Akční členy

Elektrické pohony

Stejnosměrné motory

Stejnosměrný motor se skládá ze statoru (pevná, nepohyblivá část stroje), na kterém jsou umístěny hlavní póly s budícím vinutím a pomocné póly umístěné mezi hlavními póly pro zlepšení komutačních vlastností.

Rotor (pohyblivá část, nazývaná kotvou) otáčející se v magnetickém poli je složen z plechů v jehož drážkách je umístěno vinutí. Jednotlivé cívky vinutí rotoru jsou připojeny k měděným vzájemně izolovaným lamelám komutátoru. Na komutátor dosedají kartáče, umístěné ve speciálních držácích, jimiž se přivádí proud do vinutí rotoru.

Mechanický komutátor zajišťuje optimální polohu magnetických polí v motoru při každém zatížení a rychlosti, neboť řídí napájení cívek rotoru podle jeho polohy. Motor se rozběhne při pouhém připojení stejnosměrného napětí. Při otáčení rotoru se napětí na kartáčích komutátoru připojuje k těm cívkám rotoru, které vytvářejí magnetické pole směru optimálního pro vznik krouticího momentu. Největší proud teče do cívek rotoru v klidu, kdy tudíž na rotor působí největší magnetické síly a motor vyvozuje velký záběrný moment. Naproti tomu v rychle se otáčejícím rotoru se indukuje napětí zmenšující proud tekoucí do cívek rotoru a krouticí moment s rostoucími otáčkami klesá. Motor s touto momentovou charakteristikou snadno překonává proměnné zatížení. Animace © Motorola; Inc.

35. Stejnosměrný motor

Podle zapojení obou vinutí dělíme stejnosměrné motory

Motory s cizím buzením

Buzený motor má vinutí statoru a vinutí rotoru napájeno z nezávislého zdroje a nebo místo hlavních pólů s vinutím má stroj permanentní magnety.

36. Schéma motoru s cizím buzením

Motory s paralelním (derivačním) buzením

Budící vinutí hlavních pólů je zapojeno paralelné ke kotvě.

37. Schéma motoru s paralelní (derivačním) buzením

Motory s sériovým buzením

Budící vinutí hlavních pólů je zapojeno do série s kotvou.

38. Schéma motoru s sériovým buzením

Motory se smíšeným buzením

Na hlavních pólech je budící vinutí paralelní a sériové.

39. Schéma motoru se smíšeným buzením

Pro pohony v automatizaci mají nyní význam stejnosměrné motory s permanentními magnety. Další informace lze najít na stránkách firmy Uzimex PRAHA, nebo http://www.maxonmotor.com/.

Další informace naleznete v literatuře [11, 20, 27].

Synchronní motory

Základní vlastností synchronního motoru je shoda otáček rotoru s magnetickým polem statoru. Střídavý proud ve vinutí statoru (jedno nebo trojfázový) generuje statorové točivé magnetické pole. Rotor může být z permanentního magnetu se střídavě uspořádanými póly po obvodě nebo má vinutí napájené ze stejnosměrného zdroje (budiče) a tvoří elektromagnet.

Nabuzený synchronní motor se po přímém připojení na střídavou síť sám neroztočí. Trojfázový střídavý proud statoru vytvoří točivé magnetické pole, které se otáčí rychlostí danou frekvencí napájecí sítě a počtem pólů motoru. Rotorem, který stojí, prochází stejnosměrný proud a tedy budí stacionární magnetické pole. Vzájemným působením těchto dvou polí dochází k silovému působení pole statoru na pole rotoru. Orientace této síly se však mění s rychlostí otáčení točivého pole statoru. To znamená, že rotor synchronního motoru je vystaven střídavému působení tažné síly v opačných směrech. Rotor se tedy vzhledem ke své hmotě nemůže sám rozběhnout. Roztočí-li se však rotor na synchronní rychlost nebo alespoň na rychlost blízkou synchronní a připojí se následně k síti, bude se motor otáčet synchronní rychlostí i po odpojení rozběhového zařízení.

V posledním období s prudkým rozvojem výkonové elektroniky, který umožnil vznik nových typů elektrických pohonů, našly synchronní motory uplatnění v oblasti průmyslové automatizace a robotiky. Většinou jde o pohony menších výkonů ve kterých se používají tzv. krokové motory, synchronní motory s permanentními magnety a reluktanční motory. Animace © Motorola; Inc.

40. Synchronní motor

Krokové motory

Vzhledem k rozvoji číslicové techniky a s tím souvisejícího zpracování digitální informace se rozšiřuje užití tzv. krokových motorů, jejichž úhel natočení hřídele je dán počtem impulzů přivedených na řídicí vinutí. Charakteristickým znakem je proto nespojitý pohyb hřídele, daný úhlovými skoky = kroky, které jsou odezvou rotoru na jeden řídicí impulz.

41. Krokový motor

Princip krokového motoru

Proud procházející cívkou statoru vytvoří magnetické pole, které přitáhne opačný pól magnetu rotoru. Vhodným zapojováním cívek dosáhneme vytvoření rotujícího magnetického pole, které otáčí rotorem. Podle požadovaného kroutícího momentu, přesnosti nastavení polohy a přípustného odběru volíme některou z variant řízení. Kvůli přechodovým magnetickým jevům je omezena rychlost otáčení motoru a to na několik stovek kroků za sekundu (závisí na typu motoru a zatížení). Při překročení této maximální rychlosti (nebo při příliš velké zátěži) motory začínají ztrácet kroky.

Krokové motory s pasivním rotorem

Jsou označované jako reakční či reluktanční, protože rotor je opatřen výstupky (zuby), takže magnetický obvod motoru má po obvodu vzduchové mezery proměnnou magnetickou vodivost.

Krokové motory s aktivním rotorem

Obsahují magnetický aktivní část, tj budící vinutí nebo permanentní magnet, jehož póly mohou být uspořádány dvojím způsobem

s radiálně polarizovaným permanentním magnetem
s axiálně polarizovaným permanentním magnetem

Krokové motory s odvalujícím se rotorem

Jsou typické tím, že jejich vzduchová mezera je v jednom nebo několika místech nulová, čímž je minimalizován odpor magnetického obvodu a tím dosaženo při daném budícím proudu maximum indukce a krouticího momentu.

Krokové motory s pasivním rotorem

Na statoru je osm zubů (pólu). Na každém zubu je navinuta cívka, přičemž dvojice protilehlých cívek jsou spojeny do série a tvoří vždy jednu fázi (A, B, C, D). Rotor má na povrchu šest zubů bez vinutí. Šířka statorových i rotorových zubů ve vzduchové mezeře je stejná. Předpokládáme-li, že jeden pár pólů statoru je vybuzen, tj. např. fáze A, přitáhne nejbližší zuby rotoru tak, aby magnetický obvod měl minimální magnetický odpor a motor byl v magnetické klidové poloze. V této situaci se symetricky vlevo a vpravo od vybuzeného pólu nekryjí protilehlé páry rotorových zubů se statorovými postupně o 1/4 , 1/2, 3/4 zubové rozteče. Odpojením fáze A a nabuzení fáze B způsobí, že výslednice magnetického pole se pootočí do osy statorových zubů fáze B a rotor se pootočí tak, aby se nejbližší zuby sesouhlasily se statorovým polem do polohy s minimálním magnetickým odporem, tj. o čtvrtinu zubové rozteče. Vybuzením cívek C a D se analogicky rotor pootočí vždy o další čtvrtinu rozteče, takže po proběhnutí jednoho cyklu se rotor pootočí o jednu zubovou rozteč.

42. Krokový motor s pasivním rotorem

Krokové motory s aktivním rotorem s radiálně polarizovaným permanentním magnetem

Stator je navinut dvoufázově (počet pólů musí být dělitelný čtyřmi) tak, že ve vybuzeném stavu dané fáze se po obvodu střídají polarity. Rotor s permanentním magnetem má proti statoru poloviční počet pólů. Buzení statoru dvěma napětími fázově posunutými o 90° el. vyvolá pootočení rotoru o jednu rozteč statoru, přičemž jeho polaritou je jednoznačně definován smysl otáčení.

43. Krokový motor s aktivním rotorem

Metody řízení krokových motorů

Při unipolárním řízení po jedné fázi se budí v daném okamžiku právě jedna cívka. Motor s tímto buzením má nejmenší odběr, ale také poskytuje nejmenší kroutící moment. Při řízení po dvou fázích se budí současně dvě sousední fáze. Při tomto řízení získáváme vyšší kroutící moment oproti řízení jednofázovému. Oby způsoby se nazývají „čtyřtaktní“. Sloučením obou čtyřtaktních způsobů vznikne „osmitaktní“ řízení.

Při bipolárním řízení prochází proud vždy dvěma protilehlými cívkami. Ty jsou zapojené tak, že mají navzájem opačně orientované magnetické pole. Motor v tomto režimu poskytuje větší kroutící moment, ovšem za cenu vyšší spotřeby.

Další informace naleznete v literatuře [11, 20, 28].

Asynchronní motory

Princip činnosti asynchronního motoru je založen na vzájemném elektromagnetickém působení točivého magnetické pole statoru a proudů, vytvořených ve vinutí rotoru tímto magnetickým polem. Asynchronní motor je tedy založen na indukci napětí a proudů v rotoru a proto se také nazývá indukčním motorem. Točivé magnetické pole se u asynchronního motoru vytvoří ve vinutí statoru (pevná nepohyblivá část), které je nejčastěji provedeno jako trojfázové , kde vinutí jednotlivých fází jsou prostorově natočena o 120°.

44. Asynchronní motor

45. Asynchronní motor

Rozdělení asynchronních motoru

podle počtu fází

Jednofázové

Používají se pro pohony zařízení malých výkonů. Mezi takové patří například ventilátory, pračky, ledničky, atd.

Dvoufázové

Používají se v servomechanismech, kde se vystačí s výkonem do 100W.

46. Dvoufázový asynchronní motor

Trojfázové

podle provedení rotorového vinutí

s kotvou nakrátko

V drážkách rotoru jsou uloženy vodivé tyče, nejčastěji hliníkové, spojené na čelních stranách kruhy nakrátko.

47. Asynchronní motor s kotvou nakrátko

s kotvou kroužkovou

V drážkách rotoru je trojfázové vinutí z mědí spojené do hvězdy, jehož vývody jsou připojeny na tři kroužky nalisované stejně jako magnetický obvod rotoru na hřídeli stroje a ke kterým přiléhají pevně osazené kartáče umožňující vyvedení vinutí na svorkovnici stroje.

Další informace naleznete v literatuře [11, 20, 29].