W-07_Silnik_Pr_Przemien.doc

(1351 KB) Pobierz

Rozdział 3

SILNIKI ELEKTRYCZNE PRĄDU PRZEMIENNEGO

UKŁADY NAPĘDOWE

7.1. Trójfazowy silnik asynchroniczny z wirnikiem pierścieniowym

7.1.1. Konstrukcja

Rys.2.22. Uzwojenie stojana: a) rozmieszczenie uzwojenia, b) tabliczka zaciskowa przy połączeniu w ,

c) tabliczka zaciskowa przy połączeniu w D

Rys.2.23. Uzwojenie wirnika

2.5.2. Zasada działania

Rys.2.24. Pole magnetyczne wirujące w stojanie silnika trójfazowego: a) trzy cewki w układzie symetrycznym zasilane symetrycznym prądem trójfazowym, b) wykres wektorowy indukcji pola magnetycznego

(2.53)

. (2.54)
Składowe skalarne x oraz y tego wektora wypadkowego są następujące:

(2.55)

(2.56)
(2.57)
Zatem w każdej chwili czasu t współrzędne wektora wypadkowego indukcji magnetycznej spełniają równanie okręgu

. (2.58)

„Wypadkowe pole magnetyczne układu trzech cewek, rozmieszczonych w przestrzeni jedna względem drugiej o kąt 1200 i zasilanych symetrycznym prądem trójfazowym, jest polem wirującym kołowym, którego wektor indukcji o amplitudzie wiruje z prędkością kątową w”.

Prędkość obrotowa pola wirującego, tzw. prędkość synchroniczna, zależy zatem od częstotliwości prądu w stojanie f1 i liczby par biegunów uzwojenia stojana p

. (2.59)

Wirujące pole magnetyczne indukuje w uzwojeniu wirnika siłę elektromotoryczną E2 = B l v (v jest względną prędkością ruchu przewodu względem strumienia magnetycznego), która powoduje przepływ prądu w wirniku. Wskutek wzajemnego oddziaływania między tym prądem a wirującym polem magnetycznym powstaje siła mechaniczna F = B l I2. Na każdą parę przewodów z prądem działa para sił F, tworząca moment obrotowy, starający się obrócić wirnik w kierunku wirowania pola magnetycznego. Moment ten jest różny od zera aż do chwili, w której prędkość obrotowa wirnika zrówna się z prędkością synchroniczną. Wtedy prędkość względna v=0 i przestają płynąć prądy indukowane w uzwojeniu wirnika. Aby zatem na wirnik działał moment obrotowy, musi się on obracać z prędkością mniejszą od synchronicznej, czyli asynchronicznie.

Różnicę między prędkością obrotową pola wirującego a prędkością n wirnika, odniesioną do prędkości synchronicznej ns, nazywa się poślizgiem silnika asynchronicznego

. (2.60)

. (2.61)

Rys.2.25. Zakresy pracy maszyny asynchronicznej

. (2.62)

Dla zatrzymanego wirnika (n=0) częstotliwość f2 = f1,

. . (2.64)

2.5.5. Moment obrotowy

, (2.98)

gdzie . (2.99)

Rys.2.28. Charakterystyka momentu elektromagnetycznego maszyny asynchronicznej w funkcji poślizgu

Dla pewnej wartości poślizgu zwanego poślizgiem krytycznym moment ma wartość maksymalną. Rozwiązując równanie otrzymuje się

. (2.100)

Wtedy moment krytyczny wynosi

. (2.101)

Przy poślizgu s=1 (n=0) silnik rozwija moment rozruchowy Mr

. (2.102)

Dzieląc stronami wzory (2.98) i (2.101) otrzymuje się zależność zwaną wzorem Klossa

. (2.103)

Rys.2.29. Zależność M = f(n) maszyny asynchronicznej

(2.104)

nazywany jest przeciążalnością mechaniczną (w praktyce od 1,7 ÷ 3).

Właściwości silnika asynchronicznego określa się na podstawie tzw. charakterystyk roboczych otrzymywanych doświadczalnie z pomiarów w czasie prób obciążenia silnika. Są to zależności prędkości obrotowej n, prądu I1,cosj1, sprawności h oraz poślizgu s od użytecznej mocy mechanicznej oddawanej na wale silnika (rys.2.30).

Rys.2.30. Charakterystyki robocze trójfazowego silnika asynchronicznego

3.3.3. Rozruch silnika asynchronicznego pierścieniowego

Moment rozruchowy osiąga wartość maksymalną Mr = Mk, gdy sk = 1, tzn. gdy R2 + Rd = X20 + Xd. Zachodzi to oczywiście przy prądzie maksymalnym I2k (dla silników pierścieniowych I2k/I20 = 7 ¸ 8). Zadaniem rozrusznika jest ograniczenie tego prądu.

Rys.3.11.Układ rozrusznika oporowego

Rys.3.12. Rozruch silnika asynchronicznego: a) schemat połączeń, b) zmiany momentu obrotowego, c) zmiany prądu wirnika

3.4.3. Regulacja prędkości obrotowej silnika asynchronicznego pierścieniowego

. (3.50)

Zmiana liczby par biegunów

Różne liczby par biegunów otrzymuje się przez przełączanie jednego uzwojenia lub przez zastosowanie kilku uzwojeń. W praktyce, ze względu na skomplikowaną konstrukcję maszyny, sposób ten stosowany jest stosunkowo rzadko.

Sterowanie częstotliwościowe

Rys.3.25. Charakterystyki mechaniczne przy zespolonym sterowaniu częstotliwością i napięciem

Zmiana poślizgu

Prędkość wirowania pola magnetycznego nie ulega zmianie, zmienia się jedynie poślizg wirnika względem pola magnetycznego. Zmianę poślizgu uzyskuje się dwoma sposobami: zmieniając napięcie zasilające stojan oraz zmieniając rezystancję lub reaktancję w obwodzie wirnika.

a) Zmiana napięcia zasilającego

Rys.3.26. Charakterystyki mechaniczne przy sterowaniu napięciowym

b) Rezystancje lub reaktancje dodatkowe w obwodzie wirnika

Rys.3.27. Rezystancje dodatkowe w obwodzie wirnika: a) schemat połączeń, b) charakterystyki mechaniczne przy powiększeniu rezystancji obwodu wirnika

3.5.3. Hamowanie silnika asynchronicznego pierścieniowego

Hamowanie nadsynchroniczne (prądnicowe)

Pracę prądnicową silnika można uzyskać przez zmniejszenie częstotliwości zasilania przy potencjalnym momencie obciążenia oraz przez przełączenie liczby biegunów na większą ich liczbę.

Hamowanie przeciwprądowe

Rys.3.34. Charakterystyki hamowania przeciwprądem silnika asynchronicznego

Hamowanie prądem stałym (dynamiczne)

Silnik odłącza się od sieci prądu przemiennego, a stojan wzbudza się prądem stałym. Sposób ten szczególnie nadaje się do szybkiego zatrzymania napędu.

Hamowanie jednofazowe

Maszynę zasila się z sieci jednofazowo. Sposób ten stosuje się w napędach dźwigowych w zakresie podsynchronicznych prędkości obrotowych.

2.6. Trójfazowy silnik asynchroniczny z wirnikiem klatkowym

2.6.1. Konstrukcja