Trojfázový indukční motor - chod při zatížení

Tato lekce se zabývá chodem indukčního motoru při zatížení.

Princip činnosti chodu motoru při zatížení

Připojíme-li statorové vinutí k trojfázové síti a hřídel motoru je mechanicky zatížen pracovním strojem, jemuž odevzdává mechanický výkon formou hnacího momentu, jde o chod při zatížení.

• Rotor se začne zpožďovat za točivým magnetickým polem, aby se v jeho vinutí mohlo indukovat napětí, potřebné k protlačení rotorového proudu I₂ vinutí rotoru.
• Čím větším momentem rotor zatěžujeme, tím více se zpožďuje za točivým magnetickým polem.
• Otáčky rotoru klesají a skluz se zvětšuje.

Náhradní schéma

                   P₁                           ΔP_j1                                        ΔP_j2                               P

Obr. 1: Náhradní schéma indukčního motoru při zatížení [1]

Výpočet

Rotorový proud I₂ a napětí U_i2 indukované v rotoru mají frekvenci, která je dána rozdílem otáček točivého magnetického pole a otáček rotoru. Napětí indukované v rotoru je dáno vztahem

Při normálním provozu motoru je frekvence rotorového proudu velmi malá: při skluzu 6% činí 0,06 ∙ 50 = 3 Hz.

Indukované napětí se bude měnit podle zátěže tak, že čím větší napětí, tím větší skluz. Pro n = 0 a s = 1 je U_i2 = U_i20 (je nejvyšší a působí jako transformátor). Pro s = 0 a n_s = n je U_i2 = 0.

U indukčního motoru je třeba respektovat rozptyl magnetického toku. Část magnetického toku Φ₁ se uzavírá kolem statorového vinutí a část magnetického toku Φ₂ kolem rotorového vinutí. Rozptylové toky se zvětšují s rostoucím zatížením, neboť jsou vybuzeny proudy I₁ a I₂, které se zatížením také mění. Je tedy skutečný magnetický tok Φ ve vzduchové mezeře při každém zatížení jiný a při každém zatížení se indukuje ve vinutí jiné napětí. Proto se snažíme, aby vzduchová mezera byla co nejmenší a tím i ztráty magnetického toku.

Rozptylová reaktance statorového vinutí je stálá a je dána stálostí síťové frekvence f₁:

X_1σ = 2π f₁ L₁.

Rozptylová reaktance rotorového vinutí je proměnlivá, neboť závisí na proměnlivém kmitočtu f₂:

X_2σs = 2π f₂ L₂ = 2π s f₁ L₂ = s X_2σ ,

kde X_2σ = 2π f₁ L₂.

Diagram ztrát

V diagramu ztrát značí P₁ příkon motoru, P výkon motoru, ∆P_j1 (Jouleovy) ztráty ve statoru (ve vinutí statoru), ∆P_Fe ztráty v železe, ∆P_j2 (Jouleovy) ztráty v rotoru (ve vinutí rotoru), P_δ výkon přes vzduchovou mezeru a P_mech mechanickou ztrátu.

Obr. 2: Diagram ztrát motoru [2]

Fázorový diagram

Obr. 3: Fázorový diagram při zatížení [2]