Provozní charakteristiky elektromotorů

Charakteristika naprázdno udává závislost statorového proudu, ztrát a skluzu motoru bez zatížení na jeho statorovém napětí. Lze z ní usuzovat na kvalitu magnetického obvodu a mechanického provedení motoru. Proud naprázdno má jalovou a činnou složku. Jalová složka budí magnetické pole, činná složka hradí ztráty naprázdno. Poměr mezi jalovou a činnou složkou roste s růstem napětí. Proud naprázdno při jmenovitém napětí bývá asi 25 až 50% jmenovitého proudu (roste s počtem pólů), účiník obnáší asi 0,05 až 0,15, ztráty bývají několik % jmenovitého výkonu. Jsou tvořeny ztrátami mechanickými (třením a ventilací), ve feromagnetiku magnetického obvodu (hysterezními od střídavé magnetizace, Jouleovými od vířivých proudů a přídavnými od drážkování statoru a rotoru a od neharmonického průběhu magnetické indukce ve vzduchové mezeře) a Jouleovými ve vinutí (prakticky pouze od průtoku proudu statorovým vinutím). Skluz naprázdno je téměř nulový.

Zatěžovací charakteristiky jsou závislosti hlavních provozních veličin motoru (výkonu, statorového proudu, účiníku, účinnosti a skluzu) na jeho činném příkonu, odebíraném z napájecího zdroje (sítě) při jmenovitém napětí statoru. Typický průběh těchto charakteristik velkého motoru (12MW, 6kV) ukazuje obr.

Pro větší náhled kliknout.

Časté je též vynášení hlavních provozních veličin motoru (včetně činného příkonu) v závislosti na jeho výkonu.

Momentová neboli mechanická charakteristika uvádí točivý moment motoru v závislosti na jeho skluzu (příp. rychlosti otáčení) při jmenovitém nebo i jiném napět statoru. Obvyklý tvar této závislosti je patrný z obrázku, kde je možno nalézt záběrový moment Mz motoru při skluzu s = 1 a maximální moment Mm, tzv. moment zvratu, při skluzu s = sm, tj. při skluzu zvratu.

Pro větší náhled kliknout.

Záběrový moment a moment zvratu se mění s druhou mocninou statorového napětí, záběrový proud lineárně s tímto napětím a skluz zvratu je na napětí nezávislý.

U motorů s kroužkovým rotorem bývá záběrový moment asi 10 až 20% jmenovitého točivého momentu a moment zvratu při skluzu 1 až 5% přibližně 200 až 300% této jmenovité hodnoty. Momentovou charakteristiku však lze upravit zařazováním činného odporu do obvodu rotoru. Zhruba platí, že při zařazení odporu R2s = (k - 1) R2 do série s fází vinutí rotoru s činným odporem R2 se změní skluzy při stejných momentech k násobně. Zřejmě při

R2s = R2 (1- sm)/sm

bude záběrový moment roven maximálnímu, což je výhodné pro rozběhy s velkým zatížením. Při dalším zvětšování R2s sice točivý moment opět klesá, ale zmenšuje se i záběrový proud, tím klesá zatížení napájecího zdroje a zmenšují se vyvolávané poklesy síťového napětí.

Motory s klecovým rotorem mají momentové charakteristiky odlišné a závislé na již zmiňovaném tvaru rotorové drážky.

Typické momentové charakteristiky indukčních motorů s klecovými rotory:
obr. č. 1 - jednoduchá, obr. č. 2 - vírová, obr. č. 3 - dvojitá (Boucherotova) klec

Pro větší náhled kliknout.

Pro větší náhled kliknout.

Pro větší náhled kliknout.

Příčinou odlišnosti jsou vířivé proudy, které při narůstajícím rotorovém kmitočtu intenzivněji vytlačují proud v úzkých tyčích hluboké klece k povrchu tyčí a tím zvětšují efektivní odpor klece.

Vlivem drážkování statoru a rotoru a existence vyšších harmonických točivého magnetického pole mohou vznikat točivé momenty s násobně menšími rychlostmi otáčení a s různým smyslem otáčení. Tyto momenty se superponují na charakteristiku základní harmonické točivého magnetického pole a vytvářejí tzv. asynchronní sedla.

Pro větší náhled kliknout.

Mimo to mohou vznikat též tzv. synchronní sedla, nezávislá na skluzu, ale na vzájemné poloze statoru a rotoru. Ze synchronních sedel je nejméně žádoucí sedlo při s = 1, zmenšující záběrový moment motoru. Může záběrový moment základní harmonické i převýšit a způsobit, že se motor nerozběhne. Vzniku sedel se zabraňuje vhodnou volbou počtu drážek statoru a rotoru a zapojení vinutí.

U hřídelí rychloběžných motorů je důležitým parametrem kritická rychlost otáčení.

Ing. Ota Roubíček

Tip na literaturu o motorech naleznete zde...