Stručně o elektromotorech

Elektromotory mohou být poháněny proudem stejnosměrným nebo střídavým. Elektrárny však vyrábějí a dodávají u nás jen proud střídavý, který si spotřebitelé někdy usměrněním mění v proud stejnosměrný.

Motory na střídavý proud jsou levnější než motory na proud stejnosměrný, obsluha je snadnější. Jejich nedostatkem je, že u nich nemůžeme snadno měnit počet otáček. Pro obráběcí a jiné stroje však často potřebujeme plynulou regulaci otáček, jíž dosáhneme nejsnadněji stejnosměrným motorem.

Stejnosměrné motory jsou sice až dvakrát dražší než stejně silné motory střídavé, ale zvýšený náklad často opět ušetříme na strojích, protože stačí jednoduché převodovky, zlepší se využití strojů, jejichž pracovní rychlosti můžeme měnit podle potřeby.

Před volbou motoru je třeba rozhodnout, jaký elektromotor stroj potřebuje, čili jaké má mít vlastnosti.

Stejnosměrný motor může být: derivační (má stálé otáčky, je vhodný pro obráběcí stroje, dobře se řídí počet otáček); sériový (rozbíhá se velkým záběrovým momentem, je vhodný např. pro elektrické dráhy); kompaundní (spojuje výhody obou předešlých).

Motory na trojfázový proud jsou většinou asynchronní. Jejich rotor se netočí současně čili synchronně s magnetickým polem, běží o skluz, tj. o 1 až 5 % otáček pomaleji, zpožďuje se. Mohou být s kotvou nakrátko nebo s kotvou kroužkovou.

Motor s kotvou nakrátko je jednoduchý, nejlacinější ze všech elektromotorů, s nejlepší účinností. Při změnách zatížení se jeho otáčky skoro nemění. Je to univerzální motor pro dílnu zásobovanou trojfázovým proudem. Zabírá málo místa, nevyžaduje skoro obsluhy, je bezpečný. Nevýhodou je, že při spouštění vniká do motoru velký nárazový proud. Tomu může zabránit přepínač YD, jímž se spouští motor nakrátko zapojený do hvězdy a teprve po rozběhu se přepne do trojúhelníku. Tohoto přepínače se používá ve strojírenských závodech pro motory asi do jmenovitého výkonu 20 kW, jinde však velmi zřídka poněvadž přepínač snižuje pracovní spolehlivost. Ve stavebnictví, v hutích, v dolech aj. používáme motorů nakrátko až do výkonů přes 1000 kW, při nízkém napětí do několika set kW. Je ovšem nutno učinit jistá opatření pro rozběh.

Motor s kotvou kroužkovou je vhodný tam, kde spouštěním při plném záběrovém momentu nesmí příliš stoupnout proud. Umožní měkký rozběh i při velkých odporech (u lisů, nůžek, jeřábů aj.), i přepínání (změnu směru otáček) třeba tisíckrát za hodinu při řezání závitů tím, že se do obvodu rotoru zapojí trvalý odpor, který zachytí mimo motor teplo vznikající při rozbíhání a zapojuje motor jakoby s kotvou nakrátko. Nevýhody proti motoru nakrátko: je dražší, větší, obtížněji se spouští, vyžaduje více obsluhy.

Otáčky asynchronních motorů se sice mohou v menší míře měnit zapínáním odporů do obvodu rotoru, čímž zvětšíme skluz; je to však nehospodárné, protože i při nízkých otáčkách odebíráme ze sítě plný výkon a jeho přebytky ničíme v odporu. Tak se ztrácejí ročně velká množství energie. Hrubě po stupních, nejčastěji v poměru 1:2, regulujeme otáčky změnami (přepínáním) počtu pólů, je-li na to motor zařízen.

Počet pólů motoru……. 2 4 6 8 12

synchronní otáčky

motoru za min…………3000 1500 1000 750 500
Čím menší má zvolený motor otáčky, tím více musí mít pólů; je tedy motor s malými otáčkami dražší. Motor 5,5 kW otevřený kroužkový o 8 pólech je asi o 50 % těžší než motor o 4 pólech. Proto se často vyplatí místo pomalých motorů rychlé motory; ale hned se u motoru upraví ozubený převod do pomala (reduktor). Motor s větším počtem pólů má při spouštění menší proudový náraz, ale má horší účinnost i účiník.

Jiné způsoby regulace otáček jsou složitější nebo vyžadují speciální motory (motor komutátorový aj.).

Přetížení elektromotoru

Motor je již tak konstruován, aby snášel stálé plné zatížení a nezahříval se. Je-li motor jen chvílemi zatížen a má pak čas se ochladit, může dávat i větší výkon než při stálém plném zatížení. Někdy bývá na motoru udáno, o kolik může být tento výkon větší. Používá se přitom tzv. relativní doby, v %, po kterou byl motor zapjat.

Relativní doba % = doba plného zatížení x 100 : [doba plného zatížení + přestávky, odlehčení].

Relativní doba bývá 12, 25 a 40 %. Menší motory s 15% relativní dobou snesou zvětšení výkonu o 40 %, s 25 % r.d. o 30 % a se 40 % r.d. o 20 %. U větších motorů může být přetížení ještě větší. Podle předpisů ESČ musí motor snést přetížení o 25 % jmenovitého výkonu po 30 minut a hned potom ještě 50 % přetížení po 1 minutu. Doba v minutách, po kterou by motor dosáhl nejvyšší přípustné teploty, kdyby se vůbec neochlazoval, se jmenuje časová konstanta motoru, a závisí na hmotě a ochlazování stroje. Čím je hmota menší, tím rychleji se zahřeje, tím menší je časová konstanta. Rovněž čím menší je chlazení, tím menší je časová konstanta. U moderních motorů s umělou ventilací je časová konstanta malá, asi 30 min (stroj je lehký). Trojfázový motor dosáhne ustálené teploty teprve asi za 90 minut.

Za normálního chodu se může motor přetížit tak, že na několik minut odbírá 150 % normálního proudu (nárazově až 200 %), ale normální napětí musí být dodrženo. Zásadou je, aby se motor příliš nezahříval. Bylo předepsáno, o kolik stupňů může stoupnout jeho teplota. Podle druhu izolace pohybují se tyto hodnoty mezi 50 ^oC (papír, bavlna), až 120 ^oC (azbestové minerální izolace); naše předpisy dovolují zahřátí motorů na 95 ^oC. Známe-li potřebný výkon motoru, nesmíme volit menší typ, motor by se mohl v provozu spálit. Větší typ motoru můžeme volit bez obavy, že se motor poškodí, ale zhoršujeme tím hospodárnost (účinnost a účiník).

Teplota motoru při přetížení se nemůže měřit rukou; tu se vždy zdá, že motor příliš hřeje, 95 ^oC je již vysoká teplota. Zpravidla se měří teploměrem vsunutým na přístupných místech do vinutí a izolovaným vatou. Mezi vinutí a kuličku teploměru se natlačí staniol (lepší převod tepla).

Konstrukční provedení elektromotorů

Provedení elektrických strojů točivých podle krytí a chlazení stanoví norma ČSN 35 0001, tvary těchto strojů norma ČSN 35 0002, platná od 1. 4. 1958. Většina motorů v praxi je provedena podle normy ČSN-ESČ 217-1949, která platila do té doby. Podle provedení jsou motory:

polochráněné (v suchých místnostech, v nichž chladicí vzduch neobsahuje prach a malá cizí tělesa, ani škodlivé plyny);

chráněné (v suchých místnostech, kde chladicí vzduch může obsahovat malá cizí tělesa);

polokryté (v místnostech, kde kape voda, např. v čerpacích stanicích, v nichž chladicí vzduch neobsahuje prach, ani drobná cizí tělesa, ani škodlivé plyny);

kryté (v těchže místnostech jako polokryté, jenže se v nich může vyskytovat i dešťová voda);

s přívodem vzduchu (v místnostech suchých, ale příliš teplých; při stálém provozu v místnostech prašných s odpadky, s dešťovou vodou nebo se škodlivými plyny, jako v textilních továrnách, v mlýnech, v cukrovarech aj.);

s odvodem vzduchu (v místnostech s čistým vzduchem, kde vadí oteplených vzduch z motoru, jako v chladírnách);

s přívodem a odvodem vzduchu (v místnostech, kde se motor musí chránit, i když stojí, v místnostech příliš teplých, prašných, se stříkající vodou, se škodlivými plyny, do nichž se nesmí vyfukovat vzduch (např. aby se nevířil, jako v přádelnách);

zavřené (jen pro malé výkony v místnostech, do nichž se nehodí motor s přívodem a odvodem vzduchu, poněvadž by se nedal provést vzduchovod nebo by byl příliš nákladný);

s povrchovým chlazením (takřka vždycky, zvláště místo provedení zavřeného, při větších výkonech a venku);

nevýbušné, popř. ohňotěsné motory mají speciální závěr (do prachu, aby kryty nepropouštěly prach, pevný, kdy kryty motoru vydrží vnitřní výbuch a zabrání jeho přenesení do okolí;

olejový, kdy zařízení je v izolačním oleji; větraný, kdy vnitřek motoru pod kryty se větrá čerstvým vzduchem).

Zavřené provedení F (s chlazením přirozeným Fa; s chlazením vlastním jednoduchým Fb, s přívodem a odvodem vzduchu Fe, s oběhem vzduchu Ff, povrchovým Fg; s chlazením cizím s přívodem a odvodem vzduchu Fe 1, s oběhem vzduchu Ff 1; povrchovým Fg 1; povrchovým s chlazením tekutinou Fh, plynem Fi.

Málo užívaná provedení jsou značena kurzívou, obvyklá provedení normálním písmem, nejčastěji užívaná provedení (D, E, F) tučně. Asynchronní motory nakrátko do 15 kW podle normy ČSN-ESČ 26-1947 mají být v provedení polokrytém Db; motory s rotorem kroužkovým v provedení polochráněném Bb.

Automatické vypínače vypínají při přetížení teprve tehdy, když se zahřeje motor, ne hned při proudovém nárazu, který motor snese. Musí však chránit i před zkratem (příliš velký proud). Poněvadž by tu tepelný vypínač pracoval příliš pomalu, jsou na všech pólech ještě elektromagnetické vypínače pracující okamžitě. U motorů nakrátko jsou nastaveny na sedminásobný až desetinásobný proud a vypnou se okamžitě při nesprávném spouštění motoru (je-li např. motor kroužkový spouštěn nakrátko).