1 DIMENZOVÁNÍ A NÁVRH POHON S ASYNCHRONNÍMI MOTORY.

1.1 Úvod P i návrhu pohonu je t eba si uv domit:

1. Pohon vždy dodává takový výkon jaký pracovní mechanismus spot ebuje. Vždy platí zákonzachování energie – tj. musí platit rovnováha mezi dodávaným a odebíraným výkonemvyjád ená pohybovou rovnicí.

2. Asynchronní motor lze krátkodob p et žovat až do momentu zvratu. P et žováníasynchronního motoru napájeného z frekven ního m ni e je omezené krátkodobou proudovoup etížitelností frekven ního m ni e, která bývá 10 resp. 50 % po dobu 60 sec. P i požadavku na v tší resp. delší proudovou p etížitelnost je t eba zvolit adekvátn v tší frekven ní m ni .

1.2 Dimenzování a návrh pohonu Dimenzování a návrh pohonu vychází:

1. Z charakteristiky napájecí sít v míst p ipojení tj. z nap tí, kmito tu, p ípadn zkratovéhovýkonu.

2. Z požadavk na pohon s ohledem na zát ž a technologický proces tj.z: - požadovaného výkonu na h ídeli elektromotoru p i daných otá kách,- momentové charakteristiky zát že v závislosti na otá kách (tzv. pr b hu protimomentu),- moment setrva nosti zát že a zvoleného elektromotoru,- u regulovaných pohon z regula ního rozsahu,- z požadavk na dynamiku a p etížitelnost pohonu.

Dimenzování a návrh pohonu se provádí po krocích:1. Návrh komponent pohonu podle výkonových a momentových parametr zát že.2. Kontrola komponent pohonu podle vlastností zát že a ostatních požadavk na pohon.

1.3 Základní výrazyVýkon

1,; sNmWMP

Otá ky

11 min;30

sn

Výkon

1min,;9550

NmkWnMP

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory. 1

1.4 Pohybová rovniceNezastupitelné místo p i návrhu pohonu má pohybová rovnice, která slouží ke kontrole:

- doby rozb hu u neregulovaných pohon- dynamických d j (zpomalování, urychlování) u regulovaných pohon .

Pohybová rovnice vychází ze známého d‘Alambertova principu „t leso rotující kolem své stálé osy je v dynamické rovnováze, je-li sou et všech aktivních a pasivních moment rovný nule“.

DYNZH MMMPro rozdíl mezi hnacím a zát žným momentem se používá ozna ení akcelera ní (resp. urychlující)moment MA.Dynamický moment fyzikáln p edstavuje moment, kterým se rotující t leso brání zm n své úhlovérychlosti. Platí:

JdtdMDYN

2

ddJ

dtdJMDYN

Ve v tšin p ípad není moment setrva nosti funkcí úhlu nato ení a platí:

dtdJMDYN

Pot ebný dynamický moment pro urychlení resp. zpomalení rotujícího t lesa o zadaný p ír stekotá ek n v ase t:

tnJMDYN 60

2

Z pohybové rovnice vyplývá, že hnací moment pohonu MH slouží k pokrytí momentu zát že MZ a v p echodových d jích dynamického momentu MDYN. V ustáleném stavu p i konstantních otá kách je dynamický moment rovný nule.

DYNZH MMMešení pohybové rovnice se provádí metodou numerické nebo grafické integrace.

Pozn.: Všechny momenty setrva nosti musí být p epo tené na stejnou rychlost otá ení!2

M

ZZZRED nnJJ

M

ZZZRED nnMM

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory. 2

1.5 ešení pohybové rovnice metodou numerické integrace.

Obr. 1 Princip použití metody numerické integrace

Vycházíme ze zápisu pohybové rovnice v diferen ním tvaru.

iDYNiA MM

i

iZH tnJMM

602

Je-li v i-tém úseku akcelera ní moment konstantní, pak platí:

iZH

i MMnJt

602

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory. 3

Akcelera ní moment v i-tém úseku ur ujeme jako:

121

iZHiZHiA MMMMM

Celková doba p echodu od po áte ní na kone nou rychlost je potom dána sou tem as ti všech núsek .

n

iiR tt

1

Postup numerické integrace charakterizují tyto kroky: - do spole ného grafu zakreslení momentové charakteristiky motoru a pr b hu protimomentu- rozd lení úseku mezi po áte ní a kone nou rychlostí na n interval tj. n+1 hodnot- pro každé i ode et ni, MHi, MZi- pro každý inetrval ( n)i = ni – ni-1 výpo et MAi- výpo et ti v každém intervalu- výpo et doby rozb hu tR

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory. 4

1.6 Využití dynamického momentu ke zjednodušené kontrole rozb hu.P i návrhu neregulovaného pohonu s asynchronním motorem, je po volb motoru, prvním kontrolovaným parametrem délka rozb hu s ohledem na tepelnou kapacitu motoru p i rozb hu.B hem rozb hu je motor zat žovaný ca. 6 násobkem jmenovitého proudu.

P i návrhu regulovaných pohon je t eba sledovat dynamiku pohonu – tedy rychlost zm ny p echoduz výchozích otá ek na zadané.

Jako aparát pro exaktní, p esné ešení obou úloh slouží pohybová rovnice. Ve všech p ípadech ji všaknení nutné ešit, sta í provést kvalifikovaný odhad pomocí dynamického momentu.Z pohybové rovnice vyplývá, že pro délku rozb hu jsou rozhodující dv veli iny. Moment setrva nosticelé soustavy a velikost akcelera ního (urychlujícího) momentu.

Pokud do rovnice pro výpo et dynamického momentu:

tnJMDYN 60

2

dosadíme u neregulovaného pohonu za n jmenovité otá ky a za t maximální povolenou délku dobyrozb hu, pak vypo tený MDYN vyjad uje minimální pot ebnou velikost konstantního urychlujícíhomomentu b hem celého rozb hu, tak aby pohon jako celek docílil v ase tR jmenovité otá ky.Porovnání konstantního pr b hu MDYN se skute ným pr b hem urychlujícího momentu - výsledkemgrafického rozdílu momentové charakteristiky motoru a pr b hu protimomentu zát že, pak ukazujenakolik je t eba p esn kontrolovat dobu rozb hu.

Stejný postup lze zvolit i p i kontrole dynamiky regulovaného pohonu. Za n dosadíme rozdíl mezipo áte ními a kone nými otá kami, za t požadovanou dobu odezvy. Porovnání mezi urychlujícím adynamickým momentem pak op t ukazuje, jak p esn je t eba kontrolovat dobu rozb hu.

Obecn platí, je-li mezi urychlujícím momentem a dynamickým výrazn jší rozdíl ve prosp churychlujícího momentu, není t eba dobu rozb hu dále p esn ji po ítat.

Stejný postup lze uplatnit i p i dob hu a zpomalování chodu regulovaného pohonu. Zde si je všakt eba uv domit, že p i takovém procesu pohon spot ebovává energii naakumulovanou v setrva nýchhmotách pohonu. Má-li tedy dojít za stanovenou dobu t k zpomalení o n musí být b hem celé této doby MDYN menší než moment zát že. Není tedy problém použít tento postup p i zpomalování a dob hu za ízení s konstantním pr b hem zat žovacího momentu. Velmi opatrn se však musípoužívat u za ízení s velkým momentem setrva nosti a kvadratickým pr b hem protimomentu – nap .u velkých ventilátor - zejména v oblasti nízké rychlosti otá ení.

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory. 5

2 DIMENZOVÁNÍ NEREGULOVANÝCH POHON S ASYNCHRONNÍMIMOTORY.

Výkon asynchronního motoru se volí podle požadované velikosti p íkonu na h ídeli pracovníhomechanismu. Vždy musí být udáno, zda tento p íkon již obsahuje obvyklou výkonovou rezervu.Uv domme si, že výkon na h ídeli motoru se rovná p íkonu na h ídeli pracovního mechanismu.

2.1 Výkonová rezervaPodle technických zvyklostí se p i stanovení výkonu motoru PMOT zvyšuje vypo tený p íkon na h ídelipracovního mechanismu PMECH o výkonovou rezervu 10 ÷ 20 %.

9.08.0MECH

MOT

PP

K takto stanovenému výkonu motoru, se z typové ady motor volí vždy motor s nejbližším vyššímvýkonem.Zvolený motor se potom kontroluje s ohledem na pr b h zat žovacího momentu a velikost momentusetrva nosti, zda spl uje na n j kladené požadavky.

2.2 Service faktor SF Vyjad uje trvalou možnou p etížitelnost motoru. Používá se u motor v krytí IP23 podle standarduNEMA. Používá se hlavn v USA a anglicky mluvících zemích. SF 1.15 znamená, že je p ípustné15 % trvalé p etížení.Norma NEMA p ipouští, že p i takovém p etížení m že být p ekro ené dovolené oteplení odpovídajícíteplotní t íd izolace o 10 K. P i takovém provozu zárove nesouhlasí štítkové údaje, p ipouští se, že se zkrátí doba životnosti vinutí a ložisek.Podle NEMA se však SF vyžaduje zejména pro motory v IP23. Pro motory s krytím IP44 a vyššímnorma povoluje SF = 1. P vodní smysl byl vyjád it a definovat výkonové rezervy p i návrhu motoru a pohonu. Z neznalosti,požadavek na ur itou hodnotu SF, vede v r zných výb rových ízeních ke kupení rezervy na rezervu.V Evrop se v sou asné dob požívá jako základní provedení – provedení motor v krytí IP54, u kterých norma NEMA povoluje SF = 1.V tšina výrobc má výkon u t chto motor udaný pro SF = 1, výkon pro SF = 1,15 pak vede k redukcivýkonu motoru o 15 %. Pokud je pro motor definovaný SF, na štítku by m l být výkon definovaný ve tvaru nap .:12 kW : SF1.0 / 10 kW : SF1.2

Pozn.: Pozor nezam ovat s výrazem „Power factor“ = ú iník (cos )

2.3 Izola ní t ída a tepelné využití motoru. Podle použitých izola ních materiál se rozlišují r zné t ídy izolace spojené s maximálním dovolenýmoteplením vinutí za chodu motoru, p i maximální povolené teplot okolí + 40 OC. Maximální teplotyuvedené v Obr. 2 jsou udávané jako maximální hodnoty pro trvalý chod. P i krátkodobém oteplenínap . na konci rozb hu leží hranice mezních teplot ješt víš:

T ídy izolace: E B F H

Mezní teplota: 175 OC 185 OC 210 OC 235 OC

Bylo by logické, aby byl motor navržený tak, aby p i zatížení jmenovitým výkonem m l oteplení naúrovni maximálního dovoleného oteplení. Trend návrhu a konstrukce motor je však takový, že motoryse obecn navrhují s oteplením, které odpovídá oteplení izola ní t ídy o jeden stupe nižší. Nej ast jipoužívanou izola ní t ídou je pak t ída F, motory v takovém p ípad mají oteplení v t íd B - ozna ujese F/B. Údaj o izola ní t íd a využití je vždy uveden v technické dokumentaci k motoru.

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory. 6

Takový zp sob návrhu motoru dává k dispozici další „skrytou“ výkonovou rezervu.

Obr. 2 Izola ní t ídy a maximální teploty vinutí v trvalém chodu

Pro výpo et zm ny oteplení motoru p i p etížení motoru proudem IX platí:

100.12

N

X

II

Zm na využití F/B na F/F znamená zvýšení dovoleného oteplení o 25 K. Z toho vyplývá, že zatížení lze zvýšit o 12 %. Kontrola nár stu oteplení:

K25100.112,1 2

2.4 Souhrn zm n v parametrech motoru p i zm n využití F/B na F/F Nár st oteplení = ((1.12 )2 - 1 ) x 100 = 25 K

Výkon PF/F = 1.12 x PF/B

Proudy - jmenovitý I F/F = 1.12 x IF/B

- záb rný I F/F - ZÁB = IF/B - ZÁB / 1.12 v absolutní hodnot se nezm ní

Momenty - jmenovitý M F/F = 1.12 x MF/B

- záb rný M F/F - ZÁB = MF/B - ZÁB / 1.12 v absolutní hodnot se nezm ní

- maximální M F/F - MAX = MF/B - MAX / 1.12 v absolutní hodnot se nezm ní

Otá ky n F/F = nS - 1.12 x ( nS - nF/B)

Ú innost F/F 100% = F/B100% - 0.11 x (100 - F/B100%)

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory. 7

Ú iník cos F/F 100% = cos F/B100%

Hmotnost se nem ní

Moment setrva nosti se nem ní

2.5 Posuzování kvality rozb hu- podle pr b h momentové charakteristiky motoru a zat žovacího momentu, velikosti

dynamického momentu. - podle velikosti momentu setrva nosti. Uvedená kritéria jsou platná pro motory s osovou

výškou 355 mm a v tší.- lehký rozb h JEXT < JMOT x 2p- t žký rozb h JEXT > JMOT x 2p

- podle vypo tené délky doby rozb hu- lehký rozb h 3 – 7 s (odst edivá erpadla, odleh ené kompresory)- polot žký rozb h okolo 15 s - t žký rozb h nad 20 s (ventilátory, kompresory s velkým momentem setrva nosti)

2.6 Doba chodu se zabržd ním rotorem a p ípustná doba rozb huDoba chodu se zabržd ním rotorem (Locked Rotor Time – LRT) je doba po kterou m že býtasynchronní motor se zabržd ným rotorem p ipojený k tvrdé síti.

Tato doba je ur ená maximální p ípustnou teplotou statoru resp. rotoru. Podle toho která ást se rychleji oteplí na kritickou hodnotu rozlišují se stroje s kritickým oteplení statoru resp. rotoru.

Maximální p ípustné hranice oteplení jsou ur ené:- u standardních motor technologickými vlastnostmi použitých materiál ,- u motor do prost edí s nebezpe ím výbuchu p ípustnými povrchovými teplotami.

Technologická omezení: Statorové vinutí: izola ní materiály - t ída F max. 210 OC - t ída H max. 235 OC

Rotorové vinutí: hliníková klec vyrobená tlakovým litím max. 300 OC Cu klec sva ovaná max. 400 OC ty ové vinutí kroužkových motor max. 250 OC b žné vinutí kroužkových motor dle izola ní t ídy viz. statorové vinutí.

Maximální p ípustné povrchové teploty motor do prost edí s nebezpe ím výbuchu:Pro teplotní t ídu T3 max. 195 OCPro teplotní t ídu T4 max. 130 OCPro teplotní t ídu T5 max. 95 OCPro teplotní t ídu T6 max. 80 OC

U motor v provedení EEx e je vžité používat ozna ení tE, které odpovídá LRT, LRT = tE

P ípustná doba rozb hu (Allowable Runup Time – ART). Skute ná doba rozb hu musí být vždy kratšínebo jí rovná. P i v tším po tu rozb h za sebou, musí být úhrnná délka všech rozb h za seboukratší než p ípustná doba rozb hu.

Protože b hem rozb hu se v závislosti na skulzu m ní velikost proudu z hodnoty záb rného prouduna hodnotu jmenovitého proudu IN p i rozb hu se zát ží, resp. p i rozb hu naprázdno bez zát že naproud naprázdno (I0 = 30 – 40 % IN) je vždy p ípustná doba rozb hu ART delší než p ípustná dobachodu motoru se zabržd ním rotorem LRT.

Pro obvyklé motory platí ART = 1.7 x LRT

Oba údaje se liší svou velikostí pokud jsou udané pro „teplý“ resp. „studený“ provozní stav.

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory. 8

U motor v provedení EEx e se s ohledem na bezpe nost provozu nerozlišuje p i stanovení tE (LRT) „teplý“ resp. „studený“ provozní stav. Pro oba stavy je ur ena pouze 1 hodnota tE, ta mén p íznivá(kratší). Tato hodnota tE je uvedená v certifikátu nevýbušnosti, který je sou ástí dokumentace kmotoru a na štítku motoru.

2.7 Stanovení po tu rozb h .Po ty rozb h se stanovují ze studeného a teplého provozního stavu, pro známá ARTWARM a ARTCOULD.

Teplým provozním stavem se rozumí stav, kdy byl motor dlouhodob v provozu se jmenovitýmvýkonem a dosáhl ustáleného oteplení odpovídajícímu izola ní t íd motoru.

Studeným provozním stavem se rozumí stav, kdy byl motor dlouhodob odstavený a jeho teplotaodpovídá teplot okolí.

Po et rozb h ze studeného stavu ARTCOULD/ tR.Po et rozb h z teplého stavu ARTWARM / tR.

Typickou hodnotou po tu rozb h jsou 3 rozb hy ze studeného stavu a 2 z teplého.

2.8 Kontrola oteplení vinutí.Pro kontrolu oteplení vinutí NN motor se používají termistory. Jsou to teplotn závislé polovodi ovéprvky, které p i dosažení vybavovací teploty (NAT) skokov m ní sv j odpor (20 x a více) - viz. Obr. 3.

Obr. 3 Odporová charakteristika termistoru.

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory. 9

Rozlišují se dva druhy:- PTC (Positive Temperature Coefficient) termistory s pozitivní charakteristikou - p i p ekro enívybavovací teploty u nich dojde k ádovému nár stu odporu- NTC (Negative Temperature Coefficient) termistory s negativní charakteristikou – p i p ekro enívybavovací teploty u nich dojde k ádovému poklesu odporu.

Vybavovací teplota je ur ená materiálovým složením termistoru. Termistory jsou dostupné pro mezníteploty v rozmezí od 60 OC do 190 OC. Stav termistor se vyhodnocuje tzv. termistorovým relé, které p evádí stav termistor na binární signál I/0. Maximální p iložitelné nap tí na jeden termistor, tak abynedošlo k jeho zni ení je 2.5 V =.

P i zabudování termistor do vinutí se provádí dodate ná izolace termistor proti pr razu elektrickýmnap tím, která sou asn p sobí jako tepelná izolace a zhoršuje p estup tepla (tepelnou vodivost) mezivinutím a termistorem. Stejný vliv má i kvalita založení termistor – p i založení mohou vzniknout vzduchové št rbiny, které zhoršují p estup tepla. D sledkem obojího je tepelná setrva nost, která sev p echodných stavech projevuje rozdílnou teplotou vinutí a idla viz. Obr. 4.

Obr. 4 Oteplení vinutí motoru a vliv založení kvality termistor na pr b h oteplení indikovaného idly(pr b h oteplení vinutí - 1, pr b h oteplení termistor - 2 správn , 3 špatn )

asový pr b h oteplení vinutí a termistor vyplývá z kalorimetrické rovnice:

.... 2 cmtIR

cmtIR

... 2

Zpožd ní v oteplení termistor se vyjad uje asovou konstantou TK a teplotním rozdílem . Vzniklýteplotní rozdíl se m že a obvykle se kompenzuje vhodnou volbou vybavovací teploty termistor (NAT).Termistory se vyrábí v odstup ování po 5 OC.

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory. 10

Nejv tší význam má tepelná setrva nost a správná volba termistor u motor v nevýbušnémprovedení (EEx). P i typové zkoušce výrobce kontroluje optimální p i azení vybavovací teploty termistor k skute nému oteplení vinutí. Zkouška se provádí p i teplot okolí 20 OC v nejménp íznivém provozním stavu – tj. v chodu nakrátko se zablokovaným rotorem p i jmenovitém nap tí, tj.když motorem protéká jmenovitý záb rný proud. Vybavovací doba se porovnává s hodnotami oteplenív m icích bodech.

Pokud ochrana termistory není použita jako dopl ková ochrana, ale p ímo jako hlavní ochrana motorup ed tepelným p etížením tj:

- u motoru napájeného ze sít , u kterého není použitá klasická nadproudá ochrana;- u motoru napájeného z frekven ního m ni e, u kterého nikdy nelze klasickou nadproudou

ochranu použít; musí výrobce popsaným zp sobem u každého takového motoru p i kusové zkoušce p ezkoušetvybavovací dobu termistor , zda souhlasí s hodnotami zjišt nými na prototypovém motoru aekvivalentních motorech stejného typu. Zjišt ná vybavovací doba musí být uvedená na p ídavnémštítku viz. Obr. 5 Pokud motor takový štítek nemá, nelze ho použít popsaným zp sobem. P i každémp evinutí motoru se musí vybavovací doba p ezkoušet m ením – odchylka od vybavovací dobystanovené výrobcem nesmí být v tší jak 20%. V n mecky mluvících zemích se tato zkouška ozna ujezkratkou TMS.

Obr. 5 Vzory p ídavných štítk o provedení kontroly vypínací schopnosti termistor . Naho e provedeníplatné do 30.6.2003. Dole provedení platné do od 1.7.2003

Pro kontrolu oteplení VN motor se termistory nepoužívají, používají se odporové teplom ry PT100, které umož ují pr b žné m ení okamžité teploty vinutí. D vodem jsou: - snížená p esnost vyhodnocování v d sledku dodate né izolace termistor pro nap tí 6 kV;- v tšina motor od osové výšky 315 mm jsou stroje s kritickým oteplením rotoru.

Obrácen teplom ry PT100 se nepoužívají zejména pro NN motory do osové výšky 315 mm – d vodem je podstatn v tší cena teplom r a vyhodnocovacího za ízení pro odporové teplom ry protitermistor m a termistorovému relé.

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory. 11

2.9 Kontrola poklesu nap tí p i rozb hu asynchronního motoru, asynchronním rozb hu synchronních stroj .

P i rozb hu je velikost záb rného proudu omezena pouze reaktancí nakrátko xM. Zjednodušen lze naprvní okamžik po p ipojení motoru k síti pohlížet jako na zkrat, kdy velikost zkratového proudu jeomezena pouze velikostí reaktance nakrátko motoru.

Platí:

[%]1001Z

M ix

][N

ZZ I

Ii

Velikost poklesu nap tí v síti závisí na tvrdosti sít , vyjád ené jejím zkratovým výkonem a velikostizáb rného proudu motoru, která vyplývá p i obvyklé hodnot iZ = cca. 6 IN z výkonu motoru. Obecnplatí, ím je p i konstantním svorkovém nap tí velikost záb rného proudu v tší, tím má být sí tvrdší,jinak se zv tšuje pokles nap tí p i rozb hu.

Je t eba si uv domit, že p i stejném zkratovém výkonu v míst p ipojení, velikost poklesu nap tí, p istejném výkonu motoru, není ovlivn ná velikostí svorkového nap tí – 400 V, 500 V……..6 kV, 10 kV -viz. Poz.2. Nicmén je pravda, že v praxi obvykle platí, ím je vyšší nap ová hladina, tím je i v tšízkratový výkon v míst p ipojení a d sledkem toho je menší pokles nap tí p i rozb hu. Daleko v tšívýznam má volba nap ové hladiny v míst p ipojení v kontextu dimenzování p ívodních kabel( pr ez a po et kabel ) – samoz ejm pokud je možné si vybrat.

UN [kV] 0,4 0,5 0,69 6 10PN [kW] 400 400 400 400 400IM [A] 695,00 555,00 403,00 47,00 28,20IZ [-] 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00XM[Ohm] 0,06 0,09 0,16 12,28 34,12

SSKS[MVA]

XS[Ohm]

Pokles[-]

XS[Ohm]

Pokles[-]

XS[Ohm]

Pokles[-]

XS[Ohm]

Pokles[-]

XS[Ohm]

Pokles[-]

1 0,1600 25,7% 0,2500 25,7% 0,476 25,7% 36,0000 25,7% 100,0000 25,7%5 0,0320 63,4% 0,0500 63,4% 0,095 63,4% 7,2000 63,4% 20,0000 63,4%

7,5 0,0213 72,2% 0,0333 72,2% 0,063 72,2% 4,8000 72,2% 13,3333 72,2%10 0,0160 77,6% 0,0250 77,6% 0,048 77,6% 3,6000 77,6% 10,0000 77,6%15 0,0107 83,9% 0,0167 83,9% 0,032 83,9% 2,4000 83,9% 6,6667 83,9%20 0,0080 87,4% 0,0125 87,4% 0,024 87,4% 1,8000 87,4% 5,0000 87,4%30 0,0053 91,2% 0,0083 91,2% 0,016 91,2% 1,2000 91,2% 3,3333 91,2%40 0,0040 93,3% 0,0063 93,3% 0,012 93,3% 0,9000 93,3% 2,5000 93,3%50 0,0032 94,5% 0,0050 94,5% 0,010 94,5% 0,7200 94,5% 2,0000 94,5%75 0,0021 96,3% 0,0033 96,3% 0,006 96,3% 0,4800 96,3% 1,3333 96,3%

100 0,0016 97,2% 0,0025 97,2% 0,005 97,2% 0,3600 97,2% 1,0000 97,2%250 0,0006 98,9% 0,0010 98,9% 0,002 98,9% 0,1440 98,9% 0,4000 98,9%500 0,0003 99,4% 0,0005 99,4% 0,001 99,4% 0,0720 99,4% 0,2000 99,4%750 0,0002 99,6% 0,0003 99,6% 0,001 99,6% 0,0480 99,6% 0,1333 99,6%

1000 0,0002 99,7% 0,0003 99,7% 0,000 99,7% 0,0360 99,7% 0,1000 99,7%

Tab. 1 Porovnání vypo tených pokles nap tí motoru 400 kW pro r zná nap tí a zkratovévýkony. (Poklesy nap tí vypo tené pro obvyklé hodnoty zkratového výkonu pro dané nap tí jsouzvýrazn né)

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory. 12

VN motory 6 kV se obvykle používají od výkonu 110 kW.

Maximální povolený pokles nap tí dle SN iní 15 %, p i emž pokles o 10 % se považuje již zapom rn významný pokles.

U t žkých rozb h se vždy musí zkontrolovat rozb hové podmínky - délka rozb hu, po et rozb hpro pr b h momentu motoru p epo tený pro vypo tený pokles nap tí p i rozb hu.

Typické hodnoty výkon transformátor pro jednotlivé nap ové hladiny a hodnoty zkratového výkonu:400 V 1000 kVA 15 MVA 500, 690 V 1600 kVA 24 MVA 690 V 2000 kVA 29 MVA 690 V 2500 kVA 35 MVA 6, 10 kV 10 MVA 90 MVA 6, 10 kV 16 MVA 130 MVA 6, 10 kV 25 MVA 210 MVA 6, 10 kV 40 MVA 320 MVA V soustav 110 kV se zkratové výkony pohybují ádov v rozmezí od 800 do 3000 MVA.

Obr. 6 Poklesy nap tí p i rozb hu motoru v závislosti na „ tvrdosti “ sít

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory. 13

2.10 Postup výpo tu úbytku nap tí p i rozb hu motoru: Údaje pot ebné pro výpo et:SKS zkratový výkon sít .UN nap tí motoru [ kV ] IN proud motoru [ kA ] ST zdánlivý výkon transformátoru [ MVA ] uK nap tí nakrátko transformátoru [ % ]

Jako vztažné hodnoty zvolíme motorové veli iny. Vztažný výkon SVZ volíme jako zdánlivý p íkonmotoru, vztažné nap tí jako nap tí motoru.

][..3 MVAIUSS NNNVZ

Vztažná impedance ZVZ:

][2

N

NNVZ SUZZ

Reaktance sit xS:

[%]100.KS

VZS SSx

Reaktance transformátoru p epo tená na skute ný vztažný výkon:

KKK

T

VZT xux

SSx ;[%].

Reaktance kabelových tras p epo tená na skute ný vztažný výkon:

[%]100.VZ

KK Z

Xx

Reaktance motoru p epo tená na skute ný vztažný výkon.Reaktanci motoru není nutné p epo ítávat, protože jsme na za átku zvolili SVZ = SN jak vyplýváz dalšího:

;[%]. M

N

VZM x

SSx [%]1001

Z

M ix

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory. 14

Obr. 7 Náhradní schéma pro výpo et úbytk nap tí p i rozb hu motoru

Celková reaktance:

[%]MKTSC xxxxxProud p i rozb hu motoru:

%100;][ uxuiC

Proud p i rozb hu motoru je vlivem p ed azených reaktancí menší, než záb rný proud motoru iZ.Nap tí na motoru – pom rná hodnota:

[%]. ixu MM

Obdobným zp sobem lze spo ítat nap tí a úbytky nap tí na p edchozích reaktancích, v zadanémnapájecím bod nap . na transformátoru:

[%]. ixxu TMT

[%]. ixu TT

Z uvedeného postupu je z ejmé, že velikost záb rného proudu a tím velikost úbytku nap tí na p edchozích reaktancích reprezentujících p ed azenou napájecí soustavu lze vhodn omezit v azenímreaktoru nebo tlumivky o reaktanci XL p ed motor. Oba prvky mohou být zadány bu ohmickouhodnotou reaktance XL nebo zdánlivým výkonem reaktoru SL a hodnotou pom rnou xL

*. Pak použijeme výrazy bu :

[%]100.VZ

LL Z

Xx nebo [%]. *

L

L

VZL x

SSx

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory. 15

Pozn. 1: V ad p ípad je možné použít zjednodušený postup, zejména pokud napájecí sí je respektovanápouze zkratovým výkonem SKS a mimo údaje motoru, žádné další údaje nejsou k dispozici.

Reaktance sít :

][2

KS

NS SUX

Reaktance motoru v okamžiku p ipojení:

][.3 Z

NM I

UX

Nap tí na motoru v okamžiku p ipojení viz. Obr. 8 – princip d li e nap tí.

][MS

M

N

M

XXX

UU

Obr. 8 Zjednodušené náhradní schéma pro výpo et poklesu nap tí p i rozb hu motoru

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory. 16

Pozn.2: Pro velikost poklesu nap tí p i stejném zkratovém výkonu sít a výkonu motoru nezávisí na velikostí svorkového nap tí – 400 V, 500 V ..…6 kV, 10 kV.

SKSZ

SKS

Z

N

SKSN

N

Z

N

MS

M

N

M

III

IU

IUU

IU

XXX

UU

33

32

Pro zkratový proud p i stejném zkratovém výkonu p i r zných nap tích, pokud si zavedeme obecné,základní nap tí U0 a proud ISKS0 - z rovnosti zkratových výkon vyplývá:

NSKSSKS U

UII 00

Pro záb rný proud motoru p i stejném výkonu motoru p i r zných nap tích, pokud si zavedeme op tzákladní, obecné nap tí U0 a obecný proud IM0 z rovnosti výkon vyplývá (zanedbáváme r zný cos a ):

NMM UUII 0

0

Dále zavedeme ješt ozna ení:

][MN

Z

IIk

Pokud vše dosadíme do rovnice pro výpo et poklesu nap tí dostaneme výraz:

00

0

00

00

00

SKSM

SKS

NSKS

NM

NSKS

SKSZ

SKS

N

M

IIkI

UUI

UUIk

UUI

III

UU

ze kterého vyplývá, že velikost poklesu nap tí nezávisí na absolutní hodnot záb rného proudu prokonkrétní nap ovou hladinu.

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory. 17

Dimenzování a návrh pohon s asynchronními motory. 18

3 LITERATURAElektrické pohony, Pavelka J., e ovský Z., Jav rek J., skriptum VUTDer Drehstrommotor, Falk K. Drehzahlverstellung von Asynchronmaschinen, Schörner J, Seifert D., Technische Schriften 4, Loher AG. Interní materiály firem ELCOM a.s., Loher GmbH a ABB