Wykład 2. Tabliczka znamionowa zawiera: Moc znamionową P N, Napięcie znamionowe uzwojenia stojana U 1N, oraz układ

Transkrypt

1 Serwonapędy w automatyce i robotyce Wykład 2 Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów Silnik indukcyjny 3-fazowy tabliczka znam. Tabliczka znamionowa zawiera: Moc znamionową P, apięcie znamionowe uzwojenia stojana U 1, oraz układ połączeń, Prąd znamionowy uzwojenia stojana I 1, Znamionowy współczynnik mocy cosφ 1 Częstotliwość znamionowa f 1 Prędkość obrotową n Tamel S.A. Motor SKg ~ 50 Hz r IP 55 Isol. F 220/380V / 3,40 / 1,95 A 0,75 kw cos φ 0, /min S 1 40 o C 12kg P-IEC34-1 Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 2

2 Silnik indukcyjny 3-fazowy tabliczka znam. Moc czynna znamionowa pobierana P 1 P1 = U1 I1 cos 1 3 ϕ Sprawność znamionowa: η =, P = P1 P1 Moment uŝyteczny znamionowy: Liczba par biegunów: P M P P = 2π n 1 f1 p = n1 n s = n n Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 3 Silnik indukcyjny 3-fazowy zasilanie 1-fazowe Przepalenie bezpiecznika w jednej fazie. prąd pobierany z sieci wzrośnie 3 razy. Jeśli przerwa nastąpiła przy znamionowym obciąŝeniu silnika, będzie on przeciąŝony i moŝe ulec uszkodzeniu. Dopuszczalne obciąŝenie - 50% obciąŝenia znamionowego. Jeśli silnik stoi, to przy przerwaniu jednej fazy nie moŝe on sam ruszyć. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 4

3 Silnik indukcyjny 3-fazowy zasilanie 1-fazowe Dołączenie silnika 3-fazowego do sieci zasilającej 1- fazowej ( 60 70) 0,8P F C µ Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 5 Silnik indukcyjny1-fazowy Silnik indukcyjny 1-fazowy ma podobną budowę jak silnik indukcyjny 3-fazowy. Wirnik ma klatkowy, zaś w obwodzie stojana uzwojenie robocze umieszczone jest w Ŝłobkach, w ten sposób, Ŝe zajmuje 2/3 podziałki biegunowej. Pozostałe Ŝłobki odpowiadające 1/3 podziałki biegunowej mogą być pozbawione uzwojenia lub znajduje się w nich uzwojenie pomocnicze (lub rozruchowe). Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 6

4 Silnik indukcyjny 1-fazowy Prąd płynący przez uzwojenie robocze stojana wytwarza pulsujące pole magnetyczne: π B( x, t) = Bm sin( ωt) cos x τ Pulsujące pole magnetyczne, moŝna rozłoŝyć na dwa pola kołowe, wirujące w kierunkach przeciwnych (pole współbieŝne, pole przeciwbieŝne): 1 π 1 π B( x, t) = Bm sin( ωt + x) + Bm sin( ωt x) 2 τ 2 τ 60 f n s = p Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 7 Silnik indukcyjny 1-fazowy Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 8

5 Silnik indukcyjny 1-fazowy Głównym zagadnieniem w silniku jednofazowym jest sposób rozruchu silnika. Warunki powstania momentu rozruchowego pole magnetyczne nie moŝe być pulsujące tylko wirujące: przy jednakowym przesunięciu pól składowych w przestrzeni i w czasie, musi być zapewniona równość amplitud poszczególnych faz. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 9 Silnik indukcyjny 1-fazowy awija się w silniku dodatkowe uzwojenie (fazę rozruchową), która wspólnie z uzwojeniem głównym umoŝliwia powstanie pola wirującego. Wartość momentu rozruchowego zaleŝy od iloczynu prądu obu uzwojeniach i wartości sinusa kąta zawartego między prądami. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 10

6 Silnik indukcyjny 1-fazowy Silnik z uzwojeniem rozruchowym rezystancyjnym Po dokonaniu rozruchu fazę rozruchową naleŝy wyłączyć (przewidziana do pracy krótkotrwałej). Przesunięcie między prądami wynosi około π/6 do π/5. Wartość prądu rozruchowego - (5-7)I n. Moment rozruchowy (0,8 1,3)M n. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 11 Silnik indukcyjny 1-fazowy Zastosowania dławika, oba prądy są opóźnione w fazie względem napięcia, przy czym prąd w uzwojeniu rozruchowym I r jest bardziej opóźniony niŝ prąd w uzwojeniu głównym. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 12

7 Silnik indukcyjny 1-fazowy W silnikach z kondensatorem rozruchowym: prąd rozruchu - (2,5 5)I n, moment rozruchowy (1,6 2,0)M n. przesunięcie fazowe między prądy jest największe (π/2). Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 13 Silnik indukcyjny 1-fazowy W praktyce nie stosuje się kondensatorów o pojemności zmiennej wraz z obciąŝeniem, lecz dobiera się ich pojemność tak aby pole kołowe wystąpiło: przy rozruchu (silnik z kondensatorem rozruchu), przy obciąŝeniu znamionowym (silnik z kondensatorem pracy). początkowy moment rozruchowy silnika z kondensatorem pracy jest niewielki (50% momentu znamionowego) Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 14

8 Silnik indukcyjny 1-fazowy Praktycznie pojemność dla pracy znamionowej moŝna obliczyć w przybliŝeniu ze wzoru: P [W n W ] C[ µ F] = 1800 U 2 [ V ] Pojemności te są rzędu kilku do kilkudziesięciu mikrofaradów i są o rząd wielkości mniejsze od pojemności kondensatorów rozruchowych. Wady: wysoka cena, w stanie jałowym na skutek skompensowania reaktancji indukcyjnej przez pojemnościową pobierają duŝe prądy nadmierne nagrzewanie silnika. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 15 Silnik indukcyjny 1-fazowy Zastosowanie zwartego uzwojenia pomocniczego (zwarty pierścień miedziany), Pierścień miedziany obejmuje mniejszą część nabiegunnika biegunów stojana, na którym jest nawinięte uzwojenie robocze. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 16

9 Silnik indukcyjny 1-fazowy Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 17 Silnik indukcyjny 1-fazowy ie uzyskujemy przestrzennego przesunięcia osi uzwojenia głównego i pomocniczego o 90 o. ie jest zachowany równieŝ warunek przesunięcia w czasie i amplitudy prądów teŝ są róŝne powstaje pole eliptyczne. Reguluje się go jedynie zmianą reluktancji drogi dla strumienia pomocniczego. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 18

10 Silnik 2-fazowy Silniki indukcyjne 2-fazowe silniki wykonawcze w układach automatycznego sterowania. Dwa uzwojenia stojana przesunięte są względem siebie na obwodzie o kąt π/2: Uzwojenie sterujące, Uzwojenie wzbudzające. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 19 Silnik 2-fazowy Wirnik: Klatkowy, Kubkowy (puszkowy) cienkościenny cylinder (mosiądz, brąz lub aluminium silnik kubkowy (silnik Ferrarisa) 1 uzwojenie stojana, 2,3 wewnętrzna i zewnętrzna część magnetowodu, 4 wirnik kubkowy Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 20

11 Silnik 2-fazowy Moment rozruchowy Zasilanie napięciami U U, U V przesuniętymi w fazie o kąt π/2 (sterowanie amplitudowe), Zasilanie napięciami o stałych amplitudach lecz ze zmianą kąta przesunięcia fazowego w zakresie od 0 do π/2 (sterowanie fazowe), Zasilanie obu uzwojeń z sieci 1-fazowej z regulacją amplitudy napięcia sterującego, w obwód wzbudzenia włączony kondensator (sterowanie amplitudowo-fazowe). Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 21 Silnik indukcyjny liniowy Silnik indukcyjny liniowy przemiana energii elektrycznej w energię mechaniczną ruchu postępowego. Silnik liniowy: część pierwotna (induktor), część wtórna (bieŝnik). Induktor pakiet blach z uzwojeniem trójfazowym, BieŜnik ferromagnetyczna warstwa przewodząca (np. szyna aluminiowa) Wypadkowe pole wędrujące ciągnie bieŝnik. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 22

12 Silnik indukcyjny liniowy apęd wagoników Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 23 Silnik indukcyjny - zagadnienia Co to jest prędkość synchroniczna? Uzwojenie trójfazowe dwubiegunowe zasilono prądami o częstotliwości: 20Hz, 50Hz, 100Hz. Oblicz prędkość synchroniczną dla kaŝdego przypadku. Zmiana kierunku wirowania pola magnetycznego. Która z tabliczek zaciskowych pochodzi od silnika z uzwojeniami połączonymi w trójkąt? Jak wpływa zmiana liczby biegunów na zmianę prędkości obrotowej? Zasada działania silnika indukcyjnego. Warunki powstania wirującego pola magnetycznego. Budowa silnika klatkowego i silnika pierścieniowego. Jaka jest róŝnica? Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 24

13 Silnik indukcyjny - zagadnienia Jakie straty występują w maszynach indukcyjnych? Sumaryczne straty silnika wynoszą 180W, a sprawność wynosi 78%. Oblicz moc pobieraną z sieci i moc oddawaną na wale. Silnik pobiera z sieci prąd I=10A przy napięciu U=380V, cosφ=0,87 i sprawność η=0,88. Oblicz moc wydaną. Oblicz moment znamionowy silnika, którego tabliczkę znamionową przedstawiono na rysunku. Czy moŝesz oszacować jaka masę moŝe podnieść ten silnik. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 25 Silnik indukcyjny - zagadnienia Silnik indukcyjny klatkowy ma następujące dane: P =10kW, n =965obr/min, M k =95m. Oblicz poślizg znamionowy i krytyczny oraz moment znamionowy i rozruchowy. Jak zachowuje się silnik przy zmianie obciąŝenia? W jakiej części charakterystyki znajduje się punkt pracy znamionowej: stabilnej, niestabilnej? Co to jest przeciąŝalność? Jaki stan pracy silnika nazywamy rozruchem? Efekt niekorzystny podczas rozruchu silnika? Jakie warunki powinno się zapewnić aby poprawić warunki w czasie rozruchu? Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 26

14 Silnik indukcyjny - zagadnienia W jaki sposób ograniczyć prąd pobierany z sieci przez silnik indukcyjny w czasie rozruchu? Które z wymienionych urządzeń rozruchowych umoŝliwia jednocześnie ograniczenie prądu rozruchowego i powiększenie momentu rozruchowego Przełącznik gwiazda-trójkąt, Rozrusznik, Transformator. Którego z niŝej wymienionych urządzeń rozruchowych nie moŝna zastosować do rozruchu silnika klatkowego Rozrusznik, Przełącznik gwiazda-trójkat, Rezystancja dodatkowa w obwodzie stojana. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 27 Silnik indukcyjny - zagadnienia Podaj wzór na prędkość wirowania wirnika silnika indukcyjnego, przez zmianę jakich wielkości moŝna zmieniać prędkość silnika indukcyjnego? Które z wymienionych sposobów regulacji prędkości w silnikach indukcyjnych pozwala na regulację prędkości powyŝej prędkości znamionowej: Przez zmianę liczby par biegunów, Przez zmianę częstotliwości, Przez zmianę napięcia zasilającego. Które z wymienionych sposobów regulacji prędkości obrotowej pozwala na płynną regulacje prędkości Przez zmianę częstotliwości, Przez zmianę liczby par biegnów. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 28

15 Silnik indukcyjny - zagadnienia Jak zmieni się prąd pobierany z sieci przez silnik 3-faz., jeśli bezpiecznik w linii zasilającej przepali się? Czy silnik 3-fazowy moŝe ruszyć, jeśli przepali się jeden bezpiecznik? Jak najlepiej zabezpieczyć silnik trójfazowy przed uruchomieniem, gdy jedna faza jest przerwana? Czy silnik 3-fazowy moŝna wykorzystać mając do dyspozycji sieć 1-fazową? Dlaczego czasami korzystna jest zmiana połączeń uzwojeń stojana silnika 3-fazowego? Jaką zasadniczą wadę posiada silnik jednofazowy? Jak moŝna wytworzyć moment rozruchowy w silniku 1- fazowym? Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 29 Silnik indukcyjny - zagadnienia Dlaczego silniki 1-fazowe z kondensatorem naleŝy uziemić bardzo starannie? Jak uzyskuje się wirujące pole magnetyczne w silniku ze zwartą fazą rozruchową? Który z silników ma większy moment rozruchowy Z fazą rozruchową rezystancyjną, Z fazą rozruchową kondesatorową. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 30