DWUBIEGOWY SILNIK SYNCHRONICZNY SYNCHRONIZOWANY NAPIĘCIEM ZMIENNYM

Podobne dokumenty
WPŁYW PARAMETRÓW UKŁADU NAPĘDOWEGO NA SKUTECZNOŚĆ SYNCHRONIZACJI SILNIKA DWUBIEGOWEGO

ŁAGODNA SYNCHRONIZACJA SILNIKA SYNCHRONICZNEGO DUŻEJ MOCY Z PRĘDKOŚCI NADSYNCHRONICZNEJ

WPŁYW UKŁADU STEROWANIA PRĄDEM WZBUDZENIA NA PROCES SYNCHRONIZACJI SILNIKA SYNCHRONICZNEGO

SYNCHRONIZACJA SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH PRZEZ ZMIANĘ KIERUNKU PRZEPŁYWU PRĄDU WZBUDZENIA

POLOWO OBWODOWY MODEL DWUBIEGOWEGO SILNIKA SYNCHRONICZNEGO WERYFIKACJA POMIAROWA

SYNCHRONIZACJA SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH. WYBÓR CHWILI ZAŁĄCZENIA PRĄDU WZBUDZENIA

MINIMALIZACJA PULSACJI PRĘDKOŚCI PODCZAS SYNCHRONIZACJI SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH

MOMENT ORAZ SIŁY POCHODZENIA ELEKTROMAGNETYCZNEGO W DWUBIEGOWYM SILNIKU SYNCHRONICZNYM

SAMOCZYNNA SYNCHRONIZACJA SILNIKÓW LSPMSM

BADANIA SYMULACYJNE PROCESU SYNCHRONIZACJI SILNIKÓW INDUKCYJNYCH PIERŚCIENIOWYCH

Prace Naukowe Instytutu Maszyn i Napędów Elektrycznych Nr 44 Politechniki Wrocławskiej Nr 44

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

DRGANIA ORAZ SIŁY POCHODZENIA ELEKTROMAGNETYCZNEGO W DWUBIEGOWYCH SILNIKACH SYNCHRONICZNYCH DUŻEJ MOCY

ROZRUCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH DUŻEJ MOCY PRZY CZĘŚCIOWYM ZASILANIU UZWOJENIA STOJANA

POLOWO - OBWODOWY MODEL BEZSZCZOTKOWEJ WZBUDNICY GENERATORA SYNCHRONICZNEGO

PORÓWNANIE SILNIKA INDUKCYJNEGO ORAZ SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI I ROZRUCHEM BEZPOŚREDNIM - BADANIA EKSPERYMENTALNE

KOMPENSACJA MOCY BIERNEJ SILNIKIEM SYNCHRONICZNYM, DWUBIEGOWYM, O UŁAMKOWYM STOSUNKU PRĘDKOŚCI

ZJAWISKA W OBWODACH TŁUMIĄCYCH PODCZAS ZAKŁÓCEŃ PRACY TURBOGENERATORA

WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNE SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH Z ROZRUCHEM ASYNCHRONICZNYM PRZY STEROWANIU CZĘSTOTLIWOŚCIOWYM

MAGNETOELEKTRYCZNY SILNIK MAŁEJ MOCY Z KOMPAKTOWYM WIRNIKIEM HYBRYDOWYM I Z ROZRUCHEM SYNCHRONICZNYM

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 80/

ZWARTE PRĘTY ROZRUCHOWE W SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

SILNIK RELUKTANCYJNY PRZEŁĄCZALNY PRZEZNACZONY DO NAPĘDU MAŁEGO MOBILNEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

OBLICZENIOWE BADANIE ZJAWISK WYWOŁANYCH USZKODZENIEM KLATKI WIRNIKA

SILNIK SYNCHRONICZNY ŚREDNIEJ MOCY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI ZASILANY Z FALOWNIKA

WYSOKOSPRAWNY JEDNOFAZOWY SILNIK LSPMSM O LICZBIE BIEGUNÓW 2p = 4 BADANIA EKSPERYMENTALNE

AWARYJNE STANY PRACY SILNIKÓW INDUKCYJNYCH PIERŚCIENIOWYCH

BADANIA DWUBIEGOWEGO SILNIKA SYNCHRONICZNEGO O PRZEŁĄCZALNYCH UZWOJENIACH TWORNIKA I WZBUDZENIA

SILNIK ELEKTRYCZNY O WZBUDZENIU HYBRYDOWYM

Silnik indukcyjny - historia

Parametry elektryczne i czasowe układów napędowych wentylatorów głównego przewietrzania kopalń z silnikami asynchronicznymi

Wykład 4. Strumień magnetyczny w maszynie synchroniczne magnes trwały, elektromagnes. Magneśnica wirnik z biegunami magnetycznymi. pn 60.

STEROWANIE CZĘSTOTLIWOŚCIOWE SILNIKÓW INDUKCYJNYCH SYNCHRONIZOWANYCH

Silniki synchroniczne

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

CHARAKTERYSTYKI EKSPLOATACYJNE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

ANALIZA UKŁADU ŁAGODNEJ SYNCHRONIZACJI SILNIKÓW ASYNCHRONICZNYCH SYNCHRONIZOWANYCH 1. WPROWADZENIE

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

WYZNACZANIE DRGAŃ WŁASNYCH KONSTRUKCJI DWUBIEGOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH

LABORATORIUM PRZETWORNIKÓW ELEKTROMECHANICZNYCH

ZASTOSOWANIE SKOSU STOJANA W JEDNOFAZOWYM SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

Obliczenia polowe silnika przełączalnego reluktancyjnego (SRM) w celu jego optymalizacji

CHARAKTERYSTYKI EKSPLOATACYJNE SILNIKA INDUKCYJNEGO DUŻEJ MOCY Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

BADANIA EKSPERYMENTALNE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

PORÓWNANIE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z SILNIKIEM SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI I ROZRUCHEM BEZPOŚREDNIM

Temat: ŹRÓDŁA ENERGII ELEKTRYCZNEJ PRĄDU PRZEMIENNEGO

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 1/5

POLOWO OBWODOWY MODEL DWUBIEGOWEGO SILNIKA SYNCHRONICZNEGO

Temat: Silniki komutatorowe jednofazowe: silnik szeregowy, bocznikowy, repulsyjny.

WPŁYW USZKODZENIA TRANZYSTORA IGBT PRZEKSZTAŁTNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI NA PRACĘ NAPĘDU INDUKCYJNEGO

WPŁYW ROZMIESZCZENIA MAGNESÓW NA WŁAŚCIWOŚCI EKSPOATACYJNE SILNIKA TYPU LSPMSM

PRACA RÓWNOLEGŁA PRĄDNIC SYNCHRONICZNYCH WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

OBLICZENIA POLOWE SILNIKA PRZEŁĄCZALNEGO RELUKTANCYJNEGO (SRM) W CELU JEGO OPTYMALIZACJI

Silniki prądu przemiennego

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

WPŁYW KLINÓW MAGNETYCZNYCH NA WŁAŚCIWOŚCI ROZRUCHOWE SILNIKA INDUKCYJNEGO

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Laboratorium z Elektrotechniki z Napędami Elektrycznymi

AGODZENIE ORAZ SKRÓCENIE CZASU PROCESU SYNCHRONIZACJI SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH **

KSZTAŁTOWANIE POLA MAGNETYCZNEGO W DWUBIEGOWYCH SILNIKACH SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

Silniki indukcyjne. Ze względu na budowę wirnika maszyny indukcyjne dzieli się na: -Maszyny indukcyjne pierścieniowe. -Maszyny indukcyjne klatkowe.

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

Rys. 1. Krzywe mocy i momentu: a) w obcowzbudnym silniku prądu stałego, b) w odwzbudzanym silniku synchronicznym z magnesem trwałym

WPŁYW OSADZENIA MAGNESU NA PARAMETRY SILNIKA MAGNETOELEKTRYCZNEGO O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

DWUBIEGOWE SILNIKI PRĄDU PRZEMIENNEGO

DRGANIA WŁASNE KONSTRUKCJI DWUBIEGOWEGO SILNIKA SYNCHRONICZNEGO

WPŁYW KSZTAŁTU SZCZELINY POWIETRZNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI SILNIKA SYNCHRONICZNEGO WZBUDZANEGO MAGNESAMI TRWAŁYMI

POLOWO-OBWODOWY MODEL DWUBIEGOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 5. Analiza pracy oraz zasada działania silników asynchronicznych

Silniki prądu stałego

SILNIKI ELEKTRYCZNE W NAPĘDACH GÓRNICZYCH

BADANIA SYMULACYJNE SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH PRZEZNACZONYCH DO NAPĘDU WYSOKOOBROTOWEGO

ROZRUCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

MODELOWANIE SILNIKA KOMUTATOROWEGO O MAGNESACH TRWAŁYCH ZASILANEGO Z PRZEKSZTAŁTNIKA IMPULSOWEGO

BADANIA PORÓWNAWCZE SILNIKA INDUKCYJNEGO KLATKOWEGO PODCZAS RÓŻNYCH SPOSOBÓW ROZRUCHU 1. WSTĘP

PRĄDNICE I SILNIKI. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

SILNIK PMSM MAŁEJ MOCY PRZEZNACZONY DO ROZRUCHU SYNCHRONICZNEGO

ANALIZA WPŁYWU SPOSOBU NAMAGNESOWANIA MAGNESÓW NA PRZEBIEGI CZASOWE WIELKOŚCI ELEKTRYCZNYCH I MECHANICZNYCH W SILNIKU BEZSZCZOTKOWYM

Badanie prądnicy synchronicznej

SILNIK SYNCHRONICZNY WZBUDZANY MAGNESAMI TRWAŁYMI W NAPĘDZIE POMPY DUŻEJ MOCY

Ćwiczenie: "Silnik prądu stałego"

WYKORZYSTANIE EFEKTU WYPIERANIA PRĄDU W ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM MASZYN WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

WYBÓR CHWILI ZAŁCZENIA NAPICIA WZBUDZENIA PODCZAS SYNCHRONIZACJI SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH

9. Napęd elektryczny test

Laboratorium Elektroniki w Budowie Maszyn

Wyznaczanie zakresu regulacji mocy biernej silnika z biegunami jawnymi na podstawie pomiarów stanu pracy synchronicznej

Maszyny i napęd elektryczny I Kod przedmiotu

SILNIK BEZSZCZOTKOWY O WIRNIKU KUBKOWYM

Ćwiczenie 1. Symulacja układu napędowego z silnikiem DC i przekształtnikiem obniżającym.

Ćwiczenie EA1 Silniki wykonawcze prądu stałego

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI Badanie silnika bocznikowego prądu stałego

W3 Identyfikacja parametrów maszyny synchronicznej. Program ćwiczenia:

Ćwiczenie 1b. Silnik prądu stałego jako element wykonawczy Modelowanie i symulacja napędu CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe Nr 2/2019 (122) 111

PRACY SILNIKÓW INDUKCYJNYCH

JEDNOFAZOWE SILNIKI INDUKCYJNE Z UZWOJENIEM POMOCNICZYM ZWARTYM

Badanie prądnicy prądu stałego

Wykaz ważniejszych oznaczeń Podstawowe informacje o napędzie z silnikami bezszczotkowymi... 13

Transkrypt:

Prace Naukowe Instytutu aszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Nr 63 Politechniki Wrocławskiej Nr 63 Studia i ateriały Nr 29 2009 maszyny elektryczne, silniki synchroniczne, synchronizacja, obliczenia polowo-obwodowe PAWEŁ ZALAS *, JAN ZAWILAK* DWUBIEGOWY SILNIK SYNCHRONICZNY SYNCHRONIZOWANY NAPIĘCIE ZIENNY W pracy wykazano możliwości uzyskania efektu łagodnej synchronizacji przez zasilanie uzwojenia wzbudzenia silnika synchronicznego, w stanie pracy asynchronicznej, napięciem przemiennym z wykorzystaniem jednofazowego falownika napięcia. Przyjęta metoda synchronizacji została porównana z innymi proponowanymi metodami synchronizacji. Analizę procesów synchronizacji wykonano stosując opracowany polowo-obwodowy model dwubiegowego silnika synchronicznego dużej mocy typu GAe 1716/20t, pracującego w napędach wentylatorów głównych kopalni podziemnych. Wyniki obliczeń zamieszczono w postaci wykresów czasowych. 1. WSTĘP Znaczący wpływ na przebieg stanów przejściowych podczas procesu synchronizacji silnika synchronicznego o wzbudzeniu elektromagnetycznym ma chwila inicjacji procesu. Wzajemne położenie biegunów pola stojana i pola wirnika w chwili załączenia napięcia wzbudzenia ma niekiedy decydujący wpływ na skuteczność procesu [7]. a to szczególne znaczenie podczas synchronizacji silników synchronicznych dwubiegowych, w których dla jednej z prędkości obrotowych liczba biegunów magnetycznych jest inna niż liczba biegunów mechanicznych [12]. Ze względu na koszty, silniki tego typu buduje się przez modernizację, wykorzystując magnetowód i konstrukcję mechaniczną silników jednobiegowych. Takie silniki o mocach do 3150 kw pracują z powodzeniem od wielu lat w napędach wentylatorów kopalnianych kopalni głębinowych węgla i miedzi [1]. Obecnie najczęściej zwiększenie skuteczności synchronizacji, niezależnie od wartości kąta δ w chwili załączenia napięcia wzbudzenia, gdzie δ jest kątem między osią * Politechnika Wrocławska, Instytut aszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych, ul. Smoluchowskiego 19, 50-372 Wrocław, pawel.zalas@pwr.wroc.pl, jan.zawilak@pwr.wroc.pl.

51 pola stojana o osią pola wirnika, uzyskuje się przez forsowanie prądu [11]. Jednak przypadkowa, często niewłaściwa, chwila rozpoczęcia procesu oraz duża, przekraczająca czasem nawet 2,5I wn, wartość prądu magneśnicy powodują wiele niekorzystnych zjawisk elektrycznych i mechanicznych [7, 11]. Inną metodą zwiększenia skuteczności procesu synchronizacji i skrócenia jego czasu, przy jednoczesnym złagodzeniu przebiegów dynamicznych, jest wybór korzystnej chwili załączenia napięcia stałego [11] oraz odpowiednie sterowanie wartością prądu wzbudzenia [7, 10] podczas procesu. Pewną i łagodną synchronizację silnika w dogodnej chwili czasowej, bez konieczności analizy wzajemnego położenia osi pola stojana względem osi pola wirnika w chwili inicjacji procesu oraz bez forsowania prądu zapewnia synchronizacja napięciem przemiennym [9]. Celem pracy jest wykazanie możliwości uzyskania efektu łagodnej synchronizacji napięciem przemiennym na przykładzie dwubiegowego silnika synchronicznego o niekonwencjonalnej konstrukcji typu GAe 1716/20t. Zaproponowaną metodę synchronizacji porównano z innymi metodami. 2. POLOWO-OBWODOWA ANALIZA PROCESU SYNCHRONIZACJI Analizę procesu synchronizacji przeprowadzono wykorzystując opracowany model polowo-obwodowy silnika typu GAe 1716/20t [7, 8]. Podstawowe parametry silnika zestawiono w tabeli 1. Silnik ma 16 biegunów wydatnych oraz klatkę rozruchową umieszczoną w nabiegunnikach wirnika. aszyny takie pracują w napędach wentylatorów głównych typu WPK 5.3 kopalni podziemnych. W celu weryfikacji modelu obliczeniowego wykonano pomiary badanego silnika zainstalowanego w stacji wentylatorowej zakładu górniczego. Na podstawie porównania wielkości obliczonych i pomierzonych stwierdzono, że opracowany model polowo-obwodowy dwubiegowego silnika synchronicznego jest poprawny [7]. Tabela 1. Dane znamionowe dwubiegowego silnika synchronicznego typu GAe 1716/20t Table 1. Rating of two-speed synchronous motor type GAe 1716/20t moc znamionowa kw 2600 1200 napięcie stojana V 6000 6000 prąd stojana A 292 186 napięcie wzbudzenia V 86 78 prąd wzbudzenia A 337 300 prędkość obrotowa obr/min 375 300 współczynnik mocy - 0,9 poj. 0,77 ind. sprawność % 95,5 81,0

52 Na rysunkach 1 4 pokazano obliczone przebiegi czasowe prądu stojana I s, prądu wzbudzenia I w, napięcia U w na zaciskach uzwojenia wzbudzenia, prędkości obrotowej oraz momentu elektromagnetycznego podczas procesów synchronizacji badanego silnika na mniejszej prędkości obrotowej, p = 10. Dla tej prędkości obrotowej silnika dwubiegowego liczba biegunów mechanicznych jest inna niż liczba biegunów magnetycznych (odpowiednio 16 i 20) [2]. Powoduje to wzrost elektromechanicznej stałej czasowej układu napędowego oraz duży poślizg silnika podczas biegu asynchronicznego [7], co ma znaczący wpływ na przebieg procesu synchronizacji. Jako pierwsze wykonano obliczenia procesu synchronizacji przez forsowanie prądu, załączając napięcia stałe o wartości 2,5 U wn do uzwojenia wzbudzenia dla kąta δ = -180º (rys. 1). Taki przebieg może mieć proces synchronizacji realizowany na obiekcie rzeczywistym w sytuacji, gdy wybór chwili załączenia napięcia wzbudzenia jest przypadkowy. W obliczeniach przyjęto moment obciążenia 0,45 n, co odpowiada obciążeniu, jakie na obiekcie rzeczywistym stanowi wentylator WPK 5.3 przy zamkniętych klapach aparatu kierowniczego [6], oraz uwzględniono wypadkowy moment bezwładności układu napędowego wentylatora J z 40 000 kg m 2 [5]. I w [obr/min] n U w I s [Nm], k=0.005 k=200 N n [obr/min], k=1 Rys. 1. Czasowe przebiegi wielkości podczas synchronizacji silnika rozpoczętej dla kąta δ = -180º i prądu wzbudzenia 2,5I wn, p = 10 Fig. 1. Waveforms of the quantities during motor synchronization started for angle δ = -180º and field current 2,5I wn, p = 10 Forsowanie prądu wzbudzenia, pomimo niekorzystnej chwili inicjacji procesu (kąt δ = 180º), pozwala na zwiększenie momentu synchronizującego, zapewniając skuteczną synchronizację silnika podczas pierwszej współfazowości pola twornika i magneśnicy. Wywołuje to jednak znaczne pulsacje prędkości (rys. 1) i udary prądów t [s]

53 stojana oraz duże amplitudy zmian wartości chwilowych momentu elektromagnetycznego. Duże oscylacje prędkości (rys. 1) wokół wartości synchronicznej powodują, że czas ustalenia się procesów przejściowych, a tym samym czas synchronizacji, ulega znacznemu wydłużeniu. Na rysunku 2 pokazano przebiegi czasowe odpowiednich wielkości podczas procesu synchronizacji badanego silnika dla przyjętych wcześniej warunków pracy oraz znamionowej wartości napięcia wzbudzenia. Proces został rozpoczęty dla wartości kąta δ = 45º (rys. 2). [obr/min] n I w U w I s [Nm], k=0.005 k=200 N n [obr/min], k=1 t [s] Rys. 2. Czasowe przebiegi wielkości podczas synchronizacji silnika rozpoczętej dla kąta δ = 45º i znamionowej wartości napięcia wzbudzenia, p=10 Fig. 2. Waveforms of the quantities during motor synchronization started for angle δ = 45º and the rated field current, p = 10 Załączenie napięcia stałego dla wartości kąta δ = 45º, przy nabiegających biegunach pola stojana na odpowiadające im bieguny pola wirnika zwiększa szybkość ustalenia się przebiegu prądu płynącego w uzwojeniu magneśnicy na wartości znamionowej (rys. 2), co powoduje powstanie momentu dynamicznego o większej wartości. Dzięki temu następuje skuteczna synchronizacja o łagodnym przebiegu stanów przejściowych, bez konieczności forsowania prądu. Stała wartość napięcia załączonego do uzwojenia wzbudzenia, w trakcie całego procesu synchronizacji (rys. 2), powoduje jednak duże chwilowe nadwyżki momentu elektromagnetycznego nad momentem obciążenia. Wywołuje to pulsacje prędkości obrotowej oraz występowanie zmiennego momentu o dużej amplitudzie, co wydłuża czas ustalenia się przebiegów dynamicznych. Skrócenie stanów przejściowych podczas procesu synchronizacji można uzyskać przez zmianę wartości prądu wzbudzenia

54 z wykorzystaniem np. zamkniętego układu regulacji, sterowanego w funkcji prędkości obrotowej silnika. Układ, opisany szerzej w [7, 10] pracuje z dwoma pętlami zwrotnymi: od prędkości obrotowej oraz od prądu wzbudzenia. Załączenie układu następuje w chwili inicjacji procesu. Na rysunku 3 pokazano wyniki obliczeń odpowiednich wielkości podczas procesu synchronizacji badanego silnika, dla identycznych warunków pracy jak poprzednio, z zastosowaniem zamkniętego układu regulacji prądu wzbudzenia. Proces synchronizacji został rozpoczęty dla kąta δ = 0º (rys. 3), co dla przyjętych warunków zasilania oraz obciążenia silnika jest korzystną chwilą inicjacji procesu. [obr/min] n I w I s U w [Nm], k=0.005 N [Nm], [obr/min], k=200 k=1 n [obr/min], k=1 Rys. 3. Czasowe przebiegi wielkości podczas synchronizacji silnika i zamkniętego układu regulacji prądu wzbudzenia, p = 10 Fig. 3. Waveforms of the quantities during motor synchronization and close-loop field current control, p = 10 [s] t [s] Zastosowanie zamkniętego układu regulacji pozwoliło znacznie skrócić czas procesu synchronizacji silnika (rys. 3) w stosunku do metody forsowania prądu wzbudzenia (rys. 1). Znacząco zredukowano pulsacje momentu elektromagnetycznego ograniczając je do wartości dodatnich (rys. 3). W przebiegu czasowym prędkości wirnika praktycznie nie występują oscylacje, a prędkość synchroniczna ustala się po upływie ok. 3 sekund od chwili rozpoczęcia procesu. Zaproponowane metody synchronizacji: przez wybór korzystnej chwili załączenia napięcia stałego (rys. 2) oraz przez odpowiednie sterowanie wartością prądu wzbudzenia (rys. 3) zapewniają skuteczny i łagodny przebieg procesu dla znamionowej wartości napięcia wzbudzenia pod warunkiem, że inicjacja procesu następuje w stanie pracy asynchronicznej ustalonej, a poślizg silnika jest najmniejszy. W innym przy-

55 padku silnik mógłby utknąć w stanie pracy asynchronicznej wzbudzonej maszyny synchronicznej przy znaczących amplitudach prądów stojana oraz pulsacjach momentu elektromagnetycznego i prędkości obrotowej [4]. Spełnienie powyższego warunku wymaga opóźnienia załączenia napięcia stałego do uzwojenia magneśnicy, po ustaleniu się prędkości biegu asynchronicznego o przynajmniej jeden pełny okres zmian wartości kąta δ od 180º do 180º (rys.1), co dodatkowo wydłuża czas procesu. etodą pozbawioną tej wady jest synchronizacja z wykorzystaniem przemiennego napięcia wzbudzenia. oże to być realizowane przez modyfikację już zainstalowanej wzbudnicy statycznej i zastosowanie w obwodzie zasilania uzwojenia magneśnicy jednofazowego falownika napięcia. Umożliwia to zasilanie uzwojenia wzbudzenia, w stanie pracy asynchronicznej, napięciem przemiennym o fazie i częstotliwości zgodnej z przebiegiem napięcia indukowanego w uzwojeniu magneśnicy. Na rysunku 4 pokazano wyniki obliczeń procesu synchronizacji dla identycznych warunków pracy jak poprzednio, uwzględniając w modelu silnika napięcie przemienne, o amplitudzie 180V, zasilające obwód magneśnicy. Po osiągnięciu przez silnik prędkości synchronicznej nastąpiło załączenie stałego napięcia wzbudzenia o wartości znamionowej. W celu zwiększenia czytelności pokazanych wyników obliczeń rzeczywisty przebieg napięcia na wyjściu falownika zastąpiono napięciem uśrednionym. [obr/min] U w n I s I w [Nm], k=0.005 N [Nm], [obr/min], k=200 k=1 n [obr/min], k=1 Rys. 4. Czasowe przebiegi wielkości podczas synchronizacji silnika napięciem zmiennym, p = 10 Fig. 4. Waveforms of the quantities during motor synchronization by AC voltage, p = 10 Zastosowanie zaproponowanej metody synchronizacji pozwoliło zmniejszyć amplitudy zmian wartości chwilowych momentu elektromagnetycznego oraz prędkości i udary prądów stojana w chwili osiągnięcia przez silnik prędkości synchronicznej [s] t [s]

56 (rys. 4). Załączenie napięcia przemiennego do uzwojenia wzbudzenia zapewniło, w stanie pracy podsynchronicznej, zwiększenie amplitudy prądu magneśnicy, a tym samym wypadkowego momentu asynchronicznego. Spowodowało to zmniejszenie poślizgu, stwarzając warunki, w których wartość momentu reluktancyjnego jest wystarczająca do skutecznej i łagodnej synchronizacji silnika (rys. 4). 3. WNIOSKI Zasilanie uzwojenia wzbudzenia dwubiegowego silnika synchronicznego w stanie pracy asynchronicznej odpowiednio dobranym napięciem przemiennym pozwala na stopniowe zwiększenie prędkości obrotowej, zapewniając łagodną synchronizację w najkrótszym możliwym czasie po dokonaniu przez silnik rozruchu i w dogodnej chwili czasowej. Najkrótszy czas ustalenia się przebiegów dynamicznych po osiągnięciu przez silnik prędkości synchronicznej zapewnia zastosowanie zamkniętego układ regulacji prądu wzbudzenia. LITERATURA [1] ANTAL L., ZAWILAK J., Badania dwubiegowego silnika synchronicznego o przełączalnych uzwojeniach twornika i wzbudzenia, Prace Nauk. IiNE. PWr. nr 56, Studia i at. nr 24, 2004, s. 31 42. [2] ANTAL L., ZAWILAK J., Pole magnetyczne synchronicznego silnika jawnobiegunowego o dwóch prędkościach obrotowych, Prace Nauk. INiPE. PWr. nr 44, Studia i at. nr 19, 1996, s. 11 20. [3] ANTAL L., ZAWILAK J., Wyniki badań dwubiegowego silnika synchronicznego, asz. Elektr. Zesz. Probl. BOBRE Komel, 2004, nr 68, s. 107 112. [4] PASZEK W., Dynamika maszyn elektrycznych prądu przemiennego, Gliwice, Helion, 1998. [5] POWEN Jednostrumieniowy kopalniany wentylator główny, typ WPK 5.3, Karta informacyjna produktu, Zabrze. [6] Wyniki pomiarów, Wykonanie pomiarów charakterystyk wentylatorów głównych w stacjach przy szybach R-V, R-VII i R-X, U-102/NW/02, CBP CUPRU, Wrocław-Rudna 2002. [7] ZALAS P., Analiza procesu synchronizacji silników synchronicznych z rozruchem asynchronicznym, Rozprawa doktorska, Politechnika Wrocławska, Wrocław 2007. [8] ZALAS P., ZAWILAK J., Dwubiegowy silnik synchroniczny w ujęciu polowo-obwodowym, Prace Nauk. INiPE. PWr. nr 56, Studia i ateriały nr 23, 2003, s. 65 77. [9] ZALAS P., ZAWILAK J., Falownik napięcia w obwodzie wzbudzenia silnika synchronicznego dużej mocy, Przegląd Elektrotechniczny, 2008 R. 84, nr 12, s. 119 121. [10] ZALAS P., ZAWILAK J., Łagodzenie oraz skrócenie czasu procesu synchronizacji silników synchronicznych, SE 2006, Kraków, 3 6.07.2006, 355 358. [11] ZALAS P., ZAWILAK J., Wybór chwili załączenia napięcia wzbudzenia podczas synchronizacji silników synchronicznych, asz. Elektr. Zesz. Probl. BOBRE Komel, 2005, nr 71, s. 59 64. [12] ZAWILAK J., Uzwojenia zmiennobiegunowe maszyn elektrycznych prądu przemiennego, Prace Naukowe Instytutu Układów Elektromaszynowych Politechniki Wrocławskiej nr 37, onografie nr 6, Wrocław, 1986.

57 TWO SPEED SYNCHRONOUS OTOR SYNCHRONIZED BY AC VOLTAGE The work presents calculation results of synchronization process of two-speed, silent pole, high power synchronous motor type GAe 1716/20t. The calculations were based on examined and validated by measurements, field-circuit calculation model of the motor. The two-speed motor runs in the drive of a WPK 5.3 mine fan in deep mines. The influence of voltage inverter in excitation circuit on gentle synchronization process was studied. The influence of AC or DC field voltage on stator currents, field current, electromagnetic torque and rotational speed during synchronization process was compared. The calculation results are presented as diagrams over time.