8.4: Převodový poměr

V této recenzi se podíváme na typické poruchy třífázových asynchronních elektromotorů a způsoby, jak jim předcházet a eliminovat.

Elektrické poruchy elektromotoru

Elektrické závady v motoru vždy souvisí s vinutím.

1. Uzavírka meziobvodu může nastat, když se zhorší izolace v jednom vinutí. Možné důvody: přehřívání vinutí, nekvalitní izolace, opotřebení izolace vibracemi. Určení zkratu mezi zatáčkou může být obtížné. Hlavní diagnostickou metodou je porovnání odporu a provozního proudu všech tří vinutí. Prvními příznaky mezizávitového zkratu je zvýšené zahřívání motoru a pokles točivého momentu na hřídeli. V tomto případě je proud v jedné z fází větší než ve zbývajících dvou.
2. Zkrat mezi vinutími dochází v důsledku přemístění vinutí, mechanických vibrací a nárazů. Bez řádné elektrické ochrany může dojít ke zkratu a požáru.
3. Zkrat vinutí k pouzdru. S touto poruchou může elektromotor pokračovat v provozu, pokud není správně provedeno uzemnění a ochrana proti zkratu. V provozu však bude smrtící, protože jeho potenciál bude pod fázovým napětím.
4. Přestávka vinutí. Tato porucha je ekvivalentní ztrátě fáze. Pokud během provozu dojde k přerušení, motor náhle ztrácí výkon a začne se přehřívat. Pokud je ochrana správně provedena, motor se vypne, protože proud v ostatních fázích se zvýší.

K odstranění většiny těchto poruch je nutné převinutí motoru.

Mechanické závady elektromotoru

Mechanické poruchy elektromotoru souvisí s jeho konstrukcí.

1. Opotřebení a tření v ložiskách. Projevuje se zvýšenými mechanickými vibracemi a hlukem při provozu. V tomto případě musí být ložiska vyměněna, jinak porucha povede k přehřátí a snížení výkonu motoru.
2. Otáčení rotoru na hřídeli. Rotor se může otáčet v magnetickém poli statoru a hřídel bude nehybná. Je nutná mechanická fixace rotoru k hřídeli.
3. Spojení rotoru se statorem. Tento problém je spojen s mechanickou poruchou ložisek, jejich sedel nebo skříně motoru. Navíc taková porucha vede k poškození vinutí statoru. Téměř neopravitelné.
4. Poškození krytu motoru. Může nastat v důsledku otřesů, zvýšeného zatížení, nesprávné montáže nebo špatné kvality motoru. Oprava je pracná kvůli obtížnému vyrovnání předních a zadních ložisek.
5. Rotace nebo poškození oběžného kola dmychadla. Motor sice poběží dál, ale bude se přehřívat, což výrazně zkrátí jeho životnost. Oběžné kolo musí být zajištěno (pomocí klíče nebo pojistného kroužku) nebo vyměněno.

Nouzové situace při provozu elektromotoru

Existují závady, které přímo nesouvisí s motorem, ale ovlivňují jeho chod, výkon a životnost. Většina těchto poruch je způsobena mechanickým přetížením, zvýšeným proudem a v důsledku toho přehřátím vinutí a krytu.

1. Zvýšené zatížení hřídele v důsledku zaseknutí hnacího nebo hnaného mechanismu.
2. Nesymetrie napájecího napětí, která může být způsobena problémy s napájením nebo vnitřními problémy měniče.
3. Ztráta fáze, ke které může dojít v jakékoli části napájení motoru – od napájecí trafostanice až po vinutí motoru.
4. Problém s prouděním vzduchu (chlazení). Může k němu dojít v důsledku poškození oběžného kola motoru v důsledku jeho vlastního chlazení, v důsledku zastavení externího ventilátoru nuceného chlazení nebo v důsledku výrazného zvýšení okolní teploty.

Způsoby ochrany motoru

K ochraně elektromotoru před vnitřními a vnějšími poruchami a také k minimalizaci dalších nákladů na práci na jeho opravu se používají různá zařízení.

1. Automatické motory a tepelná relé

K detekci nadměrného proudu v jedné nebo všech fázích motoru se používají automatické motory (ochranné jističe motoru) a tepelná relé. Pokud je překročena, pohon se po nějaké době vypne.

Na rozdíl od automatického motoru nemá tepelné relé spínání napájení. Má pouze ovládací kontakt, který otevírá napájení napájecího obvodu. Automatický motor je nezávislé spínací zařízení schopné vypnout motor.

Nevýhodou tepelného relé je absence ochrany proti zkratu. Automatický motor má ochranu proti přetížení a elektromagnetickou ochranu proti zkratu, která okamžitě spustí a vypne motor, když je nastavený proud překročen 10-20krát.

Tato zařízení jsou nejrozšířenější a při správné instalaci a konfiguraci pravděpodobně ochrání elektromotor a zařízení před poruchou a jinými negativními důsledky.

2. Elektronická relé ochrany motoru

Tento typ ochrany poskytuje velký výběr různých ochran. Hlavním prvkem takových relé je mikroprocesor, který analyzuje okamžité hodnoty napětí a proudu a rozhoduje se na základě zadaných nastavení. Může to být signál pro indikaci nebo vypnutí motoru.

3. Termistory a tepelná relé

Když z nějakého důvodu nefunguje tepelná ochrana proti přetížení, poslední obrannou linií je tepelná ochrana. Uvnitř vinutí je instalován teplotně citlivý prvek (nejčastěji termistor nebo posistor), který mění svůj odpor v závislosti na teplotě. Při překročení prahu se spustí příslušná ochrana a motor se vypne.

Je možné použít jednodušší diskrétní tepelná relé (tepelné kontakty), která rozpojí ovládací nebo tepelný obvod, čímž dojde k nouzovému zastavení elektromotoru.

4. Frekvenční měniče

Frekvenční měniče mají obvykle několik typů ochrany – přetížení a proud, přepětí, ztráta fáze atd. Kromě toho je možné omezení točivého momentu a proudu. V tomto případě bude motor napájen napětím s nižší úrovní a frekvencí, pokud je zjištěno přetížení. V tomto případě bude operátorovi zaslána odpovídající zpráva a motor může pokračovat v chodu.

Výrobci frekvenčních měničů také doporučují instalovat jistič na vstup měniče, tepelné relé na výstup a termistorovou ochranu.

Ozubená kola se používají nejen k přenosu výkonu, ale také k zajištění schopnosti přizpůsobit mechanickou výhodu mechanismu. Jak bylo uvedeno v úvodu k této jednotce, v některých případech má elektromotor sám o sobě dostatečný výkon k provedení konkrétního úkolu, ale výstupní charakteristiky elektromotoru nesplňují požadavky. Elektromotor, který se točí VELMI rychle, ale má velmi malý kroutící moment, není vhodný pro zvedání těžkých břemen. V takových případech je nutné použít převodový poměr pro změnu výstupní charakteristiky a vytvoření rovnováhy točivého momentu a otáček.

Představte si kolo: cyklista má omezený výkon a chce zajistit, aby byl výkon v daném okamžiku využíván co nejvíce.

Změnou mechanické výhody se mění rychlost pohybu. Výkon je množství práce vykonané za jednotku času. Čím větší množství práce. tím nižší je rychlost jeho provádění.

Příklad 8.1 ukazuje, že pokud se páka na vstupní straně posune o 1 metr, páka na výstupní straně se posune o 4 metry. Rozdíl je úměrný poměru mezi délkami pák.

Délka ven / délka dovnitř = 8 / 2 = 4

Zajímavostí je, že obě vzdálenosti urazí za stejnou dobu. Představme si, že se vstupní páka posune o 1 metr za 1 sekundu, takže vstupní rychlost je 1 metr za sekundu. Přitom na výstupu dojde také k posunu o 4 metry za 1 vteřinu, takže rychlost pohybu je zde 8 metrů za vteřinu. Výstupní rychlost je VĚTŠÍ než vstupní rychlost díky poměru mezi délkami pák.

Příklad 8.2 představuje stejný systém jako příklad 8.1, ale nyní je na vstup aplikována síla 4 newtony. Jaká je výsledná síla na výstupu?

Nejprve je nutné vypočítat aplikovaný točivý moment ve středu otáčení způsobený vstupní silou pomocí vzorců z bloku 7:

Točivý moment = Síla x Vzdálenost od těžiště = 4 N x 2 m = 8 N-m

Dále musíte vypočítat výslednou sílu na výstupu:

Síla = točivý moment / vzdálenost = 8 Nm / 8 m = 1 Newton

Když se podíváme na tyto dva příklady, vidíme, že pokud je systém posunut o 1 metr vstupní silou 4 newtony, pak na výstupu bude posunut o 4 metry silou 1 newtonu. S menší silou se páka pohybuje rychleji!

Můžeme vidět, jak lze mechanickou výhodu (ve formě pák) použít k manipulaci se vstupní silou k vytvoření požadovaného výstupu. Na stejném principu fungují i ​​převodovky.

Čelní ozubené kolo je v podstatě řada pák. Čím větší je průměr převodu, tím delší je páka.

Jak je vidět v příkladu 8.3, výsledkem točivého momentu aplikovaného na první ozubené kolo je lineární síla generovaná na špičkách jeho zubů. Stejná síla působí na hroty zubů ozubených kol, se kterými je v záběru první ozubené kolo, což způsobuje otáčení druhého pod vlivem točivého momentu. Průměry ozubených kol se stávají délkou pák a změna točivého momentu je ekvivalentní poměru průměrů. Pokud malé převody pohánějí více převodů, točivý moment se zvyšuje. Pokud velká ozubená kola pohání malá ozubená kola, točivý moment se sníží.

V příkladu 8.4, pokud se vstupní ozubené kolo s 36 zuby otočí o vzdálenost jednoho zubu (d = šířka 1 zubu), znamená to, že se otočí o 1/36 své plné otáčky (a1 = 360 / 36 = 10 stupňů). Jak se otáčí, uvádí do pohybu 60zubý převod, což způsobí, že se také posune o 1 zub. Pro převod 60 zubů to však znamená posun pouze o 1/60 plné otáčky (a2 = 360 / 60 = 6 stupňů).

Když malé ozubené kolo urazí určitou vzdálenost v daném časovém intervalu, větší ozubené kolo urazí kratší vzdálenost. To znamená, že velké ozubené kolo se otáčí pomaleji než malé. Tento princip funguje oběma směry. Pokud malé převody pohánějí více převodů, otáčky se snižují. Pokud velká ozubená kola pohánějí malá ozubená kola, rychlost se zvyšuje.

Z příkladů 8.1 – 8.4 je zřejmé, že vztah mezi velikostmi dvou vzájemně zabírajících ozubených kol je úměrný změně točivého momentu a rychlosti mezi nimi. Tomu se říká převodový poměr.

Jak bylo uvedeno výše, počet zubů na ozubeném kole je přímo úměrný jeho průměru, takže pro výpočet převodového poměru můžete jednoduše spočítat zuby místo průměru.

Převodový poměr je vyjádřen jako (zuby hnacího kola) : (zuby hnacího kola), takže výše uvedený pár ozubených kol lze popsat jako 12:60 (nebo 36 až 60).

Převodový poměr se vypočítá pomocí vzorce (zuby hnacího kola) / (zuby hnacího kola)

Proto převodový poměr = zuby hnaného kola / zuby hnacího kola = 60/36 = 1,67

Jak bylo diskutováno výše, převodový poměr je vyjádřen jako (zuby hnacího kola) : (zuby hnacího kola), takže dvojice ozubených kol zobrazená výše může být vyjádřena jako 12:60 (nebo 12 až 60).

Převodový poměr se vypočítá pomocí vzorce (zuby hnacího kola) / (zuby hnacího kola)

Proto převodový poměr = ozubení hnaného kola / ozubení hnacího kola = 60/12 = 5

Při pohledu na výše uvedený příklad.

Maximální moment přetížení druhého hřídele lze vypočítat pomocí vzorce:

Výstupní moment = vstupní moment x převodový poměr

Výstupní kroutící moment = 1,5 N.m x 5 = 7,5 N.m

Volnou rychlost druhého hřídele lze vypočítat pomocí vzorce:

Výstupní rychlost = Vstupní rychlost / Převodový poměr = 100 ot./min / 5 = 20 ot./min.

Druhý hřídel se tak otáčí volnou rychlostí 20 ot./min., s maximálním kroutícím momentem při přetížení 7,5 Nm. S klesajícími otáčkami roste točivý moment.

U druhého příkladu lze výpočty provést stejným způsobem.

Převodový poměr = Zuby hnaného kola / Zuby hnacího kola = 12/60 = 0,2

Výstupní moment = Vstupní moment x Převodový poměr = 1,5 N-m x 0,2 = 0,3 N-m

Výstupní rychlost = Vstupní rychlost / Převodový poměr = 100 ot./min / 0,2 = 500 ot./min.

Druhý hřídel se tak otáčí volnou rychlostí 500 ot./min., s maximálním kroutícím momentem při přetížení 0,3 Nm. S rostoucí rychlostí klesá točivý moment.

Články v aktuální sekci

• 8.1: Úvod
• 8.2: Mechanický přenos výkonu
• 8.3: Zuby a rozteč ozubených kol
• 8.4: Převodový poměr
• 8.5: Reverzní a mezipřevody
• 8.6: Stupňovité převodovky
• 8.7: Ostatní typy převodovek
• 8.8: Převodový poměr v soustavách stejnosměrných motorů
• 8.9: Ruční design
• 8:10: Modelování kloubového lopaty
• 8.11: Vzorce
• 8.12: Zpráva o projektu