Silnik indukcyjny - historia

Transkrypt

1 Silnik indukcyjny - historia Galileo Ferraris ( ) - w roku 1885 przedstawił konstrukcję silnika indukcyjnego. Nicola Tesla ( ) - podobną konstrukcję silnika przedstawił w roku Oba pierwsze silniki indukcyjne miały uzwojenia skupione, zasilane z sieci dwufazowej. Doliwo-Dobrowolski ( ) - w roku 1889 zaproponował konstrukcję silnika 3-fazowego pierścieniowego a później silnika klatkowego oraz 2- klatkowego. Obie konstrukcje były podobne do współczesnych konstrukcji maszyn indukcyjnych.

2 Silnik indukcyjny (klatkowy, asynchroniczny)

3

4 Budowa stojan wirnik Uzwojenie stojana Klatka wirnika żłobki

5 Wirnik silnika indukcyjnego Klatka wirnika

6

7

8 Pole wirujące uzwojenie trójfazowe stojana

9 Prądy w uzwojeniach fazowych stojana Pole wirujące

10

11 Pole wirujące Prądy fazowe Kierunki pola wirującego w kolejnych chwilach

12 Pole wirujące w stojanie silnika indukcyjnego Pole wirujące przedstawione jak magnes wirujący Siła działająca na pręty klatki, powoduje ruch wirnika F i[ l B] e [ v B] l siła elektromotoryczna indukowana w prętach klatki wirnika Klatka wirnika w wirującym polu magnetycznym Prądy indukowane w prętach klatki wirnika

13 Podstawowe wielkości w 0 2 f p n s 60 f p w n 30 s w0 w ; w 0 w w (1 0 s); f 2 sf n s, w o prędkość synchroniczna w obr/min i w rad/s s - poślizg, względna różnica prędkości pola w stojanie i prędkości wirnika w prędkość kątowa, p liczba par biegunów f, f 2 częstotliwość w stojanie i wirniku

14 Schemat zastępczy silnika asynchronicznego I 0 prąd magnesujący (prąd płynący przez reaktancję Xm I 1, I 2 prądy stojana i wirnika, R 1, R 2 rezystancje uzwojeń stojana i wirnika, X 1, X 2 reaktancje rozproszenia uzwojeń stojana i wirnika, R Fe rezystancja odpowiadająca za straty w żelazie, X m reaktancja główna, magnesowania

15 Charakterystyka mechaniczna SA obliczona na podstawie schematu zastępczego M e 2M k s sk s s k R 2 sk X z X1 X 2 X wl X z ; ; ( ) M k mu 2w X 0 U ; M ~ k ; 2 f 2 2 z Ważna zależność Me moment elektromagnetyczny silnika, Mk moment maksymalny, krytyczny, sk poślizg przy momencie maksymalnym, U napięcie zasilania fazowe m liczba faz, f- częstotliwość napięcia zasilającego

16 Charakterystyka mechaniczna M=f(n) w generator w M wn wo silnik Stabilna część charakterystyki w M -Mn M n Moment znamionowy M r Moment rozruchowy M M k Moment maksymalny,

17 Rodzaje pracy silnik, generator, hamulec

18 Moce i sprawność

19 Moce i sprawność Sprawność (z def.): Straty w miedzi wirnika: Moc mechaniczna: Moment na wale silnika: T m P m w 30P n m

20 Regulacja prędkości silnika asynchronicznego Dla silnika klatkowego Tylko do rozruchu, tzw. soft start

21 Regulacja prędkości silnika asynchronicznego n s 60 f p ; w 0 2 f p w w (1 0 s) - zmiana liczby par biegunów, - zmiana poślizgu (dla silnika pierścieniowego), - zmiana częstotliwości napięcia zasilania

22 Liczba par biegunów p=1 p=2 n s =60f/p, to dla f=50hz, n s =3000rpm n s =1500rpm

23 Zmiana liczby par biegunów p zmiana sposobu połączenia uzwojeń n s 60 f p ; w 0 2 f p dla p=1 n 1 =3000rpm, po przełączeniu uzwojenia na p=2 n 2 =1500rpm p=2 p=1 Możliwa tylko skokowa zmiana prędkości synchronicznej!!!

24 Zmiana napięcia na stojanie tzw. soft start Urządzenie do realizacji to sterownik napięcia U1 U2<U1 Mały zakres regulacji prędkości Ze względu na mały zakres regulacji metoda nie jest stosowana do regulacji prędkości silników klatkowych. Stosowana w przemyśle do rozruchu silnika asynchronicznego

25 Zmiana częstotliwości zasilania, f=var. -możliwa ciągła zmiana częstotliwości zasilania i prędkości maszyny, - konieczna jednoczesna zmiana napięcia - umożliwia płynny rozruch maszyny z kontrolą momentu rozruchowego, -urządzenie do realizacji: falownik

26 Rozruch silnika asynchronicznego Celem stosowania układów rozruchowych jest ograniczenie dużego prądu rozruchowego i ew. zwiększenie momentu rozruchowego (o ile jest to możliwe)

27 Rozruch silnika asynchronicznego bezpośredni, (duże prądy przy rozruchu, tylko silniki małej mocy), rozruch gwiazda trójkąt napięciowy, (napięcie stojana rośnie stopniowo w czasie ograniczenie prądów rozruchowych), tzw. soft-start, częstotliwościowy

28 Rozruch bezpośredni silnika asynchronicznego (bez układu regulacji, odpowiedź na skok wartości zadanej napięcia zasilania) Duży i niekontrolowany prąd przy rozruchu Oscylacje momentu 1 u sa -1 i 1 sa -1 Y 1 ra -1 Moment 1-1 Prędkość 1 0 budowanie strumienia Czas [ms]

29 Rozruch napięciowy Urządzenie do realizacji to sterownik napięcia Metoda stosowana do maszyny mało obciążonej albo do obciążenia o charakterystyce wentylatorowej

30 Rozruch częstotliwościowy możliwy płynny rozruch przez ciągłą zmianę częstotliwości (i napięcia) zasilającego. Prąd rozruchowy jest ograniczony, kontrolowany, także przy maszynie obciążonej. Silnik jest zasilany z falownika

31 Rozruch silnika asynchronicznego gwiazda/ trójkąt W pierwszej fazie rozruchu uzwojenia są połączone w gwiazdę a następnie w trójkąt + zmniejszenie prądów rozruchowych, - oraz momentu rozruchowego, -stosowane do rozruchu maszyny mało obciążonej

32

33

34

35 Metody hamowania silnika asynchronicznego -Przeciwprądem/przeciwwłączeniem (maszyna pierścieniowa), -Jednofazowe (maszyna pierścieniowa) -Dynamiczne -Generatorowe, odzyskowe

36 Metody hamowania silnika klatkowego zasilanego z falownika w wo A D U t, f B C -Mn E Mn M wo - Dynamiczne A, D, E - Generatorowe, odzyskowe A, B, C

37 FALOWNIKI PRZEMYSŁOWE

38 Falownik z prostownikiem diodowym - Przekształtnik jednokierunkowy, transport energii tylko z sieci do maszyny, w drugą stronę niemożliwy - Podczas hamowania energia wytracana na dodatkowej rezystancji Rh i w elementach układu -Bez rezystora hamującego ograniczona dynamika napędu

39 Falownik uniwersalny, dwukierunkowy - Przekształtnik dwukierunkowy umożliwiający transport energii w obu kierunkach: z sieci do maszyny i odwrotnie -Możliwy zwrot energii do sieci, czyli możliwa praca generatorowa maszyny i tzw. hamowanie odzyskowe -Układ sterowania kontroluje prąd hamowania -Dynamika napędu ograniczona tylko elementami i możliwościami odbioru energii przez źródło

40 Kształtowanie napięcia wyjściowego metodą MSI (Modulacji Szerokości Impulsów, ang. PWM)

41 Falownik z prostownikiem diodowym a dwukierunkowy Prąd sieciowy

42 Uniwersalne, dwukierunkowe falowniki napięcia a) b) Przebiegi prądu i napięcia fazowego sieci Napięcie przewodowe i prąd fazowy silnika

43 Tabliczka znamionowa silnika asynchronicznego

44 Stopień ochrony

45 Dane z tabliczki znamionowej