SILNIK RELUKTANCYJNY 1-FAZOWY Z ROZRUCHEM ASYNCHRONICZNYM

Transkrypt

1 Zeszyty Problemowe Maszyy Elektrycze r 77/ Tadeusz Glika BOBRME Komel, Katowice SILIK RELUKTACYJY 1-FAZOY Z ROZRUCHEM ASYCHROICZYM RELUCTACE OE-PHASE MOTOR ITH ASYCHROOUS START-UP Abstract: Electrical machies with assymmetrical electrical ad magetic circuits have bee researched for over 1 years ad literature of this subject is pletiful. These machies iclude reluctace motors with asychroous start-up. These motors are usually used i those drive systems, where it is ecesary to maitai the rotatig speed at a give or costat level. The advatage of this type of motor lies i asychroous start-up ad costat speed operatio. Usig electromagetic circuit of the motor of mechaical size 8-4B with asychroous ad later o reluctace rotor, series of tests were ru. The results of start-up courses ad sychroous characteristics durig three-phase ad oe-phase supply are preseted curves i diagrams (Figs.3 to 6) ad oscillograms of start-up curret (Figs, 7 to 9), respectively. The compariso of motor parameters for two differet rotors ad two differet types of supply are show i Fig.1 ad set out i Table 1. The reluctace motor exhibits worse start-up parameters ad durig sychroous operatios its idle-ru curret is greater, which results i decrease of of power factor cos ϕ ad motor efficiecy. Low efficiecy, low power factor, high idle-ru curret ad twice as high power cosumptio i oe-phase reluctace motor this total is sufficiet to disqualify this type of motor for practical use. stęp Maszyy elektrycze z iesymetryczymi obwodami: elektryczym i magetyczym są przedmiotem badań od 1 lat. Literatura a ich temat jest bardzo bogata. podręczikach akademickich poświęca się im specjale rozdziały [1, 2, 11], są także przedmiotem rozpraw doktorskich i habilitacyjych [9], publikacji aukowych [6, 7, 8, 1] i aukowo techiczych [3, 4, 5]. ymieioa literatura ma ilustrować zarówo długą historię badań ad tymi silikami jak i zaczący wkład uczoych polskich, w szczególości Szkoły Krakowskiej twórcami której byli profesorowie ł. Kołek i A. Puchała. Zacząca większość realizowaych badań dotyczy silików idukcyjych zasilaych 1-fazowo, a główym ich celem jest uzyskaie silika idukcyjego 1-fazowego o parametrach i charakterystykach elektromechaiczych porówywalych z silikami 3-fazowymi o tej samej wielkości mechaiczej. Maszyy reluktacyje przy pracy asychroiczej (stay rozruchowe przy zasilaiu bezpośredim z sieci elektroeergetyczej) ależą także do tej grupy maszy. Siliki relukacyje z rozruchem asychroiczym są obecie produkowae z uzwojeiem symetryczym 3-fazowym, w o- parciu o obwód elektromagetyczy silików idukcyjych [3, 4, 5, 12]. Moc zamioowa silików reluktacyjych ie przekracza zwykle kilku kilowatów. tym zakresie mocy po- wszechie są stosowae także siliki idukcyje 1-fazowe. ydaje się zatem możliwe i celowe opracowaie i produkowaie silików reluktacyjych 1-fazowych z rozruchem asychroiczym. szeregu przypadkach, gdy kłopotliwe jest istalowaie sieci elektroeergetyczej 3-fazowej, moża zastosować w u- kładzie apędowym, wymagającym stałej sychroiczej prędkości obrotowej, silik reluktacyjy 1-fazowy. Obwód elektromagetyczy silika idukcyjego 1-fazowego różi się od obwodu elektromagetyczego silika idukcyjego 3-fazowego tej samej wielkości mechaiczej. Różice dotyczą zarówo wykrojów blachy jak i daych awojowych. Celem artykułu jest przedstawieie możliwości kostrukcji i produkcji silików jedofazowych z wirikiem reluktacyjym a bazie produkowaych silików 1-fazowych. Badaia zostały jedak przeprowadzoe a obwodzie elektromagetyczym silika 3-fazowego wielkości mechaiczej 8-4B, gdyż dla tego silika autor dyspoował wirikami reluktacyjymi z klatką rozruchową. Obwód elektromagetyczy silika reluktacyjego jest zbudoway blachach, których wykroje przedstawioo a rys.1. czasie zalewaia pakietu blach wirika alumiium, formowae są rówocześie pierścieie zwierające uzwojeia wirika (3, 4) i ewetualie

2 264 Zeszyty Problemowe Maszyy Elektrycze r 77/27 łopatki wetylatora. Taki wirik determiuje własości silika idukcyjego sychroizowaego mometem reluktacyjym. Rys. 1. Przekrój poprzeczy obwodu magetyczego silika idukcyjego reluktacyjego: 1- blacha wirika, 2 - blacha stojaa, 3 i 4 - małe i duże żłobki wirika, 7- zęby stojaa a staowisku badawczym silik był sprzęgięty z prądicą sychroiczą z magesami trwałymi. Badaia obejmowały rejestrację prądów i apięć podczas rozruchu oraz pomiar podstawowych charakterystyk silika: - z wirikiem klatkowym asychroiczym, - z wirikiem reluktacyjym, przy zasilaiu apięciem 3-fazowym i apięciem 1-fazowym. ariaty pracy badaego silika ramach tej pracy przeprowadzoo badaia, które moża zakwalifikować jako badaia rozpozawcze. Realizując pracę ie dyspoowao silikami jedofazowymi z wirikami reluktacyjymi. iriki reluktacyje, które były dostępe, to były wiriki silików trójfazowych, a ich średica jest ia iż średica wewętrza stojaa silika jedofazowego. Z tego powodu pomiary laboratoryje były wykoywae a siliku trójfazowym w dwóch wariatach zasilaia: apięciem trójfazowym i jedofazowym. Badaie te miały a celu zaobserwowaie ile wyosi momet reluktacyjy silika jedofazowego w stosuku do silika 3-fazowego. Baday silik 8-4B w każdym wariacie był sprzęgięty z prądicą sychroiczą z magesami trwałymi. Do zacisków prądicy podłączoy był prostowik trójfazowy z wyjściem stałoprądowym. Obciążeie rezystacyje było podłączoe do wyjścia prostowika, co dawało rówomiere obciążeie wszystkich faz prądicy. Silik był zasilay bezpośredio z sieci apięciem 3-fazowym 4V lub 1-fazowym 23V. Zasilaie jedofazowe zastało podzieloe a dwa wariaty: rozruch i praca, było to koiecze, gdyż w wariacie praca (bez kodesatora) silik ie dokoywał rozruchu. wariacie rozruch, metodą prób, dobrao kodesator według kryterium ajmiejszego prądu rozruchowego w fazie pomociczej, co uzyskao przy pojemości C = 24,2 µf. Ze względu a duży prąd występujący w fazie kodesatorowej podczas ormalej pracy, gdy silik uzyskał prędkość sychroiczą, pojemość była odłączaa. Schemat układu pomiarowego przedstawioo a rys.2. R A S V Robc T A V Rys. 2. Schemat układu pomiarowego

3 Zeszyty Problemowe Maszyy Elektrycze r 77/ yiki pomiarów: prędkości obrotowej, sprawości i cosφ silika idukcyjego z wirikiem asychroiczym przy zasilaiu 3-fazowym przedstawioo a rys.3, a przy zasilaiu 1-fazowym a rys.4. Podobie a rys. 5 i rys.6 przedstawioo te same parametry silika z wirikiem reluktacyjym przy zasilaiu 3-fazowym i 1-fazowym.,8,,8,7,6,5,4,3,2, ,7 15,5 1 1,5 2,,6,5, Rys. 6. Charakterystyki elektromechaicze silika reluktacyjego zasilaego 1-fazowo,3 5,2, Rys. 3. Charakterystyki elektromechaicze silika idukcyjego przy zasilaiu 3-fazowym,8 15,,7,6,5,4,3,2,1,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 Rys. 4. Charakterystyki elektromechaicze silika asychroiczego zasilaego 1-fazowym Rys. 7. Przebiegi prądu i apięcia w czasie rozruchu silika idukcyjego przy zasilaiu 3-fazowym, wartość prądu rozruchowego wyosi około 11A Przy zasilaiu 1-fazowym rozruch silika odbywał się przy załączoym kodesatorze rozruchowym, a po rozruchu kodesator wyłączao. Prąd rozruchowy I r = 9A, a po rozruchu i wyłączeiu kodesatora I = 2A.,8 15,7,6 125,5 1,,4 75,3 5,2, Rys. 5. Charakterystyki elektromechaicze silika reluktacyjego przy zasilaiu 3-fazowym a rysukach 7 i 8 przedstawioo oscylogramy apięcia i prądu rozruchowego silika idukcyjego z wirikiem asychroiczym przy zasilaiu 3-fazowym (rys.7) i przy zasilaiu 1-fazowym (rys.8). 25 Rys. 8. Przebiegi prądu i apięcia w czasie rozruchu silika idukcyjego przy zasilaiu 1-fazowym i załączoym kodesatorze rozruchowym, wartość prądu rozruchowego wyosi około 9A Rejestracja I oraz U w fazie pomociczej przy włączoym i wyłączoym w obwód kodesatorze rozruchowym. Przy prędkości rówej zero apięcie fazy rozruchowej U = 185V, a w końcowej fazie rozruch ok. 5V, atomiast prąd w fazie rozruchowej wyosił 8A, a w końcowej

4 266 Zeszyty Problemowe Maszyy Elektrycze r 77/27 3,5 A. Po wymiaie wirika asychroiczego a reluktacyjy, silik poddao badaiom. Badao rozruch silika i sta pracy ustaloej aż do wypadięcia z sychroizmu. Schemat pomiarowy jest taki sam jak w przypadku silika trójfazowego z wirikiem klatkowym asychroiczym (rys.2). Rozruch silika trójfazowego z wirikiem reluktacyjym. Prąd rozruchowy I 1 = 1A rys.9. Rys.9. Przebiegi prądu i apięcia w czasie rozruchu silika reluktacyjego przy. zasilaiu 3-fazowym, wartość prądu rozruchowego wyosi około 1A Silik z wirikiem reluktacyjym i zasilaiu 1-fazowym przy włączoym kodesatorze w fazę pomociczą, ie umożliwiał rozruchu. rozruch wykoywao w układzie 3-fazowym, a po rozruchu odłączao zasilaie dwóch faz i zasilao tylko jedą fazę. ie było zatem możliwości zarejestrowaia prądu rozruchowego. a rysuku 1 przedstawioo zbiorcze charakterystyki mometu w fukcji prędkości obrotowej 4-ech badaych wariatów silika. Dodatkowo aiesioo charakterystykę katalogową silika 1-fazowego SEh-8-4B. Momet maksymaly sychroiczy silika SEh oceioo z proporcji mometów maksymalych silika SEh i silika 3-fazowego zasilaego 1-fazowo Rys. 1. Charakterystyki mechaicze silików wielkości mechaiczej 8-5B: 1-3-fazowego idukcyjego; 2-3-fazowego reluktacyjego; 3- zasilaego 1-fazowo; 4- silika SEh z kodesatorem 2µF, 45V; 5- silika SEh reluktacyjego z kodesatorem 2µF, 45V ioski Siliki idukcyje sychroizowae mometem reluktacyjym (ASMR) są ajczęściej stosowae w układach apędowych, gdzie zachodzi potrzeba utrzymaia stałej lub ściśle określoej prędkości obrotowej urządzeia apędzaego, a w apędach grupowych, pracujących a wspóly układ mechaiczy, wymagaa jest taka sama prędkość wszystkich silików apędowych. Dlatego do zalet tegoż silika moża zaliczyć: - pracę przy stałej sychroiczej prędkości obrotowej, którą zapewia momet reluktacyjy, - rozruch asychroiczy i samoczye wpadaie w sychroizm. Z przeprowadzoych pomiarów silika wielkości mechaiczej 8-4B z wirikiem asychroiczym i reluktacyjym wyika, że silik przy wiriku asychroiczym osiąga wyższą sprawość, zarówo przy zasilaiu 3-fazowym jak i 1-fazowym. Porówaie parametrów silika przy dwóch wirikach i dwóch wariatach zasilaia podao w tabeli 1. Tabela silik połączeie M [ m] Mmax [ m] P [k] reluktacyjy 3-fazowy 3,5 6,3,55 2,42 1,9,47,61 asychroiczy 3-fazowy 5,15 16,75 2 1,2,73,75 reluktacyjy 1-fazowy 1, 1,5,157 3,8 3,5,52,35 asychroiczy 1-fazowy 1,7 3,9, ,4,62,45 asych. SEh 2 µf 5,2 9,4,75 4,8 3,,95,7 relu. SEh 2 µf 1,2 2,1,19 2,8 2,7,6,5 I [A] I o [A] cosφ

5 Zeszyty Problemowe Maszyy Elektrycze r 77/ tabeli 1 podao parametry katalogowe silika SEh z wirikiem asychroiczym i oszacowae parametry silika SEh z wirikiem reluktacyjym. siliku reluktacyjym jest większy prąd biegu jałowego, co powoduje zmiejszeie cos ϕ, a w efekcie zwiększeie strat mocy czyej i zmiejszeia sprawości. iska sprawość, mały współczyik mocy, duży prąd jałowy, dwukrotie większy pobór mocy przy tym samym obciążeiu w siliku reluktacyjym 1-fazowym, to zbyt wiele wad by moża było go polecać do zastosowaia. Literatura [1]. Bajorek Z.: Teoria maszy elektryczych cz. II ydawictwo uczeliae Politechiki Rzeszowskiej Rzeszów 1976r [2]. Dubicki B.: Maszyy elektrycze. Siliki idukcyje, P arszawa 1964r. [3]. Glika T., Jakubiec M., ieczorek A.: Silik asychroiczy sychroizoway mometem reluktacyjym. iadomości Elektrotechicze. r 2/21 [4]. Gąsiorowski T., ieczorek A.: Siliki reluktacyje sychroicze - alteratywa apędu z układem sprzężeia zwrotego. Maszyy Elektrycze. Zeszyty Problemowe BOBRME Komel, 62/ 21. [5]. Glika T., Jakubiec M., Rossa R.: Siliki sychroicze o rozruchu asychroiczym Zeszyty Problemowe BOBRME Komel, 68/24. [6]. Kołek., Puchała A.: Die Ermittlug der Grezfälle ichtsymmetrischer Belastug vo Trasformatorem Soderruck aus isseschaftliche Zeitschrift der Elektrotechik, Bad 1, Heft 2. Jui [7]. Kołek., Puchała A.: Aaliza staów ieustaloych iesymetryczych maszyy asychroiczej. Archiwum Elektrotechiki, Zeszyt 1, 1958r. [8]. Machlarz R: Aaliza wpływu struktury geometryczej wirika a pulsacje mometu obrotowego w sychroiczym siliku reluktacyjym. Materiały koferecyje SME, Kazimierz Doly 1997r. [9]. Michalski S.: Badaie silików jedofazowych z kodesatorem pracy. Rozprawa doktorska, Gliwice 1984r. [1]. Puchała A., achta B.: Aaliza iesymetryczego układu elektroeergetyczego za pomocą pojęcia trasmitacji apięciowej. Rozprawy Elektrotechicze. Zeszyt 4, 1968r. [11]. Важнов А. И.: Электрические машины. ЭНЕРГИЯ Ленинградское отделение. 1968г. [12]. Stroa iteretowa: