník. Pokud vezmeme činný výkon a vydělíme ho kosinusem phi, dostaneme celkový výkon ve voltampérech, který motor spotřebuje. Dále přichází zajímavé označení – režim S1. Toto je provozní režim motoru. S1 – dlouhý režim. Režimy se pohybují od S1 do S10. Třída izolace – F. Co to znamená? Izolace je nejzranitelnější částí motoru. Při zahřátí nejprve trpí. Proto existuje 7 typů motorů podle třídy izolace. Dále následuje GOST pro tento motor, jeho hmotnost je 170 kg a stupeň ochrany proti prachu a vlhkosti je IP54. Tento motor byl vyroben v Rusku v roce 2019.

Nyní můžete snadno pochopit symboly na asynchronních elektromotorech. To je tak zajímavá elektrotechnika!