SILNIKI ASYNCHRONICZNE INDUKCYJNE

Transkrypt

1 Temat: SILNIKI ASYNCHRONICZNE INDUKCYJNE Zagadnienia: budowa i zasada działania, charakterystyka mechaniczna, rozruch i regulacja prędkości obrotowej.

2 PODZIAŁ MASZYN ELEKTRYCZNYCH Podział maszyn ze względu na zastosowanie: energetyczne (prądnice, silniki, przetwornice) istotna sprawność specjalne (prądnice tachometryczne, selsyny, silniki skokowe, silniki wykonawcze itp.) istotna ch-ka przetwarzania sygnału Podział maszyn ze względu na rodzaj prądu: Maszyny elektryczne Prądu stałego Prądu przemiennego Asynchroniczne Synchroniczne Indukcyjne Komutatorowe Klatkowe Pierścieniowe

3 MASZYNY INDUKCYJNE Maszyny indukcyjne są maszynami odwracalnymi: praca prądnicowa praca silnikowa W praktyce maszyny asynchroniczne stosowane są jako silniki Podział silników indukcyjnych ze względu na rodzaj wirnika: klatkowe pierścieniowe 3

4 RODZAJE PÓL MAGNETYCZNYCH Rodzaje pola magnetycznego:. Stałe pole magnetyczne (wektor indukcji stały w czasie i przestrzeni). Zmienne pole magnetyczne pulsujące (oscylacyjne) - zmienne w czasie lecz stałe w przestrzeni, wirujące - stałe w czasie lecz zmienne w przestrzeni Sposoby wytwarzania pola wirującego: wirujący magnes, uzwojenie trójpasmowe (trójfazowe) rozmieszczone w przestrzeni co 0 elektrycznych i zasilane napięciem trójfazowym, uzwojenie dwupasmowe (prostopadłe) zasilane napięciami ortogonalnymi (przesuniętymi w fazie o 90 ). 4

5 WIRUJĄCE POLE MAGNETYCZNE B c dla i c >0 i b i a i c B a dla i a >0 i c B b dla i b >0 i a i b 5

6 WIRUJĄCE POLE MAGNETYCZNE B c i i a i b i c -B b B a =0 0 T t B b B t=0 B c -B b 6

7 WIRUJĄCE POLE MAGNETYCZNE B c i i a i b i c -B b 0 T t B a B b B t= T T -B b B c B a 7

8 WIRUJĄCE POLE MAGNETYCZNE B c =0 i i a i b i c -B b 0 T t B a B b t= T 6 T T 6 -B b B B a 8

9 WIRUJĄCE POLE MAGNETYCZNE B c i i a i b i c -B b 0 T t B a B b -B c t= T 4 T T 6 T 4 -B b B B a B c 9

10 WIRUJĄCE POLE MAGNETYCZNE B c dla B c c =0 i c >0 i a -B i b c i 0 o b B a B dla a i a >0 i c B a =0 0 i i a i b i c T t B B b dla i b >0 B b B i a B -B i c b T 64 t=0 T T T 4 6 B c -B b B -B -B b b -B b B a B a B B c 0

11 B B B B B B c -B b B B c B c -B -B b b B -B c -B b a B a -B -B B -B a a a B b -B B B B c c B b B b B b -B c -B c B B B WIRUJĄCE POLE MAGNETYCZNE B B t=0 t=t 5T 3T 7T 8T 6 3 T 4

12 WIRUJĄCE POLE MAGNETYCZNE Prędkość wirowania pola stojana [/s] n = f [Hz] 60 f [/min] n = p [Hz] n prędkość wirowania pola (prędkość synchroniczna), f częstotliwość napięcia zasilającego p liczba par biegunów

13 OBWÓD MAGNETYCZNY SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Blacha stojana Żłobek Ząb Blacha wirnika 3

14 OBWÓD MAGNETYCZNY SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Pakiet blach wirnika Pakiet blach stojana 4

15 UZWOJENIA SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Połączenie w gwiazdę Tabliczki zaciskowe U V W U V W V W U V W U Połączenie w trójkąt 3N~50Hz 30/400V L L L3 U V W L L L3 Uzwojenia U V W 3N~50Hz 30/400V U L L L3 V W L L L3 U V W 5

16 BUDOWA SILNIKA INDUKCYJNEGO TRÓJFAZOWEGO KLATKOWEGO 6

17 BUDOWA SILNIKA INDUKCYJNEGO TRÓJFAZOWEGO KLATKOWEGO skrzynka zaciskowa tabliczka znamionowa częsci nieruchome częsci ruchome jarzmo stojana wał tarcza łożyskowa uzwojenie stojana rdzeń stojana rdzeń wirnika klatka wirnika wentylator 7

18 BUDOWA SILNIKA INDUKCYJNEGO TRÓJFAZOWEGO KLATKOWEGO 8

19 BUDOWA SILNIKA INDUKCYJNEGO TRÓJFAZOWEGO KLATKOWEGO Połączenie uzwojeń stojana w gwiazdę 9

20 BUDOWA SILNIKA INDUKCYJNEGO TRÓJFAZOWEGO KLATKOWEGO 0

21 WIRNIK KLATKOWY. Rdzeń wirnika. Pręty klatki (miedź lub aluminium) 3. Łopatki wentylatora 4. Pierścienie zwierające

22 WIRNIK PIERŚCIENIOWY wyprowadzenie uzwojeń urządzenie szczotkowe szczotki łożysko żłobek rdzenia rdzeń wirnika wał łożysko pierścienie ślizgowe uzwojenie wirnika

23 ZASADA DZIAŁANIA SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO TRÓJFAZOWEGO INDUKCYJNEGO Pole magnetyczne stojana wirując z prędkością indukuje napięcie w uzwojeniach: = stojana E = 4,44 Φ z k (indukcja własna) wirnika E f s 4,44 Φ z k f 60 f p n = (indukcja wzajemna) Największe napięcie w wirniku indukuje się gdy wirnik jest nieruchomy tzn. gdy n=0 (silnik można wtedy porównać do transformatora w stanie zwarcia) wtedy f = f i Es = E = 4,44 Φ z k f Prąd w uzwojeniu wirnika E I s = Z n - prędkość wirowania pola stojana f, f - częstotliwość napięcia i prądu w uzwojeniach stojana i wirnika p - liczba par biegunów E - napięcie indukowane w uzwojeniach E - napięcie indukowane u uzwojeniach nieruchomego wirnika E s - napięcie indukowane u uzwojeniach ruchomego wirnika Z s - impedancja uzwojenia wirnika s s 3

24 ZASADA DZIAŁANIA SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO TRÓJFAZOWEGO INDUKCYJNEGO Współdziałanie pola od prądu wirnika z wirującym polem stojana daje moment obrotowy indukcyjny określony wzorem Me = c Φ I cos Ψ ψ - kąt między E s i I ; I cosψ - składowa czynna prądu Wirnik silnika obraca się zgodnie z kierunkiem wirowania pola stojana, a jego prędkość będzie mniejsza od prędkości pola i zależy od obciążenia silnika Wirnik silnika będzie się obracał wolniej niż pole, niejednocześnie z polem, asynchronicznie względem pola z pewnym poślizgiem s względem tego pola n n s = = n 60 f stąd n = n ( s) = ( s) p f f poślizg i prędkość wirowania wirnika mogą się zmieniać w granicach 0 < s 0 n < n praktyczna wartość poślizgu na biegu jałowym wynosi s = 0,0 0,05 4

25 ZASADA DZIAŁANIA SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO TRÓJFAZOWEGO INDUKCYJNEGO Poślizg zależy od momentu obciążenia i ma wpływ na: częstotliwość prądu w wirniku s = f napięcie indukowane w uzwojeniu wirnika E s 4,44 Φ z k s f f f = s f E s = E s = reaktancję i impedancję uzwojenia wirnika (rezystancja nie zależy od poślizgu) X s = X s = π L f s R s = R Z s = R + X s Xs prąd w uzwojeniu wirnika I s = E Z s s = s E Z s Parametry z indeksem dotyczą wirnika w spoczynku, z indeksem s w ruchu np.: 5

26 ZALEŻNOŚĆ MOMENTU OD POŚLIZGU Moment elektromagnetyczny M e (indukcyjny) = c Φ I cos Ψ Podstawiając do wzoru na moment E Φ = 4,44 k f z I Me ψ - kąt między E i I ; I cosψ - składowa czynna prądu s s E = Z s cosψ = R R + s X otrzymamy dla E =const otrzymamy ch-kę M e = f (s) obliczając dm e = ds M 0 e Dla poślizgu krytycznego s k funkcja M e =f(s) osiąga maksimum (wartość momentu krytycznego M k ) M emax = c E = 4,44 f z M k k R = c E s R + s X X określimy poślizg krytyczny = c c U E R s k = X R X s R + s X przy pewnej prędkości krytycznej n k 6

27 M k M r n M e M k M e CHARAKTERYSTYKA MECHANICZNA SILNIKA INDUKCYJNEGO TRÓJFAZOWEGO 0 s k n 0 R > R > R s n n k n M e = c M E emax U U U 3 > R = M s R > + s k c X U X M r s 0 n k3 n k n k n 0 n 0 M r M k M e 7

28 SPOSOBY ROZRUCHU SILNIKA INDUKCYJNEGO TRÓJFAZOWEGO Rozruch silników asynchronicznych (ograniczenie prądu rozruchu):. Rozruch bezpośredni (dla silników małej mocy) stosowany gdy prąd rozruchowy I r = (5 7)I n. Przełącznik gwiazda/trójkąt (przy gwieździe prąd pobierany z sieci jest 3 razy mniejszy niż przy trójkącie) 3. Włączenie dodatkowej rezystancji w obwodzie wirnika (tylko w silniku pierścieniowym). w chwili rozruchu: I bo R a moment rośnie bo cosψ rośnie 4. Rozruch przy obniżonym napięciu zasilającym dławiki dodatkowa rezystancja w obwodzie stojana autotransformatory (wada: maleje moment rozruchowy bo M e zależy od U ) 5. Zmiana częstotliwości napięcia zasilającego (gdy f małe to E małe i I małe ale moment rozruchowy nie maleje bo cosψ rośnie) przy rozruchu musi być spełniony waruneku /f = const 8

29 SPOSOBY ROZRUCHU SILNIKA INDUKCYJNEGO TRÓJFAZOWEGO Sieć 3 400V L L L3 + Przełącznik gwiazda/trójkąt (przy gwieździe prąd pobierany z sieci jest 3 razy mniejszy niż przy trójkącie) U V W Stojan U V W 0 Przełącznik Wirnik klatkowy 9

30 SPOSOBY ROZRUCHU SILNIKA INDUKCYJNEGO TRÓJFAZOWEGO Przełącznik gwiazda/trójkąt (przy gwieździe prąd pobierany z sieci jest 3 razy mniejszy niż przy trójkącie),5 0,5 0 I M e M M 0 M m n s 4 3 I I 0 I 0 n s 30

31 Stojan Wirnik pierścieniowy Sieć 3 400V L L L3 + U V W U V W K L M Rozrusznik R r ROZRUCH SILNIKA TRÓJFAZOWEGO INDUKCYJNEGO PIERŚCIENIOWEGO M e M n R R r4 >R r3 >R r >R r > r =0,5 0,5 0 I I n M m n nn s M e -moment elektromagn. (rozruchowy) M m -moment mechaniczny (hamujący) n nn s Włączenie dodatkowej rezystancji w obwodzie wirnika w chwili rozruchu: I bo R a moment rośnie bo cosψ rośnie I n -prąd znamionowy n n -prędkość znamionowa s-poślizg 3

32 SPOSOBY ROZRUCHU SILNIKA INDUKCYJNEGO TRÓJFAZOWEGO Sieć 3 400V L L L3 Dławiki Stojan + L L L Wirnik klatkowy U V W U V W Autotransformator Sieć 3 400V L L L3 Stojan Wirnik klatkowy + U V W U V W Rozruch przy obniżonym napięciu zasilającym dławiki dodatkowa rezystancja w obwodzie stojana autotransformatory (wada: maleje moment rozruchowy bo M e zależy od U ) 3

33 REGULACJA PRĘDKOŚCI SILNIKA INDUKCYJNEGO TRÓJFAZOWEGO 60 f Prędkość wirowania wirnika n = ( s) p Sposoby regulacji prędkości:. Zmiana częstotliwości napięcia zasilającego musi być spełniony waruneku /f = const. Zmiana liczby par biegunów p (tylko w silnikach klatkowych) regulacja skokowa prędkości 3. Zmiana poślizgu przez włączenie dodatkowej impedancji w obwód stojana lub wirnika niewielki zakres regulacji, sposób nieekonomiczny 33

34 34