Układ kaskadowy silnika indukcyjnego pierścieniowego na stałą moc

Transkrypt

1 Ćwiczenie 14 Układ kakadowy ilnika indukcyjnego ieścieniowego na tałą moc Pogam ćwiczenia 1. Poznanie tuktuy układu omiaowego, budowy i właściwości naędowych kakady zawoowo-mazynowej tyu P = cont. 2. Wyznaczenie chaakteytyk biegu jałowego = f (I w), I t = f (), U t = f (). 3. Wyznaczenie chaakteytyk mechanicznych = f (M o). 4. Wyznaczenie wółczynnika mocy co = f (M o) i awności = f (M o) układu kakadowego Wiadomości teoetyczne Zaada egulacji ędkości kątowej w układzie kakadowym Pędkość ilnika indukcyjnego ieścieniowego można egulować zez zmianę oślizgu w tzw. układach kakadowych. Jet to oób odobny do egulacji ędkości za omocą dodatkowej ezytancji w obwodzie winika. W obu oobach egulacji wływa ię na zmianę ądu I w obwodzie winika, zy czym óżnica olega na tym, że w układach kakadowych moc oślizgu nie jet tacona na dodatkowej ezytancji, a oddawana w otaci mocy elektycznej do ieci w zyadku kakady tałego momentu M = cont lub mocy mechanicznej oddawanej na wał ilnika indukcyjnego w zyadku kakady tałej mocy P = cont. Zaada egulacji ędkości w klaycznym, mazynowym układzie kakadowym olegała na wowadzeniu do obwodu winika dodatkowej iły elektomotoycznej E d

2 208 Ćwiczenie 14 o czętotliwości ównej czętotliwości SEM winika E i o zmiennej amlitudzie oaz fazie [1] [4]. Na yunku 14.1 zedtawiono chemat zatęczy ilnika ieścieniowego z dodatkową SEM E d zeuniętą względem SEM winika E o kąt. Odowiednie wykey wektoowe dla óżnych watości E d i zedtawiono na yunku I R X I X R I m U X m Ed e j Ry Schemat zatęczy ilnika indukcyjnego ieścieniowego z dodatkową iłą elektomotoyczną Ed w obwodzie winika I Z U I X I R U I Z I X I R U I Z I X I R E E E 1 I m I I I 1 I m I I 1 I m I I I I 2 E w 2 2 E E E w E E d E d Ry Wykey wektoowe ilnika ieścieniowego zy óżnych SEM Ed w obwodzie winika: a) Ed = 0, b) Ed > 0, < /2, c) Ed > 0, > /2

3 Jeżeli kąt Układ kakadowy ilnika indukcyjnego ieścieniowego na tałą moc 209 Θ 2 (y. 14.2b), to wowadzenie E d do obwodu winika owoduje wzot wyadkowej SEM E w. Pzy założeniu tałej watości imedancji winika ze wzotem E w zwiękzy ię ąd winika I, a tym amym moment ozwijany zez ilnik, co doowadzi do wzotu ędkości kątowej układu. Pzy małych kątach i E w > E ównowaga momentu elektomagnetycznego i ooowego natąi zy ujemnym oślizgu, tj. zy ędkościach nadynchonicznych. Jeżeli kąt Θ 2 (y. 14.2c), to wyadkowa SEM E w zmniejzy ię, ąd I i moment zmaleją, co doowadzi do zmniejzenia ędkości kątowej ilnika. Pzy odowiednio dobanej wielkości dodatkowej SEM E w i kąta można układ naędowy zatzymać i zeowadzić jego nawót. We wółczenych kakadach jednotwonikową zetwonicę mazynową zatąiono otownikiem teowanym lub nieteowanym, co znacznie obniżyło kozt układu i umożliwiło owzechniejze zatoowanie układów kakadowych. W kakadzie zawoowo-mazynowej na tałą moc SEM E jet otowana za omocą otownika nieteowanego i dodawana jet do niej SEM obcowzbudnej omocniczej mazyny ądu tałego, któa acuje na wólnym wale z mazyną indukcyjną ieścieniową. Wobec tego moc oślizgu nie jet tacona bezużytecznie, lecz oddawana na wał mazyny jako moc mechaniczna (y. 14.3). a) L1 L2 L3 b) P MR P(1 ) P M1 3~ P M2 + Φ w I w va P P P(1 ) P Ry Kakada zawoowo-mazynowa P = cont: a) chemat ideowy, b) bilan mocy Kakada na tałą moc jet nazwana tak dlatego, że zy założeniu ominięcia tat mocy w układzie naędowym całkowita moc elektyczna obana zez ilnik indukcyjny z ieci jet zamieniana na moc mechaniczną zekazywaną do mazyny oboczej. Jeśli uwzględni ię, że moc mechaniczna na wale ilnika indukcyjnego wy-

4 210 Ćwiczenie 14 noi P(1 ), a mazyna ądu tałego zekazuje na wał moc mechaniczną ówną mocy oślizgu P, to ełniony jet zawze waunek P = P(1 ) + P = P = cont. (14.1) Bilan mocy według tej zależności zedtawiono gaficznie na yunku 14.3b. Za ekonomiczny zake ędkości kątowej zyjmuje ię zedział 1:1,51:2, ze względu na wymagania dotyczące mazyny omocniczej ądu tałego [4]. Układy kakadowe tyu P = cont touje ię zatem w naędach wielkich mocy, w któych zy małym zakeie egulacji zachodzi otzeba ciągłej zmiany ędkości kątowej. Są to na zykład naędy om i wentylatoów, któych moment mechaniczny obciążenia zmienia ię z kwadatem ędkości kątowej. Moc mazyny omocniczej dobiea ię (na ogół) według kyteium makymalnej mocy oślizgowej wytęującej odcza egulacji ędkości kątowej kakady. Steowanie ędkością kakady zawoowo-mazynowej tyu P = cont ealizuje ię zez zmianę ądu wzbudzenia I w obcowzbudnej mazyny ądu tałego M2. Regulując watość ądu I w, zmienia ię watość tumienia w, a tym amym iłę elektomotoyczną E M = E d = k w, czyli SEM dodatkową w obwodzie ądu tałego. Schemat zatęczy obwodu winika ilnika indukcyjnego kakady, z uwzględnieniem otownika, zedtawiono na yunku m X 2π z 2U D k E 0 E d 2R Rt Ry Schemat zatęczy obwodu ądu tałego kakady zawoowo-mazynowej tałej mocy Śednią watość ądu wyotowanego I d okeśla zależność w któej: I d k E 0 Ed 2U D, (14.2) R m k 6 in 2,34 (dla m = 6), m z

5 Układ kakadowy ilnika indukcyjnego ieścieniowego na tałą moc 211 m liczba ulów otownika, E d dodatkowa iła elektomotoyczna, U D adek naięcia na diodach otownika, R z ezytancja zatęcza R z m X z 2R Rt, (14.3) 2 R t X z e ezytancja twonika mazyny ądu tałego, eaktancja zatęcza ilnika owadzona do obwodu winika zekładnia naięciowa ilnika indukcyjnego. Po założeniu I d = 0 otzymuje ię X z 1 X X, (14.4) 2 e k E E k Φ, (14.5) 0 0k M e w 0k a o uwzględnieniu, że 0k 0 0k (14.6a) 0 oaz k Φ E, (14.6b) e w 0k M 0 tounek ędkości biegu jałowego kakady do ędkości ynchonicznej ilnika indukcyjnego 0k 0 k E0 k E 0. (14.7) k E E k E k Φ 0 M 0 Pędkość biegu jałowego kakady jet więc hieboliczną funkcją tumienia magnetycznego mazyny omocniczej M2 (y. 14.5a). Z zebiegu tej chaakteytyki wynika, że w układzie kakady na tałą moc nie można doowadzić ilnika indukcyjnego do ędkości = 0. Pzykładowe zebiegi chaakteytyk mechanicznych układu kakadowego dla óżnych ądów wzbudzenia okazano na yunku 14.5b. Chaakteytyki te w zakeie oboczym zachowują wój chaakte zebiegu, tj. bocznikowy. Poślizg idealnego biegu jałowego kakady można zedtawić w otaci natęującej zależności 0 e w 0k

6 212 zy czym E k E M 0 0. Ćwiczenie 14 EM 0 0k, (14.8) k E E 1 0 M 0 a) b) 0 Iw1 Iw2 Iw3 I w1 I w2 I w3 I w M M N Ry Chaakteytyki ekloatacyjne kakady P = cont: a) egulacyjna biegu jałowego, b) chaakteytyki mechaniczne Po zyjęciu dolnej ganicy egulacji ędkości 0k = 0,5 0, czyli 0k = 0,5 ( = 1), mazyna omocnicza ądu tałego owinna być zwymiaowana na moc znamionową wynikającą z naięcia: E M0N = k E 0, czyli moc ilnika omocniczego owinna być w tym zyadku ówna mocy znamionowej ilnika głównego. Pzy dalzym, nawet niewielkim, zwiękzeniu zakeu egulacji badzo zybko zwiękza ię moc znamionowa ilnika omocniczego M2. Wkutek tego w kakadach zawoowo-mazynowych na tałą moc aca układu odbywa ię w zakeie oślizgów idealnego biegu jałowego 0k 0, Intukcja Oi układu omiaowego Schemat układu omiaowego kakady zawoowo-mazynowej zedtawiono na yunku Od tony tojana ilnika indukcyjnego odłączony jet układ do omiau mocy, ądów i naięć. Zaciki mazyn, otownika i tyczników zełączających umiezczone ą, waz ze chematem mnemotechnicznym, na łycie czołowej tanowi-

7 Układ kakadowy ilnika indukcyjnego ieścieniowego na tałą moc 213 ka laboatoyjnego. Na cza ozuchu winika ilnika głównego dołączony jet ozuznik ezytoowy (lub innego tyu, ozotałe wyłączniki ą otwate). Po ozuchu należy awdzić biegunowość naięć na wyjściu otownika i naięcia twonika ma być ona zgodna, mazyny acują bowiem na wólny wał. Natęnie, zy ądzie wzbudzenia I w = 0, należy odłączyć twonik mazyny ądu tałego do wyjścia otownika, do wejścia otownika zaś uzwojenie winika ilnika indukcyjnego. W tym tanie kakada jet gotowa do acy. W obwodzie twonika omocniczej mazyny ądu tałego należy miezyć ąd i naięcie twonika, w obwodzie wzbudzenia zaś ąd. Obciążenia mazyny oboczej (obcowzbudna mazyna ądu tałego) należy kontolować, mieząc jej aamety w obwodzie twonika i wzbudzenia. L1 L2 L3 I 1 A I 2 A Ro U V I A Φ w P P 1 PM W U 1 V U 2 M1 3~ V U V W W P 2 A1 M2 I A Φ w va F1 F2 K L M A2 F1 U t F2 V K1 K2 K3 + R Ry Schemat omiaowy układu kakady zawoowo-mazynowej tyu P = cont Do omiau momentu obciążenia można wykozytać zetwonik momentu. Jeśli jet go bak, zatęczo okeśla ię moment elektomagnetyczny ilnika głównego (kakady) według zależności Pe M, e 0

8 214 Ćwiczenie 14 w któej: P e 0 moc ola wiującego P e = P 1 + P 2 P, ynchoniczna ędkość kątowa P = P Fe + P, P Fe taty w żelazie (odane zez owadzącego), P = 3I 2 R (75 C) taty w uzwojeniu tojana, P 1, P 2 odowiednie wkazania watomiezy (w układzie Aona) w obwodzie tojana ilnika indukcyjnego, P1 P2 co. 3 UI Sawność układu kakadowego wyznacza ię ze wzou w któym: P moc ądnicy obciążającej, P w = P 1 + P 2 moc obieana z ieci (wkazania watomiezy), zy czym: P U I I P P w 2, R P, P o = P Fe + P m taty jałowe ądnicy obciążającej, 2 P I R taty w uzwojeniu twonika ądnicy, U, I, R naięcie, ąd i ezytancja twonika ądnicy obciążającej. o Wyznaczenie chaakteytyk biegu jałowego Po ozuchu układu omiaowego należy, na odtawie omiaów dla nieobciążonego układu kakadowego i obliczeń, wykeślić chaakteytyki: = f (I w), I t = f (), U t = f (). Wyniki zetawić w tabeli Tabela 14.1 L. Iw It Ut A A V 1 Uwagi

9 Układ kakadowy ilnika indukcyjnego ieścieniowego na tałą moc Wyznaczenie chaakteytyk mechanicznych = f (Mo) W ćwiczeniu należy wyznaczyć chaakteytyki mechaniczne dla kilku watości ędkości oczątkowych kakady utawionych ądem wzbudzenia w tanie jałowym, n. = 0,8 0, = 0,6 0. Wyniki zetawić w tabeli Tabela 14.2 L. I1 I2 I U1 U2 U P1 P2 Pw P Pe co Me I U P P A V W Nm A V W Uwagi Wyznaczenie co i awności Dla zeowadzonych wyżej omiaów, dla óżnych watości obciążeń układu naędowego należy wykeślić: co = f (M o) oaz = f (M o) Sawozdanie W awozdaniu należy umieścić: 1. Paamety badanego układu omiaowego. 2. Wykaz aaatuy omiaowej. 3. Schemat układu omiaowego. 4. Wyznaczone chaakteytyki. 5. Omówienie uzykanych wyników. 6. Włane otzeżenia i wnioki Zagadnienia i ytania kontolne 1. Omówić budowę kakady tyu P = cont i uzaadnić jej nazwę. 2. W jaki oób eguluje ię ędkość kątową kakady? 3. Omówić oób zeowadzenia ozuchu układu kakadowego. 4. Jaki ma zebieg = f (I w) zy baku obciążenia kakady? 5. Podać zykładowe zebiegi chaakteytyki mechanicznej kakady na tałą moc.

10 216 Ćwiczenie 14 Liteatua [1] Kędzio W., Podtawy naędu elektycznego, Wydawnictwo Politechniki Wocławkiej, Wocław [2] Laboatoium naędu elektycznego, aca zbioowa od edakcją H. Bitela, PWN, Wazawa Poznań, [3] Laboatoium naędu elektycznego, aca zbioowa od edakcją W. Kędzioa, Wydawnictwo Politechniki Wocławkiej, Wocław [4] Naęd elektyczny, aca zbioowa od edakcją Z. Gunwalda, WNT, Wazawa 1987.