Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 1/2017 vyšlo
tiskem 18. 1. 2017. V elektronické verzi na webu od 17. 2. 2017. 

Téma: Elektrotechnologie; Materiály pro elektrotechniku; Nástroje a pomůcky; Značení

Hlavní článek
Analýza dat fotovoltaického systému během zatmění Slunce
Rizikovost zapojení biometrických identifikačních systémů

Aktuality

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze představí zájemcům o studium moderní techniku i její historii Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá v pátek 20. ledna od 8.30 hodin první…

Loňská výroba Temelína by stačila k pokrytí téměř roční spotřeby českých domácností Přesně 12,1 terawatthodin elektřiny (TWh) loni vyrobila Jaderná elektrárna Temelín. Je to…

Osmý ročník Robosoutěže Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze ovládli studenti Gymnázia Zlín V pátek 16. prosince se v Zengerově posluchárně Fakulty elektrotechnické ČVUT na Karlově…

Společnost ABF převzala značku projektu SVĚTLO V ARCHITEKTUŘE Specializovanou výstavu svítidel, designu a příslušenství s názvem SVĚTLO V ARCHITEKTUŘE…

Chytré lampy v Praze Do hlavního města Prahy vstoupily „chytré lampy“. Nová technologie je součástí chytrých…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze zve na finále ROBOSOUTĚŽE Zajímavá technické řešení a soutěžní napětí nabídne 16. prosince finále letošní…

Více aktualit

Inovace v elektromotorech

číslo 12/2006

Inovace v elektromotorech

Gustav Holub

Pro složité výrobní a zpracovatelské stroje, robotiku, obráběcí centra, manipulační techniku atd. jsou elektromotory článkem rozhodujícím o celkové výkonnosti strojů a zařízení a o zvyšování jejich produktivity. Nejdůležitější požadavky zejména na servomotory lze vyjádřit heslem: kompaktnost pohonu, vysoká dynamika, chod bez pulsací točivého momentu a otáček, přesnost polohování a rozsah řízení otáček. Kompaktnost znamená, že z minimálního konstrukčního objemu se dosáhne maximálního točivého momentu. Obr. 1. Vysoká dynamika zpravidla znamená velké zrychlení, tj. vysoký urychlovací moment kombinovaný s nepatrným setrvačným momentem. Polohovací přesností a plynulým, rovnoměrným chodem bez pulsací se rozumí optimální hodnoty zejména za chodu při zatížení, ale i naprázdno.

Jako servomotory se většinou osvědčují synchronní stroje buzené permanentními magnety v rotoru, které jsou v porovnání s asynchronním provedením s klecovým rotorem nakrátko kompaktnější a dynamičtější. Navíc vykazují v celém rozsahu řízení otáček vyšší účinnost. Synchronní motory mají převážně přirozené vzduchové chlazení bez ventilace. U větších motorů se používá cizí ventilace nebo také kapalinové chlazení statoru s vinutím.

Obr. 2.

Obr. 1. Příklad statorového „zubového“ vinutí synchronního servomotoru s vysokým obsahem mědi a měrným výkonem (Lenze)
Obr. 2. Vysokomomentový vestavný vícepólový synchronní motor s vnitřním rotorem (vlevo) a vnějším rotorem (vpravo) firmy Octacom

Pro další zvýšení kompaktnosti bez růstu výrobních nákladů se výrobci motorů již několik let snaží o zjednodušení techniky navíjení statoru. Mnozí z nich zavedli u synchronních strojů techniku tzv. zubových cívek, kde se několik relativně málo koncentrických cívek navíjí okolo jednotlivých statorových zubu, resp. pólů. Vlivem vysokého plnění měděným vodičem a malými čely vinutí se motory stávají kompaktnějšími. Tuto techniku lze lépe automatizovat než dosavadní techniku vtahování do drážek.

Obr. 3.

Obr. 3. Účinnost energeticky úsporných asynchronních motorů třídy eff 1 a eff 2 firmy ABB ve srovnání s hodnotami podle NEMA

Ve snaze o další využití měrného momentu lze pozorovat trend vývoje konstrukcí s vyššími počty pólů; to ale vede k omezení rozsahu řízení otáček. Uvedené řešení se využívá u tzv. vysokomomentových pomaloběžných synchronních motorů. U těchto strojů se většinou uplatňuje kapalinové chlazení statoru. Zmíněné stroje je nejvhodnější použít jako přímé, bezpřevodové stroje pro rotační aplikace s vysokým točivým momentem a nízkými otáčkami, např. v papírenském průmyslu nebo ve výrobě a zpracování syntetických hmot. Jestliže se dimenzují a volí správně pro daný stroj, mají tyto motory velké technologické přednosti.

Ve spojitosti s vysokým počtem pólů a omezeným rozsahem otáček je při dalším vývoji těchto motorů zajímavým tématem pro zjednodušení statorového vinutí a zvýšení kompaktnosti motorů tzv. technika využití vyšších harmonických. Uvedený postup využívá vysokopólové vyšší harmonické statoru k tvorbě točivého momentu, jenž se pak může kombinovat s relativně vysokou indukcí ve vzduchové mezeře.

Obr. 4.

Obr. 4. Jednoduchý typ mechatronického pohonu s integrovaným převodovým motorem a měničem kmitočtu (Nord)

Trend kompaktních, dynamičtějších motorů s jednoduchou a cenově příznivou konstrukcí ovlivňuje i vývojáře standardních asynchronních motorů. Ti se zaměřují na vývoj energeticky úsporných strojů. Jde o motory s vysokými účinnostmi dosahovanými větším objemem aktivních materiálů (měď a plechy) a nově také vlivem tlakově litých měděných rotorových tyčí a kruhů nakrátko místo dosavadních hliníkových. Hodnoty účinnosti těchto inovovaných motorů některých evropských firem dokonce překračují předepsané požadavky standardu NEMA (National Electrical Manufacturers Association, Národní sdružení elektrotechnických výrobců) v USA a kanadských norem (viz příklad motorů firmy ABB v obr. 3). Již několik let je v USA, Kanadě a Číně patrná snaha zavádět energeticky úsporné motory s hodnotami vyššími, než jaké platí v Evropě. U motorů s vysokou třídou účinnosti eff 1 se mají ztráty snížit o dalších přibližně 10 až 15 %.

Podle mínění evropských výrobců motorů je to ekonomicky diskutabilní, neboť výrobní náklady rostou exponenciálně a očekávaný tržní podíl motorů s vysokou účinností bude velmi malý. Naproti tomu lze, díky optimální elektronické regulaci a redukci mechanických ztrát (např. v převodových mechanismech), dosáhnout značné energetické úspory různými mechatronickými řešeními elektropohonů, maximální integrací jednotlivých komponent nebo rekuperací brzdné energie do sítě.
[Konstrukter, 2006, Sonderheft, s. 8.]