Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 2/2017 vyšlo
tiskem 17. 2. 2017. V elektronické verzi na webu od 10. 3. 2017. 

Téma: Elektrické přístroje – spínací, jisticí, ochranné a signalizační; Přístroje pro inteligentní sítě

Hlavní článek
Atypický návrh výkonového stejnosměrného zdroje se středofrekvenčním transformátorovým filtrem rušivého napětí

Aktuality

Veletrh Věda Výzkum Inovace 2017 zahájí místopředseda vlády Pavel Bělobrádek Letošní ročník Veletrhu Věda Výzkum Inovace zahájí na brněnském výstavišti 28. února 2017…

Chytré lampy PRE potvrdily zhoršenou smogovou situaci v Praze Chytré lampy PRE potvrdily v rámci svého pilotního provozu, že v Holešovicích a…

Jak se bydlí v pasivních domech, řeknou jejich majitelé na veletrhu FOR PASIV Další ročník veletrhu FOR PASIV, který je zaměřený na projektování a výstavbu…

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…

Více aktualit

Oteplení nevýbušných motorů

číslo 7/2003

inovace, technologie, projekty

Oteplení nevýbušných motorů
Vyhodnocení maximální teploty rotoru plně uzavřených asynchronních motorů napájených z měničů frekvence

prof. Václav Černý

1. Úvod

Pro elektrické stroje a zařízení, které pracují v prostředí s nebezpečím výbuchu, platí zvláštní předpisy pro výrobce, uživatele i revizní orgány. Základní konstrukční norma pro nevýbušná elektrická zařízení ČSN EN 50014 je v souladu s mezinárodními doporučeními i s americkými předpisy NEC (National Electrical Code). Referovaná práce seznamuje s výsledky měření oteplení rotoru a statoru u hermeticky uzavřených nevýbušných motorů určených pro chemický a petrolejářský průmysl a napájených z měničů frekvence. (Tyto motory se v USA označují zkratkou TEFC – Totaly Enclosed Fan Cooled motors). Sleduje se oteplení rotoru a statoru při různých otáčkách motoru, při různých hodnotách magnetického toku a při různém zátěžném momentu.

Tab. 1. Základní rozsah měřených parametrů
Parametr Rozsah
zdroj sinusový a PWM
zátěžový moment 75 až 100 %
pracovní frekvence 3 až 60 Hz
nosná frekvence PWM 2 až 8 kHz

2. Ověřované parametry a výsledky měření

Základní rozsah měřených parametrů je zřejmý z tab. 1.

Pro test byly zvoleny motor a měnič běžně používané pro tyto aplikace.

Použitý motor: asynchronní s dvojitou klecí v rotoru a vnitřním ventilátorem malého průměru, výkon 14,7 kW (20 hp).

Použitý měnič: s pulsně šířkovou modulací (PWM), osazený výkonovými tranzistory IGBT, výkon 22 kW (30 hp), nosnou frekvenci bylo možné volit v krocích 2 nebo 4 nebo 8 kHz.

Většina testů byla provedena v oblasti konstantního momentu (U1/f1 = k).

Teplota rotoru za chodu stroje byla měřena termoelektrickými články, zabudovanými na povrchu rotoru s vývody na sběrací kroužky na obou koncích hřídele. Teplota okolí byla 25 °C.

Na obr. 1 jsou vyneseny naměřené hodnoty oteplení v závislosti na napájecí frekvenci při jmenovitém magnetickém toku a jmenovitém zátěžném momentu. Ve všech případech je oteplení rotoru větší než oteplení statoru. Při sinusovém průběhu napájecího napětí motoru je oteplení vždy nižší než při PWM s nosnou frekvencí 2 kHz.

Obr. 1. Obr. 2. Obr. 3.

Obr. 1. Naměřené hodnoty oteplení v závislosti na napájecí frekvenci při jmenovitém magnetickém toku a zátěžném momentu 100 %; čárkované průběhy odpovídají napájení ze sinusového zdroje, plné průběhy napájení z měniče PWM s nosnou frekvencí 2 kHz; 1 – oteplení rotoru (PWM, 2 kHz), 2 – oteplení rotoru (sin), 3 – oteplení statoru (PWM, 2 kHz), 4 – oteplení statoru (sin)
Obr. 2. Naměřené hodnoty oteplení v závislosti na napájecí frekvenci při jmenovitém magnetickém toku a zátěžném momentu 100 % a 75 % (napájení z měniče PWM s nosnou frekvencí 2 kHz). 1 – oteplení rotoru při zatížení 100 %, 2 – oteplení statoru při zatížení 100 %, 3 – oteplení rotoru při zatížení 75 %, 4 – oteplení statoru při zatížení 75 %
Obr. 3. Poměrné oteplení rotoru a statoru v závislosti na frekvenci; plnou čarou je vynesen průběh při zatížení 100 %, čárkovaně průběh při zatížení 75 %
Obr. 5. Oteplení rotoru a statoru v závislosti na poměrném zátěžném momentu M/Mn (%); 1 – oteplení rotoru (°C), 2 – oteplení statoru (°C), 3 – poměr oteplení rotoru a statoru (%)
Obr. 4. Oteplení rotoru a statoru v závislosti na velikosti magnetického toku; 1 – oteplení rotoru (°C), 2 – oteplení statorového vinutí (°C), 3 – poměrné oteplení rotoru a statoru (%)
Obr. 5. Oteplení rotoru a statoru v závislosti na poměrném zátěžném momentu M/Mn (%); 1 – oteplení rotoru (°C), 2 – oteplení statoru (°C), 3 – poměr oteplení rotoru a statoru (%) Obr. 4.

Na obr. 2 jsou naměřené hodnoty oteplení v závislosti na napájecí frekvenci při jmenovitém magnetickém toku a zátěžném momentu 100 % a 75 % (napájení z měniče PWM s nosnou frekvencí 2 kHz). Z průběhů je zřejmé, že při sníženém zatížení je oteplení rotoru i statoru podstatně menší. Růst oteplení při malých frekvencích je při sníženém zatížení méně strmý.

Obr. 3 je ukazuje zajímavé zjištění, že při menších frekvencích je poměr oteplení rotoru a statoru při malých frekvencích málo rozdílný při zatížení 100 % a 75 %.

Při sníženém napájecím napětí se zmenšuje magnetický tok motoru, roste skluz a zvětšuje se proud statoru i rotoru a tím i oteplení rotoru i statoru, jak je zřejmé z obr. 4. Je zajímavé, že poměr oteplení rotoru a oteplení statoru je přibližně stálý (150 %).

S rostoucím zátěžným momentem roste i oteplení, přičemž opět oteplení rotoru je větší nežli oteplení statoru. Poměr oteplení rotoru a statoru je opět přibližně stálý (150 %), jak je zřejmé z obr. 5.

Obr. 5.

3. Závěr

Měření oteplení typického plně uzavřeného asynchronního motoru napájeného z měniče frekvence prokázalo, že ve všech provozních případech bylo oteplení rotoru vždy podstatně větší než oteplení statoru. Oteplení statoru i rotoru prudce rostlo s klesající frekvencí napájecího napětí motoru, obdobně i při snižování napájecího napětí a růstu zátěžného momentu.

Při proměnlivých provozních podmínkách by tedy bylo vždy vhodnější použít motor i měnič o stupeň výkonnější a ochranu motoru vždy doplnit ochranou závislou na povrchové teplotě motoru, kontrolovanou přídavnými snímači povrchové teploty.

Literatura:

DOUGHTY, R. L. – DAUGHERTY, R. H. – MELFI, M. J. – TSAO, J. P.: Evoluation of Maximum Rotor Temperatures in TEFC Inverter – Fed Motors. IEEE Industry Applications Magazine, July/Aug. 2002.