ROZRUCH SILNIKA INDUKCYJNEGO Z ROZDZIELONYMI UZWOJENIAMI STOJANA

Transkrypt

1 Pace Naukowe Instytutu aszyn, Napędów Pomaów Elektycznych N 54 Poltechnk Wocławskej N 54 Studa ateały N udwk ANTA *, Tomasz ZAWIAK elektotechnka, slnk elektyczne, pąd pzemenny, łagodny ozuch ROZRUCH SINIKA INDUKCYJNEGO Z ROZDZIEONYI UZWOJENIAI STOJANA W pacy pzedstawono nową metodę łagodzena ozuchu maszyn ndukcyjnych dużej mocy. Polega ona na zastosowanu ozdzelonego uzwojena stojana oaz kompensacj mocy benej. Podczas ozuchu zaslane jest jedno z uzwojeń stojana natomast do dugego pzyłączona jest batea kondensatoów. Dzęk temu uzyskuje sę zmnejszene pądu ozuchowego oaz możlwość egulacj momentu elektomagnetycznego czasu ozuchu. Pzedstawono model matematyczny badanego slnka oaz wynk pzepowadzonych symulacj.. WSTĘP Rozuch slnków ndukcyjnych klatkowych dużej mocy jest jednym z ważnejszych zagadneń dotyczących ch eksploatacj. Najpostszym sposobem ozuchu slnka ndukcyjnego klatkowego jest bezpośedne pzyłączene do sec. Zaletą tego typu ozuchu jest postota oaz nsk koszt nwestycyjny, wadą zaś duża watość pądu ozuchowego powodująca spadk napęca zależne od mocy zwacowej sec zaslającej. Aby odcążyć seć podczas ozuchu stosuje sę metody ozuchu polegające na obnżenu napęca podawanego na slnk. W pzypadku slnków ndukcyjnych dużej mocy może to być ozuch z ozusznkem stojanowym bądź ozuch za pomocą autotansfomatoa. Jednak w obu pzypadkach obnżene napęca podawanego na slnk powoduje zmnejszene momentu ozuchowego. etody te można zatem stosować jedyne dla napędów o newelkm momence opoowym podczas ozuchu. W napędach wymagających pełnego momentu ozuchowego pzy zaslanu z sec o względne małej mocy zwacowej można zastosować ozuch z wykozystanem kondensatoów [5]. Pzyłączona ównolegle do *Poltechnka Wocławska, Instytut aszyn, Napędów Pomaów Elektycznych, ul. Smoluchowskego 9, Wocław

2 zacsków slnka batea kondensatoów pokywa w częśc składową beną pądu ozuchowego stanowącego wększą część pądu pobeanego z sec [6]. Użyce kondensatoów w tej metodze pozwala wpawdze na zmnejszene pądu ozuchowego jednak ne daje możlwośc wpływana na watość momentu ozuchowego. Celem nnejszego atykułu jest pzedstawene nowej metody ozuchu slnka ndukcyjnego klatkowego polegającej na wykozystanu zjawska kompensacj mocy benej w slnku ndukcyjnym z dwoma uzwojenam stojana.. ROZRUCH SINIKA INDUKCYJNEGO Z DWOA UZWOJENIAI STOJANA I KOPENSACJĄ OCY BIERNEJ Zapoponowana metoda łagodzena pocesów ozuchu slnków ndukcyjnych klatkowych polega na zastosowanu uzwojeń ozdzelonych w stojane oaz kompensacj mocy benej. Slnk ndukcyjny o tadycyjnej budowe magnetowodu tadycyjnej budowe wnka klatkowego ma w stojane dwa nezależne elektyczne symetyczne uzwojena tójfazowe ułożone w oddzelnych żłobkach. Schemat deowy takego slnka pzedstawono na ysunku. oś fazy A pewsze uzwojene stojana duge uzwojene stojana ω uzwojene wnka (klatka) oś fazy C oś fazy B Rys.. Schemat deowy slnka ndukcyjnego z ozdzelonym uzwojenam stojana Fg.. Schematc dagam of the nducton moto wth sepaated stato wndngs

3 Uzwojena stojana ne są ze sobą połączone elektyczne natomast są ze sobą spzężone magnetyczne pzez stumeń główny. Ose magnetyczne poszczególnych fazowych uzwojeń stojana pokywają sę. Slnk tak ma budowę badzo zblżoną do tadycyjnej, w któym tójfazowe, symetyczne uzwojene stojana ma co najmnej dwe gałęze ównoległe. Istotnym jest by zezwoje połączone w poszczególnych gałęzach ównoległych pasm fazowych były w takch samych waunkach magnetycznych stumena głównego, a ndukowane napęca odpowadających sobe gałęz pasm fazowych były jednakowe (sem o jednakowych ampltudach współfazowe). Rozuch slnka ndukcyjnego z ozdzelonym uzwojenam stojana odbywa sę dwuetapowo. W pewszym etape ozuchu tójfazowe napęce zaslające pzyłączone jest do jednego uzwojena (oznaczonego jako pewsze na ysunku 3.), natomast do dugego uzwojena pzyłączona jest tójfazowa batea kondensatoów (ys. 3..a). Uzwojene pewsze wytwaza pole magnetyczne wujące kołowe o okeślonej lczne begunów. Pole to spzęga sę z uzwojenem dugm na zasadze tansfomacj ndukuje w nm napęca tójfazowe symetyczne. W zamknętym pzez bateę kondensatoów uzwojenu dugm płyną pądy tójfazowe symetyczne, wytwazające wujący pzepływ. a) b) uzwojene zaslane oś fazy A U a oś fazy A U a ω ω oś fazy C oś fazy B oś fazy C oś fazy B U c U b U c U b Rys.. Schemat zaslana slnka z ozdzelonym uzwojenam stojana: a) w czase ozuchu b) nomalnej pacy Fg.. Temnal dagam of the nducton moto wth sepaated stato wndngs a) dung stat up b) dung ated conon

4 Po osągnęcu pędkośc podsynchoncznej, uzwojena pewsze duge łączone są ównolegle. Rozpoczyna sę dug etap ozuchu (ys. 3..b), w któym slnk ma paamety take same jak slnk budowy konwencjonalnej. Chaakteystyk statyczne takego slnka pzedstawono w pacy [7]. 3. ODE ATEATYCZNY SINIKA Z ROZDZIEONYI UZWOJENIAI STOJANA odel matematyczny slnka z ozdzelonym uzwojenam stojana zbudowano na podstawe układu ównań []: d u R d u R d 0 Rs () s ω p d 0 R () s ω p d u R d u R w któych: R, R, R () s - ezystancje uzwojeń stojana (ndeksy dotyczą uzwojena pewszego, uzwojena dugego) oaz uzwojena wnka (ndeks ) zależnych od poślzgu s, u, u, u, - napęca odpowednch uzwojeń stojana w osach, u,,,,, - pądy odpowednch uzwojeń stojana oaz wnka w osach,,,,,, - stumene skojazone z uzwojenam stojana oaz wnka w osach, ω - elektyczna pędkość kątowa wnka. p W ównanach napęcowych () stumene skojazone z uzwojenam stojana wnka opsują zależnośc (): ()

5 () w któych:,, - pełne ndukcyjnośc uzwojeń stojana wnka, - ndukcyjność wzajemna pomędzy pewszym dugm uzwojenem stojana, - ndukcyjność wzajemna pomędzy pewszym uzwojenem stojana a uzwojenem wnka, - ndukcyjność wzajemna pomędzy dugm uzwojenem stojana a uzwojenem wnka. Pełne ndukcyjnośc uzwojeń stojana wnka,, okeślone są zależnoścam: Φ Φ Φ m s m s m s s 3 ) ( 3 3 (3) w któych: s,, - to ndukcyjnośc ozposzena uzwojeń stojana oaz uzwojena wnka, s () s s mφ - ndukcyjność fazowa od stumena głównego 4. WYNIKI SYUACJI Równana ( 3) stanowły podstawę do zbudowana modelu badanego slnka w pogame symulacyjnym Smploe. Symulację wykonano na modelu slnka ndukcyjnego z dwoma ozdzelonym uzwojenam stojana, w któym wykozystano konstukcję fabycznego slnka typu

6 SYJe 54t-E. Podstawowe dane tego slnka w wykonanu fabycznym pzedstawono w tabel. Tabela. Paamety znamonowe badanego slnka typu SYJe 54t-E w wykonanu fabycznym. Table. Ratng of the studed mato (type SYJe 54t-E) oc znamonowa P n 6300 kw Pędkość obotowa znamonowa n n 49 ob/mn Znamonowy moment obotowy n Nm Napęce znamonowe U n 6000 V Pąd znamonowy I n 698 A Znamonowy współczynnk mocy cosϕ n 0,9 Pzecążalność momentem λ m, Kotność momentu ozuchowego λ 0,9 Kotność pądu ozuchowego k 5,5 oment bezwładnośc J 600 kgm W symulacjach ozpatzono dwa pzypadk ozuchu. W pewszym pzyjęto, że podczas ozuchu oba uzwojena połączone są ównolegle, co odpowada bezpośednemu ozuchow slnka fabycznego. W dugm pzypadku założono, że do dugego uzwojena stojana pzyłączona jest tójstopnowa batea kondensatoów. Pojemnośc kondensatoów na poszczególnych stopnach ozuchu zależą od pędkośc obotowej slnka. Watośc tych pojemnośc dobano w tak sposób by uzyskać możlwe maksymalny moment elektomagnetyczny a jednocześne ne pzekoczyć napęca dopuszczalnego ze względu na wytzymałość zolacj uzwojeń. W pewszej faze ozuchu do uzwojena pzyłączona jest najwększa pojemność wynosząca C mf. Pzy poślzgu s0,6 pojemność jest zmnejszana do C,8 mf, a pzy poślzgu s0,5 do C 3,59 mf. Odłączene kondensatoów ównoległe połączene uzwojeń następuje pzy poślzgu s0,05. W oblczenach pzyjęto, że podczas ozuchu slnk obcążony jest momentem znamonowym. W symulacj uwzględnono zmenność paametów uzwojena wnka w funkcj poślzgu. Wykes zmennośc paametów pzedstawono na ysunku 3.

7 0,8 0,7 0,6 R,X [Ω] 0,5 0,4 0,3 0, 0, Rezystancja wnka Reaktancja wnka 0,0 0,8 0,6 0,4 0, 0,0 Rys. 3. Wykes zmennośc paametów badanego slnka w funkcj poślzgu. Fg. 3. Paamete vaaton gaph (as a slp functon) of the studed moto. Na ysunkach 4-9 pzedstawono wynk symulacj w postac pzebegów: momentu elektomagnetycznego, pędkośc kątowej, pądów poszczególnych uzwojeń, pądu secowego oaz napęca występującego na zacskach dugego uzwojena stojana. a) b) Rys. 4. Pzebeg momentu elektomagnetycznego podczas ozuchu badanego slnka: a) pzy ównoległym połączenu uzwojeń b) z tójstopnową bateą kondensatoów Fg. 4. Tansent of the elektomagnetc moment dung stat up of the tested moto: a) both wndngs connected n paallel b) wth thee-stage capacto bank

8 a) b) Rys. 5. Pzebeg pędkośc kątowej podczas ozuchu badanego slnka: a) pzy ównoległym połączenu uzwojeń b) z tójstopnową bateą kondensatoów Fg. 5. Tansent of the angula velocty dung stat up of the tested moto: a) both wndngs connected n paallel b) wth thee-stage capacto bank a) b) Rys. 6. Pzebeg pądu płynącego w pewszym uzwojenu stojana podczas ozuchu badanego slnka: a) pzy ównoległym połączenu uzwojeń b) z tójstopnową bateą kondensatoów Fg. 6. Tansent of the fst wndng cuent dung stat up of the tested moto: a) both wndngs connected n paallel b) wth thee-stage capacto bank

9 a) b) Rys. 7. Pzebeg pądu płynącego w dugm uzwojenu stojana podczas ozuchu badanego slnka: a) pzy ównoległym połączenu uzwojeń b) z tójstopnową bateą kondensatoów Fg. 7. Tansent of seconday wndng cuent dung stat up of the tested moto: a) both wndngs connected n paallel b) wth thee-stage capacto bank a) b) Rys. 8. Pzebeg pądu pobeanego z sec podczas ozuchu badanego slnka: a) pzy ównoległym połączenu uzwojeń b) z tójstopnową bateą kondensatoów Fg. 8. Tansent of the cuent taken fom the net dung stat up of the tested moto: a) both wndngs connected n paallel b) wth thee-stage capacto bank

10 a) b) Rys. 9. Pzebeg napęca fazowego na zacskach dugego uzwojena stojana podczas ozuchu badanego slnka: a) pzy ównoległym połączenu uzwojeń b) z tójstopnową bateą kondensatoów Fg. 9. Tansent of the phase seconday wndng voltage dung stat up of the tested moto: a) both wndngs connected n paallel b) wth thee-stage capacto bank 5. WNIOSKI Pzedstawone wynk oblczeń pokazują, że pzez ozdzelene uzwojeń stojana pzyłączene bate kondensatoów możlwe jest zmnejszene pądu pobeanego z sec podczas ozuchu tójfazowego slnka ndukcyjnego. Pzez odpowedn dobó watośc pojemność bate kondensatoów można zwększyć moment ozuchowy ponad watość uzyskwaną pzy ównoległym połączenu uzwojeń stojana bez kompensacj mocy benej. Zastosowane zbyt dużej watośc pojemnośc bate kondensatoów może spowodować wystąpene ezonansu pzepęce na jednym z uzwojeń stojana. Tójstopnowa batea kondensatoów umożlwa uzyskane odpowedno dużego momentu elektomagnetycznego bez yzyka wystąpena nebezpecznych pzepęć (>,5 U n ). W takce ozuchu slnka obcążonego znamonowo nawet neznaczne zwększene momentu ozuchowego powoduje zwększene momentu dynamcznego, co skutkuje nawet tzykotnym skócenem czasu ozuchu.

11 ITERATURA [] DZHENDUBAJEV A.: Electomagnetc moment fo nducton machne wth two stato wndgs. Electotekhnka, n 4, Ap 994 [] NEVESTEEN J., ARAGON H.: Statng of lage motos- methods and economcs. Tansactons on ndusty applcatons, v.5, n 6, Nov-Dec 989. [3] NICHOS W., BRIED F., VAENTINE R., HARDER J.: Advances n capacto statng. IEEE Tansactons on ndusty applcatons, v.ia-0, n, Jan-Feb 984. [4] SANGHA GURDIA S.: Capacto-eakto stat of lage synchonous moto on lmted capacty netwok. IEEE Tansactons on ndusty applcatons, v.ia-0, n 5, Sep-Oct 984. [5] STOUT J.: Capcto statng of lage motos. Tansactons on ndusty applcatons, v.ia-4, n 3, ay-june [6] ZAWIAK T., Łagodny ozuch maszyn pądu pzemennego z kompensacją mocy benej., Paca dyplomowa Wocław, 003. [7] ANTA., ZAWIAK J., ZAWIAK T., Rozuch slnka ndukcyjnego z kompensacją mocy benej, II ędzynaodowe Foum Efektywność Enegetyczna Napędów z Slnkam Elektycznym, BOBRE Komel, Spała, TRANSIENT CHARACTERISTICS DURING START-UP OF INDUCTION OTOR WITH SEPARATED STATOR WINDINGS The pape pesents a new method of attenuatng stat-up pocesses of hgh powe AC motos. In ths method two sepaated thee-phase stato wndngs ae used. Dung stat-up one of the wndng s suppled fom the netwok and second one s connected to capacto bank. Reactve component of the statng cuent s compensated by seconday wndng cuent. A mathematcal model of ths moto s pesented. Thee wee made calculatons of tansent chaactestcs of the cuent and the electomagnetc toque. Results ae compaed wth taonal constucton nducton moto.