Stejnosměrný motor s cizím buzením: princip, konstrukce a řízení

Tato práce byla ověřena naším učitelem: 23.01.2026 v 13:38

Typ úkolu: Slohová práce

Přidáno: 21.01.2026 v 9:36

Shrnutí:

Poznejte princip, konstrukci a řízení stejnosměrného motoru s cizím buzením a naučte se jeho stabilní provoz a nastavení otáček krok za krokem.

Stejnosměrný motor s cizím buzením – maturitní otázka č. 2/48

Úvod

Stejnosměrné motory tvoří již dlouhá desetiletí základ mnoha průmyslových odvětví a stále patří ke spolehlivým prostředkům pro převod elektrické energie na energii mechanickou. Jejich variabilita a možnosti řízení je na českých školách často demonstrována právě na typu s cizím buzením, který představuje zřetelný kontrast k motorům se sériovým nebo paralelním zapojením buzení. Některé provozy, například tramvajové vozovny nebo starší průmyslové podniky v ČR, stále využívají tyto motory díky jejich schopnosti udržet stabilní otáčky při změnách zátěže. V této eseji podrobně vysvětlím princip funkce stejnosměrného motoru s cizím buzením, jeho konstrukci, způsoby řízení otáček i metody elektrického brzdění, a přiblížím i praktické otázky provozu, údržby a konkrétních aplikací.

1. Princip fungování stejnosměrného motoru s cizím buzením

1.1 Základní konstrukční části

Každý stejnosměrný motor vychází z několika klíčových komponent. Srdcem motoru je rotor, nazývaný také kotva. Jeho cívek vinutí proudí stejnosměrný proud, který generuje podélné magnetické pole. V kotvě se tímto způsobem přeměňuje elektrická energie na mechanickou v podobě pohybového momentu.

Stator představuje magneticky vodivou část, jež je v případě cizího buzení napájena samostatným stejnosměrným zdrojem. Tím pádem není závislý na proudu procházejícím kotvou, což je zásadní rozdíl oproti motorům se sériovým buzením. Cizí buzení motoru poskytuje stabilní magnetické pole, jehož velikost a stabilita mají zásadní vliv na provozní vlastnosti celého stroje.

Charakteristickým prvkem stejnosměrných motorů je také komutátor. Jde o lamelový válec, na který dosedají kartáče z uhlíkového materiálu – tento mechanismus zajišťuje změnu směru proudu ve vinutí rotoru, čímž je umožněn rovnoměrný výkon a otáčení rotoru.

1.2 Provozní princip

Princip činnosti je založen na elektromagnetické síle. Při průchodu proudu kotvou, umístěnou v magnetickém poli statoru, vzniká síla, která dává vznik momentu otáčení. Důležitým aspektem u cizího buzení je, že velikost pole statoru může být volně nastavena nezávisle na provozu kotvy. Tím se dosahuje výrazně stabilnějších otáček i při kolísavém zatížení – například při rozjezdu nebo náhlé změně požadavku na výkon.

V českých výukových materiálech bývá často uváděn příklad jeřábu, kde je nutné jemné a přesné řízení pohybů – právě zde vynikne nezávislost otáček na zatížení díky samostatnému buzení.

2. Zapojení motoru s cizím buzením

2.1 Schéma zapojení: základní a detailní pohled

V základním schématu je patrné, že vinutí statoru (buzení) je napájeno nezávislým DC zdrojem, zatímco vinutí kotvy je připojeno ke svému vlastnímu zdroji napětí. Oba okruhy jsou tedy separátní. V praktickém zařízení lze najít odpor v obvodu buzení, který umožňuje jemně nastavovat velikost magnetického pole, případně brzdný rezistor v obvodu kotvy.

Mezi důležité prvky zapojení patří také vypínače, kterými lze oddělit buzení nebo kotvu, a pojistky pro základní ochranu. U některých strojů bývá součástí schématu také regulátor pro řízení otáček.

2.2 Specifické způsoby zapojení pro optimalizaci výkonu

U cizího buzení je jasně vymezena výhoda oddělení vinutí buzení a kotvy. Existují také hybridní řešení (složené buzení), typicky používané tam, kde je třeba kombinovat vlastnosti různých topologií – například při použití ve starších dobíjecích agregátech lokomotiv ČD. Paralelní či sériové zapojení vinutí zde nevyužívá svůj plný potenciál, protože zásadou je právě stabilní výkon a možnost plné regulace buzení nezávisle na zatížení.

3. Řízení úhlové rychlosti stejnosměrného motoru s cizím buzením

3.1 Regulace napájecího napětí kotvy

Jedním z nejčastějších způsobů řízení otáček tohoto typu motoru je změna napájecího napětí kotvy. Sníží-li se napětí, poklesnou otáčky, s výší napětí otáčky rostou. V moderních aplikacích (např. pásové dopravy ve sklárnách) se používají polovodičové měniče, například na bázi tyristorů nebo IGBT (využívané například ve firmě Siemens Mohelnice), které umožňují jemné řízení s vysokou účinností.

3.2 Variace buzení (budícím proudem)

Další cestou je změna proudu v buzení. S rostoucím budicím proudem stoupne magnetické pole a klesají otáčky (při jinak stálých podmínkách), což lze využít například v papírenských strojích pro jemné doladění chodu. Nutno však počítat s limity – dosáhne-li železné jádro nasycení, další zvyšování buzení již nemá praktický efekt, což je známý jev učiva druhého ročníku pražských průmyslových škol.

3.3 Vkládání rezistoru do obvodu kotvy (sériově s kotvou)

Tradičnější metoda, stále využívaná v některých starších provozech (typicky u točivých strojů ČKD), je vkládání rezistoru do série s kotvou. Tento rezistor snižuje proud kotvy, což vede ke snížení otáček, ale výrazně zvyšuje ztráty ve formě tepla. Nevýhodou je tak nižší účinnost a opotřebení rezistorů, avšak tato metoda může sloužit k přesné dočasné regulaci, například při spouštění motoru.

4. Elektrické brzdění stejnosměrného motoru s cizím buzením

4.1 Brzdění do rezistoru – dynamické brzdění

Při dynamickém brzdění je motor přepnut do generátorického režimu. Odpojí se napájení kotvy a ta se spojí přes odpor (tzv. brzdný rezistor), který přemění kinetickou energii rotující hmoty na teplo. Tento způsob je rychlý a často využívaný např. v textilním průmyslu (stavy v Třebíči) tam, kde je potřeba rychle zastavit pracovní stroj.

4.2 Brzdění rekuperací (regenerační brzdění)

Rekuperační brzdění je vyspělejší metoda, kdy se energie při brzdění neproměňuje v teplo, ale vrací se zpět do napájecího systému nebo do akumulátorů. Typickým příkladem z české praxe jsou tramvaje Škoda 15T v Praze, které při brzdění dobíjejí napájecí síť. Výhodou je úspora energie, ale je nezbytné, aby byla v daném okamžiku schopna sít tuto energii přijmout.

4.3 Porovnání metod brzdění

Dynamické brzdění je jednoduché, nákladově nenáročné, ale ztrátové. Regenerační metoda je ekologičtější a ekonomicky výhodnější, ale vyžaduje složitější řídicí elektroniku. Správná volba závisí na konkrétní aplikaci a požadavcích na životnost motoru i bezpečnost – proto jsou v provozech často kombinovány oba způsoby, včetně havarijního mechanického brzdění.

5. Praktické aspekty použití motoru s cizím buzením

5.1 Typické aplikace a omezení

Motory s cizím buzením se uplatňují v provozech, kde je potřebná stálá rychlost: dálkové dopravní pásy, obráběcí stroje (např. soustruhy TOS Hulín), výtahy nebo tramvaje. Nevhodné jsou tam, kde dochází k častým skokovým změnám zátěže, protože reakce systému buzení má určité zpoždění.

5.2 Údržba a diagnostika

Častou kontrolou musí procházet kartáče a komutátor – opotřebení vede ke ztrátě kontaktu a jiskření. Vinutí buzení je potřeba pravidelně přeměřovat – zejména na Praze-Smíchov byly v minulosti časté poruchy z důvodu vlhkosti ve strojovně. Diagnostika zahrnuje i sledování teploty vinutí a hlučnosti, což často pomáhá předejít vážné poruše. Preventivní údržba prodlužuje životnost strojů až o desítky procent.

Závěr

Stejnosměrný motor s cizím buzením je strojem, jehož přednosti vyniknou zejména v aplikacích náročných na přesné řízení otáček. Jeho konstrukce umožňuje nezávisle měnit magnetické pole a proud v kotvě, což přispívá ke stabilitě a širokému rozsahu regulace. Správná volba metody řízení a brzdění, stejně jako pečlivá údržba, je klíčem k jeho dlouhodobému a efektivnímu provozu. Současné trendy směřují k plné elektronizaci řízení a integraci rekuperačních systémů do pohonů, což rozšiřuje možnosti použití těchto klasických strojů i v moderních podmínkách. Pro studenty elektrotechnických škol zůstává stejnosměrný motor s cizím buzením základním kamenem poznání nejen historických, ale i aktuálních technických řešení.

---

Doplňky – ukázka výpočtu otáček

Definice otáček: n = (U − I_Ra) / (k * Φ)

kde: - n – otáčky (min⁻¹) - U – napětí na kotvě (V) - I – proud kotvy (A) - Ra – odpor kotvy (Ω) - Φ – magnetický tok (Wb) - k – konstrukční konstanta motoru

Z uvedených vztahů je vidět závislost otáček na napětí a magnetickém toku, což tvoří základ pro řízení a optimalizaci provozu.

---

Přestože s rozvojem moderních střídavých pohonů začíná role stejnosměrných motorů ustupovat, ve specifických nasazeních je jejich znalost i dnes důležitou výbavou každého absolventa technické školy.

Ukázkové otázky

Odpovědi připravil náš učitel

Jaký je princip stejnosměrného motoru s cizím buzením?

Princip je založen na přeměně elektrické energie v mechanickou díky nezávislému napájení statoru, které zajišťuje stabilní magnetické pole.

Jaká je konstrukce stejnosměrného motoru s cizím buzením?

Motor obsahuje rotor (kotvu), samostatně napájený stator, komutátor a uhlíkové kartáče pro změnu směru proudu ve vinutí.

Jaké jsou výhody řízení stejnosměrného motoru s cizím buzením?

Nezávislé buzení statoru umožňuje stabilní otáčky motoru i při proměnlivém zatížení, což je vhodné pro přesné aplikace.

V čem se liší stejnosměrný motor s cizím buzením od sériového motoru?

U cizího buzení je vinutí statoru napájeno samostatně, na rozdíl od sériového motoru, kde buzení a kotva sdílejí stejný proud.

Jak se reguluje otáčky stejnosměrného motoru s cizím buzením?

Otáčky se řídí změnou napětí kotvy nebo proudu buzení; moderně jsou používány polovodičové měniče.

Napiš za mě slohovou práci

Tagi:#elektrotechnika #stejnosmernysilnik #vyuka