Elektra Wszystko!!!!.doc

Opracowanie pytań na Elektrę II

1.       Budowa silników asynchronicznych.

Wytworzone przez uzwojenia stojana wirujące pole magnetyczne obraca się wokół nieruchomego wirnika. W wyniku przecinania przez to pole prętów klatki wirnika, indukuje się w nich napięcie (stąd nazwa ”silnik indukcyjny”) i zaczyna płynąć w nich prąd.(patrz zjawisko indukcji elektromagnetycznej). Przepływ prądu w polu magnetycznym powoduje powstanie siły elektrodynamicznej (patrz zjawisko powstawania siły elektrodynamicznej) działającej stycznie do obwodu wirnika, a zatem powstaje także moment elektromagnetyczny. Jeżeli wartość tego momentu jest większa od wartości momentu obciążenia, to wirnik rusza i zaczyna zwiększać swoja prędkość obrotową. Zwiększanie prędkości wirnika, powoduje że pręty jego klatki przecinane są przez pole magnetyczne z coraz mniejszą prędkością, co skutkuje zmniejszeniem wartości indukowanej siły elektromotorycznej i spadkiem wartość prądu płynącego w prętach klatki, a zatem spada również wartość momentu elektromagnetycznego. Jeżeli moment ten spadnie do wartości równej momentowi obciążenia, wirnik przestanie przyspieszać i dalej będzie poruszał się ze stałą prędkością.

2. Przekrój poprzeczny silnika jednofazowego asynchronicznego. (c)

AD.2               Prędkość synchroniczna jest to prędkość wirowania pola magnetycznego powstającego w stojanie silnika prądu przemiennego, dla silników synchronicznych jest to prędkość jaką rozwija silnik.

Prąd trójfazowy o częstotliwości „f1” płynący w trójfazowym uzwojeniu stojana o „p” parach biegunów wytwarza pole magnetyczne wirujące względem stajana z prędkością synchroniczną „n1”:

Częstotliwość f2 z jaka pole wirujące przecina uzwojenie obracającego się wirnika

wyrazi się wzorem:

Prędkość obrotowa wirnika:

Poślizg:

Pole wirnika wiruje względem stojana z prędkością synchroniczną, czyli jest nieruchome względem pola stojana niezależnie od prędkości obrotowej maszyny. Pola magnetyczne stojana i wirnika tworzą jedno wspólne pole, które indukują w stojanie i w wirniku siły elektromotoryczne.

3.               Narysować i opisać charakterystykę mechaniczną silnika asynchronicznego trójfazowego klatkowego.

Charakterystyka mechaniczna silnika indukcyjnego ukazuje zależność momentu na jego wale od prędkości obrotowej silnika. Prędkość obrotową silnika asynchronicznego można wyrazić za pomocą poślizgu.

M = f(n,s) U = const.

Charakterystykę mechaniczną silnika można wyrazić za pomocą następującego wzoru:

M  - moment silnika
Mm - moment krytyczny silnika
s - poślizg
sm - poślizg krytyczny

4.      Opisać zmianę poślizgu krytycznego w silniku pierścieniowym.

Z powyższej zależności wynika, że poślizg krytyczny jest funkcją rezystancji wirnika i reaktancji i rozproszenia stojana i wirnika. Dołączając dodatkowe rezystancje zmieniamy przebieg charakterystyki mechanicznej silnika w taki sposób, że zmienia się wartość poślizgu krytycznego Sb z zachowaniem stałej wartości momentu krytycznego. Można wnioskować, że przebieg charakterystyki mechanicznej w miarę zmniejszania częstotliwości przy spełnieniu Mb = const. Poślizg będzie się zwiększał a charakt będzie bardziej elastyczna.

5.      Wyjaśnić wpływ zmiany napięcia zasilania na charakterystykę mechaniczną silnika trójfazowego i jednofazowego na przykładzie przełącznika gwiazda-trójkąt.

6.      Wyprowadzić wzór na prędkość pola stojana i wirnika.

Prędkość pola stojana       

Prędkość wirnika (mechaniczna)   (1-s)         s=     s<1,0>

p- liczba par biegunów

f- częstotliwość

s- poślizg

7.      Wyprowadzić wzór na moment silnika zależny od prądu i rezystancji wirnika (moment rozruchowy).

8.      Wyznaczyć wartość poślizgu, dla którego moment jest maksymalny:

Do wyznaczenia poślizgu dla którego moment będzie maxymalny musimy zbadać pochodną momentu po poślizgu. ekstremum funkcji , moment będzie maxymalny

Moment maksymalny będzie dla poślizgu równego jest to poślizg krytyczny

Rz – rezystancja wirnika

- reaktancja rozproszenia wirnika i stojana

9.      Przedstawić zależność na moment silnika w funkcji napięcia zasilającego.

U1, E1 =const               U=const               f=const

Napięcie zbyt niskie – moment rozruchu zbyt mały

Moment rozruchu dostatecznie mały - prąd rozruchu mały – spadek napięcia mały – obciążenie sieci małe.

10.  Opisać przejście z charakterystyki silnikowej na prądnicową.

Siły mechaniczne działające na przewody twornika powodują powstanie momentu elektromagnetycznego Me, którego kierunek jest zależny od rodzaju pracy maszyny prądnicowej lub silnikowej. Prz pracy prądnicowej moment Me skierowany jest przeciwnie do kierunku wirowania i w związku z tym do wału prądnicy należy dostarczyć energii mechanicznej (poprzez silnik napędowy), która w prądnicy zamieniana jest na energię elektryczną. Przy pracy silnikowej natomiast moment elektromagnetyczny Me ma kierunek zgodny z kierunkiem wirowania, jest wiec momentem napędowym, pod wpływem, którego energia elektryczna jest zamieniana na energię mechaniczną, dostarczaną przez silnik napędowy maszynie roboczej.

11.  Zdefiniować poślizg dodatni i ujemny (łącząc z pracą silnika).

W silniku elektrycznym asynchronicznym poślizg opisuje różnicę między prędkością obrotową wirnika n a prędkością synchroniczną ns(prędkość wirowania pola magnetycznego), wynikającą z liczby par biegunów i częstotliwości prądu zasilającego:

Poślizg silnika przy znamionowym obciążeniu zwykle waha się w granicach 1,0 do 10% i jest tym mniejszy, im większa jest znamionowa moc silnika. Gdy wirnik jest nieruchomy, poślizg jest równy 1(100%). Na biegu jałowym silnika (występuje tylko moment tarcia w łożyskach i moment oporów powietrza) poślizg jest bardzo mały i wynosi 0,5 – 1%.

Poślizg dodatni występuje dla pracy silnikowej, natomiast poślizg ujemny dla pracy generatorowej.

12.  Nawrót i hamowanie przeciwprądem (warunek na poślizg).

Hamowanie to polega na zmianie kierunku obrotów pola wirującego silnika. Zmianę tę dokonujemy przez przełączenie dwóch dowolnych faz uzwojenia stojana. Po zmianie kierunku pola wirującego poślizg będzie wynosił:

Ponieważ prędkość obrotowa wirnika n jest w przybliżeniu równa n1, a przy hamowaniu maleje, więc w czasie hamowania poślizg będzie zawarty w granicach:  2 > s > 1

Nawrót silnika – zmiana kierunku obrotów.

13.  Narysować podstawowe charakterystyki silnika przy sterowaniu częstotliwością.

f=Var

u/f =const             

im większa f tym tym większa impedancja układu – oraz straty cieplne

Częstotliwość zasilania wpływa na prędkość wirowania pola magnetycznego wytwarzanego w stojanie, czyli na prędkość synchroniczną silnika. Zmieniając jej wartość możemy płynnie zmieniać prędkość silnika w zakresie od postoju do prędkości nawet przekraczającej prędkość znamionową.(przekraczając prędkość znamionową trzeba wziąć pod uwagę wytrzymałość mechaniczną silnika i wytrzymałość elektryczną izolacji). Jeżeli zmiana częstotliwości odbywa się przy stałej wartości napięcia zasilania, powoduje to niepożądaną zmianę wartości strumienia (wzrost częstotliwości powoduje spadek wartości strumienia), co niekorzystnie wpływa na generowany przez silnik moment obrotowy. Dlatego jeżeli wymagana jest stała wartość momentu na wale, zmianom częstotliwości powinny odpowiadać proporcjonalne zmiany napięcia zasilającego (stosunek U/f=const)

- regulacja przeprowadzona w sposób ciągły zapewnia płynna regulacje prędkości obrotowej,

- pozwala na regulacje prędkości obrotowej w szerokim zakresie > ni2 1:20 („w górę”

i „w dół” od znamionowej prędkości obrotowej),

- znajduje zastosowanie w silnikach szybko-obrotowych, stosowanych w obrabiarkach

do drewna, szlifierkach, polerkach itp.,

- wymaga stosowania złożonych układów elektronicznych zwanych przetwornicami częstotliwości.

14.  Jak zmienia się relaktancja uzwojenia silnika przy zmianie częstotliwości napięcia zasilającego. ???????????????????????

15.  Podstawowy model matematyczny silnika prądu stałego w odmianie obcowzbudnej i szeregowej prądu stałego.

W silniku szeregowym uzwojenie biegunów jest połączone szeregowo z twornikiem. Z sieci silnik pobiera prąd I który jest prądem wzbudzenia i twornika

I=Im=It

W silniku bocznikowym uzwojenie wzbudzenia jest przyłączone równolegle do sieci, do obwodu twornika. Prąd z sieci dzieli się na prąd twornika i wzbudzenia: I=Im+It

Najszersze praktyczne zastosowanie ze względu na stały wzrost momentu do prądu twornika

16.  Narysować charakterystyki mechaniczne silnika bocznika.

17.  Narysować charakterystyki silnika szeregowego.

W silnikach szeregowych uzwojenie wzbudzenia jest połączone szeregowo z uzwojeniem twornika. Oznacza to, że w maszynach tych prąd pobierany z sieci jest jednocześnie prądem twornika i prądem wzbudzenia (I=It=If).

T - moment elektromagnetyczny wprawiający wirnik w ruch obrotowy

Zależność n=f(T) dla silnika szeregowego

Charakterystyki robocze silnika szeregowego prądu stałego

- moc pobrana przez silnik z sieci:     , 

- moc oddana przez silnik (na wale):  ,

- sprawność:                   

18.  Narysować, podać, wyjaśnić różnicę w przebiegu charakterystyki zewnętrznej prądnicy samowzbudnej i obcowzbudnej. Podać definicję prądu zwarcia.

Charakterystyki przedstawiają napięcie na zaciskach prądnicy w funkcji obciążenia (U=f(It)) przy stłej prędkości obrotowej wirnika n=const.

Różnice:

*Dla prądnicy samowzbudnej charakterystyka przedstawia przebieg przy stałej rezystancji Rf obwodu wzbudzenia. Prąd magnesujący będzie się zmniejszał, wraz ze zmniejszeniem się napięcia U na zaciskach.

*Dla prądnicy obcowzbudnej charakterystyka przedstawia przebieg przy stałym napięciu obwodu wzbudzenia, a więc jest stale niezależne od prądu obciążenia napięcia zasilania uzwojenia wzbudzenia, co powoduje bardziej sztywne charakterystyki zewnętrzne.

Prąd zwarcia – prąd o wartości większej niż znamionowa, powstały w wyniku połączenia ze sobą bezpośrednio przewodów o różnych potencjałach np. dla prądnicy połączenie 3 faz.

19.  Narysować i opisać charakterystykę regulacyjną.

Charakterystyka regulacyjna jest to zależność If=f(It) przy U=const. i n=const. Daje odpowiedz , jak należy zmieniać prąd wzbudzenia, aby przy zmieniającym się obciążeniu utrzymać stabilne obroty silnika.

20.  Narysować charakterystykę dla biegunów wydatnych - moment reluktancyjny.

Moment reluktancyjny jest jedynym momentem siły jaki występuje silnikach typu reluktancyjnego, to który pomimo braku wzbudzenia pojawia się wskutek dynamicznego działania pola magnetycznego na element asymetryczny magnetycznie.

Moment reluktancyjny powstaje w wyniku współdziałania prądu płynącego w uzwojeniu wirnika ze stojanem o kątowej zmienności reluktancji.

]

21.  Jak doprowadza się do synchronizacji z siecią zasilającą silnik synchroniczny?

Silnik synchroniczny to silnik, w którym prędkość wirowania wirnika jest synchroniczna z prędkością wirowania pola magnetycznego.

prędkość synchroniczna - prędkość wirowania pola magnetycznego powstającego w stojanie silnika prądu przemiennego, dla silników synchronicznych jest to prędkość jaką rozwija silnik

Prędkość maszyny synchronicznej jest stała i niezależna od obciążenia oraz napięcia zasilającego. Zmianę kierunku wirowania silnika uzyskuje się przez zamianę połączenie dwóch przewodów po stronie zasilania. Jeżeli wzbudnicą jest maszyna prądu stałego samowzbudna, osadzona na wale silnika lub z nim sprzęgnięta, to przy zmianie kierunku wirowania należy także odpowiednio zmienić połączenia wzbudnicy.

Każda maszyna synchroniczna przed podłączeniem do sieci musi zostać poddana procesowi synchronizacji. Jest to niezbędne do uniknięcia dużych skoków napięć i wahań prądów wyrównawczych, mogących spowodować uszkodzenie maszyny i sieci. Proces synchronizacji może my podzielić na dwa rodzaje : synchronizację i samosynchronizację.

Synchronizacja polega na doprowadzenia maszyny do stanu, w którym chwilowe wartość napięcia na zaciskach maszyny i sieci energetycznej były równe. Jeżeli zachowany jest sinusoidalny kształt napięć warunki synchronizacji zapewnia się poprzez spełnienie następujących wymagań:
• wartości skuteczne napięć prądnicy i sieci powinny być równe
• częstotliwości napięć powinny być równe
• kolejność faz napięć w prądnicy i sieci powinna być zgodna
...