Mi a különbség a szinkron és az aszinkron motor között?

A Kandó Automatika Intézete mutatkozik be a kar Bécsi úti campusán, az idei hármas jubileumhoz kapcsolódva. Idén 150 éve született az Óbudai Egyetem villamosmérnöki karának névadója, Kandó Kálmán, 120 éve indult el az oktatás az első magyar műszaki főiskolán, a Mechanikai és Órásipari Szakiskolában, valamint 50 éve alakult meg a jogelőd, a Kandó Kálmán Villamosipari Műszaki Főiskola.

A Peresztegi Sándor címzetes egyetemi docens által megálmodott kiállításon az Automatika Intézetben oktatott és művelt tudományágakat mutatják be a múlt, a jelen és a jövő eszközei és irányai segítségével.

Az érdeklődők a villamos gépekről, a villamos méréstechnikáról, az autóelektronikáról, a teljesítményelektronikáról és a villamos hajtásokról láthatnak számos érdekességet. Az alábbiakban röviden összefoglaljuk a tudnivalókat az öt területről.

Kiderül például, mire használjuk a szinkron és az aszinkron gépeket, mi tartozik az elektronikus üzemanyag-befecskendezéshez és mik azok az inverterek.

Villamos gépek

Villamos gépeknek négy gépen neveznek: a transzformátort, a szinkron gépet, az aszinkron gépet és az egyenáramú gépet. Eközül három forgógép, és egy nem forgó, a transzformátor.

Az egyik szokásos felosztás szerint villamos alapgépeknek a transzformátor, a szinkron gép, és az aszinkron gép háromfázisú változatait nevezzük.

Az egyenáramú alapgépek csoportjába az elektromágneses gerjesztésű egyenáramú gépeket soroljuk, különböző elrendezésű (soros, sönt, vegyes gerjesztés) változatokkal.

Az egyéb, a fentiektől eltérő villamos és konstrukciós változatokat különleges villamos gépeknek nevezzük.

Transzfomátor

A nagyteljesítményű, háromfázisú transzformátorokat az erőművekben megtermelt villamos energia szállítási és elosztási folyamatában alkalmazzák.

Az egyéb, adott esetben kisteljesítményű transzformátorokat sok helyen megtaláljuk, például lakossági energiaellátó transzformátorokként, műszerek táp transzformátoraként, jelátvivő transzformátorként.

Szinkron gép

A nagyteljesítményű szinkron generátorokat erőművekben villamos energia előállítására használják.

A speciális állandómágnesű szinkron motorokat pedig, villamos robotokban, autókban kormány szervomotorként, elektromos autókban, buszokban hajtómotorként alkalmazzák a többi között.

Aszinkron gép

A háromfázisú aszinkron motor az ipar legszélesebben alkalmazott villamos motorja, sokféle feladat megoldására.

Frekvencia átalakítóval (inverter) szerelt változatait megtaláljuk a villamos vontatásban (villamos, metró, mozdony) hajtómotorként, ugyanakkor az elektromos autó egyik változatának hajtó motorja (például a Tesla cég autóié).

Az egyfázisú változatokat háztartási és barkácscélokra, valamint egyéb speciális feladatokra használják.

Egyenáramú gép

A hagyományos egyenáramú gépek alkalmazása jelentősen visszaszorult.

A speciális, elsősorban állandó mágnesű változata az autóiparban nagy sorozatban gyártott és felhasznált (ablaktörlő motor, ablakemelő motor, ventilátor motor), de megtaláljuk a számítógép hűtőventilátoraként is, mint kefe nélküli egyenáramú motort.

Az egyéb speciális változatot (univerzális motor), kézi szerszámgépekben (fúrógép, sarokcsiszoló, motoros fűrész, stb.) és háztartási gépekben (porszívó motor, mixer motorok) alkalmazzák.

Villamos méréstechnika

Napjainkban a villamos mérőműszerek már nem csak a tudományos kutatók eszközei, hanem a mindennapi élet valamennyi területén nélkülözhetetlenek. A mérési módszerek ismerete és a mérőeszközök alkalmazása elengedhetetlen a gyártás, a minőségellenőrzés, az üzemeltetés, a karbantartás és a javítás során. A műszerek jelenléte azonban kevés. Azokat megfelelő módon, megfelelő körülmények között, rendeltetésszerűen kell használni. Ezért kell ismerni a műszerek felépítését, működését és alkalmazását azoknak a szakembereknek, akik mindennapi munkájukat ezekkel végzik. Persze a méréstechnika több, mint műszerhasználat. Az eszközök használata előtt mérési módszert kell választani, a mérést követően pedig ki kell értékelni az eredményeket.

A mérés során a mérni kívánt jellemzőt összehasonlítjuk egy ugyanolyan jellegű mennyiséggel (ezt mértékegységnek nevezzük). Tágabb értelemben mérést végzünk akkor is, ha csak összehasonlítunk azonos jellegű mennyiségeket, például megállapítjuk, hogy " ez a fa nagyobb, mint a másik". Mérésünk eredménye egy szám - a mérőszám - és a mértékegység szorzata. Nélkülözhetetlen tehát a mértékegységek biztos ismerete az eredményes mérési munkához.

A mérési eszközeink pontatlansága, a választott mérési módszer tökéletlensége, valamint a mérést befolyásoló tényezők miatt azonban a mért érték nem egyezik meg sem a helyes értékkel: mérési hiba keletkezik. A mérési hiba felismerése, értékének és hatásának figyelembe vétele a mérést végző szakember feladata és felelőssége.

A villamos mérőműszereket többféle szempont szerint csoportosíthatjuk. Felépítésűk szerint lehetnek elektromechanikus vagy elektronikus, a mérési elv szerint analóg vagy digitális, műszerek.

Az elektromechanikus műszerek villamos mennyiségek mérésére alkalmas mechanikus szerkezetek, az elektronikus műszerek alapvetően korszerű elektronikai alkatrészeket, illetve funkcionális egységeket tartalmaznak.

Azanalóg műszerek a mérendő mennyiséget velük arányos, számunkra jól érzékelhető másik analóg jellé alakítják át. A fizikai jellemző kismértékű megváltozását a mérőműszer követi, sok esetben azonban a kijelzőn a változást nem lehet érzékelni.

Adigitális műszereknél a mérés során számlálás történik, azaz a mérendő fizikai jelet a műszer számlálható mennyiséggé alakítja át, és a mérést számlálásként végzi el. A digitális műszerekben ehhez általában az eredmény számjegyes formában való megjelenítése társul.

Az elmúlt időszakban az elektronikus műszerek, s ezek közül is a digitális műszerek számos területen háttérbe szorították az analóg műszereket. Sokhelyütt azonban, például azokon a területeken, ahol a mért értékek változásának jellegét akarjuk megfigyelni, továbbra is nélkülözhetetlenek az analóg műszerek.

Autóelektronika

Az autóelektronika magában foglalja a korszerű közúti járművekben alkalmazott, elektronikusan irányított rendszerek felépítését, működését és diagnosztikáját.

Főbb tématerületei az elektronikus gyújtási rendszerek, az elektronikus üzemanyag befecskendezés, a motorirányító rendszerek, az elektronikus dízel befecskendező rendszerek, az elektronikus menetstabilizáló rendszerek, a vezetőt támogató rendszerek és a korszerű világítási rendszerek.

Az elektronikus gyújtási rendszerekhez soroljuk az induktív és kapacitív gyújtási rendszereket, a zárásszögvezérlést és primeráram szabályozást, valamint az elektronikus előgyújtás vezérlést és kopogásmentes gyújtásszabályozást.

Az elektronikus üzemanyag-befecskendezés részei a levegőmennyiség mérésén alapuló rendszerek, a szívócsőnyomás mérésén alapuló módszerek és a keverékösszetétel-szabályozás.

A motorirányító rendszerek része a szekvenciális befecskendezés, az elosztó nélküli gyújtásrendszerek, az elektronikus gázpedál rendszerek, a kipufogógáz visszavezetés, a tartályszellőztetés és az alapjárat állítási módszerek.

Az elektronikus dízel befecskendező rendszerekhez tartozik a dízeladagolás elmélete, az idő- és résvezérléses rendszerek, az adagoló-porlasztós rendszerek, a közös nyomásterű rendszerek és a dízelmotorok kipufogógáz utánkezelése.

Az elektronikus menetstabilizáló rendszerekhez soroljuk a blokkolásgátló (ABS) rendszereket, a kipörgésgátló (ASR) rendszereket és a komplex menetstabilizáló rendszereket (ESP).

A vezetőt támogató rendszerek része a parkolási asszisztens, a sávfigyelő asszisztens, a sávtartó asszisztens, az adaptív sebesség-szabályozás és a távolsági fény asszisztens.

Végül a korszerű világítási rendszerekhez tartoznak a gázkisüléses világítási rendszerek és a LED-es világítási rendszerek.

Teljesítményelektronika

A teljesítményelektronika a villamos energia jellemzőit alakítja át adott cél érdekében kapcsolóüzemű félvezetők segítségével. A kapcsolóüzemű félvezetők alkalmazása a jó hatásfok (93-98%) eléréséhez szükséges. Önmagában a teljesítményelektronika magában foglalja a kapcsolóüzemű főáramkört, annak vezérlésére, szabályozására szolgáló információelektronikai részt az elemi önvezérlőtől a legmagasabb szintű kontrollerekig, beleértve a működtető szoftvereket, érzékelőket.

A legtöbb teljesítményelektronikai eszköz több alapáramkör együttese. A főbb alapáramkörök az egyenirányítók, a váltóirányítók (inverterek), az egyen-egyen átalakítók, a váltó-váltó átalakítók, szigeteletlenül vagy szigetelve. A kapcsolási frekvencia növelése sok száz kHz vagy néhány MHz tartományba jelentős méretcsökkenést eredményezhet.

Az alábbiakban példákat mutatunk a teljesítményelektronika néhány kiemelt területére és néhány összetett eszköz is bemutatunk.

A hálózati kommutációs vezéreletlen (diódás), vagy vezérelt (tirisztoros, tranzisztoros) egyenirányítók hálózati táplálással állítanak elő egyenfeszültséget és áramot. Természetesen más váltakozófeszültségű forrásnál is alkalmazhatók. Tranzisztoros eszközzel lehetséges a fázisjavítós (PFC) üzemmód is.

Inverterekállítják elő az UPS-ek kimeneti feszültségét, szolgálhatnak váltakozó áramú motorhajtásra, beleértve a gépek, berendezések hajtásait, autók, mozdonyok hajtásait, napelemes rendszerekből hálózatba visszatáplálásra, alkalmazzák röntgen berendezésekben, energiaátvitelben, kompaktfénycsövekben. A táplálásuk történhet hálózati egyenirányítással, akkumulátorról, napelemről.

Az egyen-egyen átalakítók szigetelés nélkül vagy szigetelve állítanak elő egyenfeszültségből és áramból más szintű kimeneti feszültséget és áramot. A korszerű szigetelt megoldások általában nagyfrekvenciás invertálást, transzformálást és egyenirányítást alkalmaznak a kis méret és gyors szabályozhatóság eléréséhez.

A váltó-váltó átalakítók legtöbbször a hálózati feszültség effektív értékét csökkentve szabályozzák a fogyasztó teljesítményét, például háztartási gépeknél, aszinkron motorok indításánál, régebben izzószálas világításszabályozásnál, fűtésszabályozásnál.

Egyenáramú tápegységektáplálhatják közvetlenül a fogyasztót, például akkumulátortöltés, LED meghajtás, egyenáramú motorhajtás, galvanizálás, vagy szolgálhatnak további elektronikus eszközök táplálására. A táplálás történhet hálózatról, akkumulátorról, vagy napelemről is. Egy hálózati táplálású egyenáramú tápegység tipikus felépítése: egyenirányító - szigetelt nagyfrekvenciás egyen-egyen átalakító a szükséges szűrésekkel, szabályozásokkal.

Egy korszerű inverteres röntgen berendezésfelépítése: a bemenetén többnyire hálózati háromfázisú diódás egyenirányító - szűrések - lágy kapcsolású (mentes a kapcsolási veszteségektől) nagyfrekvenciás inverter - transzformátor - nagyfeszültségű egyenirányító - röntgen cső.

Akkumulátoros egyenáramú moped hajtás felépítése: akkumulátor - egyenáramú hídkapcsolású szaggató (alkalmas visszatáplálásra is) - egyenáramú motor vagy kefe nélküli (brushless) motor a szükséges áramirányítóval.

Villamos hajtások

Egy villamos hajtás legfontosabb részei a mechanikai rendszer, a mozgatást végző villamos gép (motor), a motort vezérlő teljesítményelektronika, a szabályozott jellemzőt mérő érzékelők, valamint a szabályozó áramkör.

A felhasználás szempontjából egy adott technológiai munkafolyamat megvalósítása a cél, a meghajtó motor (végrehajtó szerv) kiválasztását a mechanikai rendszer igényei szabják meg. A visszacsatolt szabályozó rendszerekben leggyakrabban használt végrehajtó szervek az egyenáramú motorok, elektronikus kommutációjú motorok, frekvenciaváltóról táplált szinkron és aszinkron motorok. Egy teljesítményelektronikai készülék (mint beavatkozó szerv) alakítja át a szabályozó erősítő kimeneti jelét a motor meghajtására alkalmas teljesítményű és formájú jellé. A motorokat működtető tipikus teljesítményelektronikai átalakítók a hálózati kommutációs áramirányítók, a tranzisztoros- és tirisztoros szaggatók és az inverterek.

A szabályozott hajtások fordulatszámának és áramának vagy egyéb szabályozott jellemzőjének időbeli alakulását a hajtásszabályozó áramkörökkel befolyásoljuk. Néhány általánosan alkalmazott szabályozott jellemző a fordulatszám, a nyomaték, a pozíció a húzóerő, a leadott (mechanikai) teljesítmény (csévélő hajtások); a nyomás, a folyadékszint (vízműves alkalmazások). A szabályozáshoz szükséges ellenőrző jeleket érzékelők, vagy távadók szolgáltatják.

Hajtási síknegyedek

A villamos gép tengelyén megjelenő nyomatékés szögsebességirányától függően négyféle üzemállapot lehetséges. Ezeket a lehetséges állapotokat és a köztük lévő váltásokat a hajtás villamos és mechanikai tervezésekor figyelembe kell venni. Ennek megfelelően egy, két és négy negyedes hajtásokról beszélhetünk.

Amikor a villamos gép mechanikai energiát állít elő villamos energia felhasználásával, akkor motorról beszélünk. Ez az I. és III. negyed, amikor a mozgás és nyomaték iránya megegyező. Amikor a villamos gép a mechanikai energiát használja fel, akkor féküzemről beszélünk. Ez a II. és IV. negyed.

Fékezési módok

Egy hajtás esetén legtöbbször a következő fékezési módszereket alkalmazzuk: a rendszer mozgási energiáját a mechanikus fékek a súrlódás révén hővé alakítják, dinamikus fékezés esetén a fékező gép az energiát egy terhelő ellenállásban hővé alakítja, a visszatápláló fékezés esetén a fékező gép generátorként üzemel és a mechanikai energiát visszatáplálja a villamos hálózatba. Egy különleges módja a fékezésnek, amikor a villamos gép mind a mechanikai, mind a villamos oldalról teljesítményt vesz fel. Ilyenkor ellenáramú fékezésről beszélünk.

 

A tárlat támogatói

Kiemelt Támogatók

Power Quattro Egyesült Teljesítményelektronikai Zrt.

1161 Budapest János u. 175.

A PowerQuattro Zrt. teljesítményelektronikai ágazata áramirányítók fejlesztésével és gyártásával foglalkozik kiemelkedő szinten. Magas minőségi és megbízhatósági követelményeknek megfelelő, professzionális sorozatgyártású berendezések, áramirányító modulok felhasználásával felépített rendszerek, vagy egyedi tervezésű berendezések gyártója.

 

Liker Motors Kft.

5510 Dévaványa, Kisújszállási u.12.

Villamos gépek gyártásával, javításával és egyedi gépek tervezésével foglalkoznak.

 

OBO Bettermann Kft.

2347 Bugyi, Alsóráda 2.

Az OBO Bettermann 40 leányvállalattal világszerte 60 országban képviselteti magát. Kínálata 30 ezer terméket fog át a villamos szereléstechnika területén.

 

AMC Europe Kft.

2045 Törökbálint, Csiri u. 13.

Advanced Motion Controls

USA honlap: www.a-m-c.com

Európai honlap: www.amce.hu

A cég fejleszt és gyárt és forgalmaz analóg és digitális szervóhajtásokat. A digitális hajtások mindegyike konfigurálható DC brush, DC brushless, AC brushless és Induction szervomotorok hajtására.

 

Óbudai Egyetem Központi Egység

Réger Mihály rektor és Gáti József a kezdetektől támogatta a tárlat létrehozását. Ugyanakkor a központi keretből anyagi támogatást is kaptunk.

 

További fontos támogatók

Vilodent Plusz Kft.

1196 Budapest, Jókai u. 234., fsz. 3

Tevékenységi kör: a villamos energia iparhoz kapcsolódó tervezés, szakértési feladatok végzése. Az energetikai biztonságtechnikához kapcsolódó szakképzés.

 

Greatz Kft.

6725 Szeged, Kálvária sugárút 87.

Villamos gépek javításával foglalkoznak.

 

Konthaelektro Kft.

1082 Budapest, Üllői út 68.

Tevékenységi kör: elektronikai alkatrészek forgalmazása.

 

Grundfos Magyarország Gyártó Kft.

2800 Tatabánya, Búzavirág u.14.

Tevékenységi kör: villamos motorok gyártása különböző Grundfos gyártmányú szivattyúkhoz.

 

Robert Bosch Kft.

1103 Budapest, Gyömrői u. 120.

A Bosch csoport különböző technológiák és szolgáltatások vezető nemzetközi szállítója. A gépjármű- és ipari technológia, valamint a fogyasztási cikkek és az épület-technológia terén kiemelkedő.

 

Evosoft Hungary Kft.

1117 Budapest, Kaposvár u. 14-18.

Az Evosoft Hungary Kft. hazánk egyik meghatározó informatikai vállalata. Világszínvonalú szoftvertermékek fejlesztése, ipari automatizálás-technika, a hajtástechnika, az elektromos autók, az orvostechnika, a vasúti és az energetikai automatizálás terén.