BADANIA SILNIKA SZEREGOWEGO BEZKOMUTATOROWEGO

Transkrypt

1 Maciej BADANIA SILNIKA SZEREGOWEGO BEZKOMUTATOROWEGO STRESZCZENIE szeregowego bezkomutatorowego CLSM (Commutatorless Series Motor) ze wzbudzeniem elektromagnetycznym. Przedstawiono parametry i charakterystyki maszyny przy zasilaniu z sieci oraz przy zasilaniu z elektronicznego. Silnik ze sterowaniem tworzy nowatorsk konstrukcj na- cznego trakcyjnego o mocy 5 kw. Konstrukcja projektowanej -4B. silnik synchroniczny, silnik szeregowy bezkomutatorowy Silnik bezkomutatorowy szeregowy CLSM (Commutatorless Series Motor) jest., jak w przypadku na jako, - pojazdu. Zasilanie silnika dem sposobu sterowania, bezkomutatorowego szeregowego jest twornika. d m.bogumil@iel.waw.pl Instytut Elektrotechniki,, Warszawa PRACE INSTYTUTU ELEKTROTECHNIKI, zeszyt 263, 2013

2 68 Silnik trójfazowej maszyny synchronicznej; obwodu elektromagnetycznego wzbudzenia maszyny; ;. obecne fizycznie i sta- Konstrukcja projektowanej maszyny opiera typu SUDg132M-4B, w którym trójfazowe uzwojenie wirnika uzwojeniem wzbudzenia, guny utajone), tak, jak w typowej maszynie synchronicznej z wirnikiem cylindrycznym. D z M = f (n). stawiony w tym artykule silnik szeregowy bezkomutatorowy CLSM (Commutatorless Series Motor). u naukowców indyjskich z Indian Institute of Technology w Kharagpur [4-6]. Publi- ze wzbudzeniem elektronicznych (rys. 1a, b) oraz metody ich sterowania. a) Zasilanie trójfazowe b) Prostownik trójfazowy Zasilanie trójfazowe Prostownik trójfazowy + + C C Sterowanie Sterowanie e e M Uzwojenie wzbudzenia Maszyna synchroniczna Czujnik M Uzwojenie wzbudzenia Maszyna synchroniczna Czujnik Uzwojenie wzbudzenia - r Halla, enkodera). W porównaniu do silnika synchronicznego z klasycznym zasilaniem, silnik CLSM chowanie w stanach dynamicznych Rys. 1. Schemat elektryczny silnikiem szeregowym: a) tranzystorowy; b) tyrystorowy

3 69 podobne do szeregowego silnika Natomiast w porównaniu z silnikiem indukcyjnym, dów komutacyjnych, etc. [4]. maszyny synchronicznej o mocy P = 5 kw, zasilanej z sieci trójfazowej i wzbudzanej z obcego Badana maszyna (rys. 1). Zatem przy pracy znamionowej dowej. Próby wykonano przy zasilaniu skuteczne w uzwojeniu wzbudzenia I f oraz twornika I. Takie parametry pracy przy cos =1 Badania wykonano klasycznymi metodami opisanymi w literaturze [2, 3]. pomiarowy pokazano na rysunku 2. Wyniki pomiarów przedstawiono w tabeli 1. 3x400V Regulator indukcyjny G L1 L2 L3 I U Analizator mocy U f V Maszyna synchroniczna A Twornik I f Wzbudzenie WS Czujnik momentu obrotowego Silnik M + - Rys. 2. Schemat stanowiska badawczego czenia jest wyprowadzony przez pier- wej uzwojenia wzbudzenia wynosi 9:1, TABELA 1 Parametry - n = 1500 obr/min Parametr Jednostka z w % U 300,2 300,8 V U f 20,3 14,6 V I 8,63 5,73 A I f 8,60 5,72 A P W M 30,6 20,1 Nm

4 Rys. stali konstrukcyjnej St3,, rozruchowo- (rys. 4). a) b) Rys. 4 : ki rozruchowo- - Badania z w o 10% 50%. - i jedno- wzbudzenia tak, aby mocy (cos =1). tym uzwojeniu w uzwojeniu twornika. Zatem moc, dzenia i równych ów wzbudzenia i twornika. - przy u mocy cos = 1 i mniejszej liczbie zwojów,, co w efekcie spowod z enie strat w uzwojeniu wzbudzenia. Ograniczeniem mocy strat w uzwojeniach oraz mocy oddawanej na skutek wzrostu strat w uzwojeniach.

5 71 P N = 5 kw, przyrost temperatury uzwojenia wzbudzenia 57 K (rys. 5). Rys. 5. znamionowym P N =5kW Na podstawie zmierzonych przyrostów temperatur uzwoje znamionowe 20%. maszyny pogorszy jej u, z pomiarów na poziomie u = 1,08 =1, = 0,8 wynos u = 1,35. Zmniejszenie liczby zwojów uzwojenia wzbudzenia mocy cos = 1 powoduje o badania silnika ze wzbudzeniem obcym oraz przy dwóch ych liczbach zwojów uzwojenia wzbudzenia (rys. 6a). Pomiary =88 wzbudzenia z w = 100% i mocy na wale P = 3,5 kw, P =5kW zarejestrowa = 87,6%. Natomiast przy zmniejszonej liczbie zwojów uzwojenia wzbudzenia z w = 90% i mocy na wale P = 3,5 kw, = 87,6% P =5 = 87,0%. - (rys. M = 32 Nm, przy mocy P =5 twornika I = 10,6 A. Dodatkowo wyznaczono niektóre reaktancje silnika. Na podstawie charakte- 7a) z charakte- cos = 0 zbudowano wykres Potiera X p.

6 72 a) b) Rys. 6. Charakterystyki silnika przy zasilaniu z sieci: ; obrotowego na wale

7 73 a) 1,6 1,5 e0=f ( if ) 1,4 1,3 u=f ( if ) 1,2 F 1,1 1 D E G 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 if0n C ifzn if00 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 b) Rys. 7. Wyznaczanie reaktancji silnika: a) wykres Potiera; b) reaktancja x d

8 74 Odcinek ED f I = I n. Bok GD jest twornika a Odcinek EG EG (1) f a e x odcinkowi GF - jest równa: x p e x GF 0,18 (2) X p U n x p 2, 96 I 3 n (3) Z (rys. 7b). W stanie nienasyconym reaktancja X dn = 51,6, X dp = 42,9. Badania magnesowania badanej i obliczeniowej (rys. 8). Rys. 8.

9 75 U N = 300 V, wynosi I = 9,3 U = 170 etrów maszyny w granicach do 10%. Badania Instytutu Elektrotechniki dokumentacji [1]. Silnik CLSM zasilano U DC = V; V; Hz. Silnik, tak jak silnik synchroniczny (sinusoidalny kszta rotacji). Charakterystyka mechaniczna rozpatrywanego silnika synchronicznego (rys. 9) Rys. 9. CLSM U DC dratowego z (U = const).

10 76 k M (4) gdzie: k M moment obrotowy. [1]: P m 3 2L w u M (5) gdzie: L w, u. modulacji (PWM) jest równy oraz amplitudzie twornika. a) b) Rys. 10. Moc M U z a) moc mechaniczna P m na wale silnika; b) moc elektryczna P e

11 77 Charakterystyka mechaniczna samego silnika (rys. 10a) od. Przy danym momencie do ). P e (rys. 10b) do mocy na wale silnika P m =72%. Z minimalizacji gabarytów oraz uproszczenia budowy, zastosowano o m stosunku U/f. Zatem p U = 300 V silnika przez ind LITERATURA 1. Janaszek M., Moradewicz A., Chudzik P., : z silnikiem synchronicznym szeregowym dla pojazdów. Zadanie nr: /011. Dokumentacja NNE nr 2134, Nr arch. 14/2012, Warszawa, Latek W.: Badanie m WNT, Warszawa, S.: Laboratoryjne badania maszyn elektrycznych, Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, Warszawa, SenGupta S., Bhadra S.N., Chattopadhyay A.K.: An Inverter-Fed Self-Controlled Commutatorless Series Motor with the Field Winding in the DC Link. IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 33, no. 4, July/August SenGupta S., Chattopadhyay A.K.: Analysis and performance improvement of a transistorized Commutatorless Series Motor for transit applications. Ninth International Conference on Electrical Machines and Drives, Conference Publication No. 468, IEE, SenGupta S., Mukherjee K., Bhattacharya T.K., Chattopadhyay A.K.: Performance of an SCR- -Inverter-Based Commutatorless Series Motor with Load Commutation and Unaided Startup Capability. IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 36, No. 4, July/August r. RESEARCH OF THE COMMUTATORLESS SERIES MOTOR TO TRACTION DRIVES Maciej ABSTRACT The article comprises the results of laboratory tastings of Commutatorless Series Motor (CLSM) with electromagnetic excitation. The paper presents parametric and performance of engine powered from the grid and from electronic inverter. The motor with the control are formed

12 78 to be a novel construction of traction electric drive with power 5 KW. The construction of designed motor is based on wound-rotor induction motor SUDg123M-4B type. Keywords: synchronous motor, commutatorless series motor