JEDNOFAZOWE SILNIKI INDUKCYJNE Z UZWOJENIEM POMOCNICZYM ZWARTYM

Podobne dokumenty
POLOWO OBWODOWY MODEL DWUBIEGOWEGO SILNIKA SYNCHRONICZNEGO WERYFIKACJA POMIAROWA

OBLICZENIOWE BADANIE ZJAWISK WYWOŁANYCH USZKODZENIEM KLATKI WIRNIKA

ZJAWISKA W OBWODACH TŁUMIĄCYCH PODCZAS ZAKŁÓCEŃ PRACY TURBOGENERATORA

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

WPŁYW KLINÓW MAGNETYCZNYCH NA WŁAŚCIWOŚCI ROZRUCHOWE SILNIKA INDUKCYJNEGO

MOMENT ORAZ SIŁY POCHODZENIA ELEKTROMAGNETYCZNEGO W DWUBIEGOWYM SILNIKU SYNCHRONICZNYM

APLIKACJA NAPISANA W ŚRODOWISKU LABVIEW SŁUŻĄCA DO WYZNACZANIA WSPÓŁCZYNNIKA UZWOJENIA MASZYNY INDUKCYJNEJ

SILNIK RELUKTANCYJNY PRZEŁĄCZALNY PRZEZNACZONY DO NAPĘDU MAŁEGO MOBILNEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

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

CHARAKTERYSTYKI EKSPLOATACYJNE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

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

Silnik indukcyjny - historia

POLOWO - OBWODOWY MODEL BEZSZCZOTKOWEJ WZBUDNICY GENERATORA SYNCHRONICZNEGO

ANALIZA WPŁYWU NIESYMETRII NAPIĘCIA SIECI NA OBCIĄŻALNOŚĆ TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH

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

TECHNOLOGICZNE I EKSPLOATACYJNE SKUTKI ZMIAN KSZTAŁTU PRĘTA KLATKI SILNIKA INDUKCYJNEGO DUŻEJ MOCY

2. Struktura programu MotorSolve. Paweł Witczak, Instytut Mechatroniki i Systemów Informatycznych PŁ

ROZRUCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH DUŻEJ MOCY PRZY CZĘŚCIOWYM ZASILANIU UZWOJENIA STOJANA

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

LABORATORIUM PRZETWORNIKÓW ELEKTROMECHANICZNYCH

BADANIE WPŁYWU GRUBOŚCI SZCZELINY POWIETRZNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH W OPARCIU O OBLICZENIA POLOWE

BADANIA EKSPERYMENTALNE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

MODELOWANIE KONSTRUKCJI MIKROSILNIKA ZE ZWOJEM ZWARTYM NA PODSTAWIE ANALIZY POLOWEJ

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 80/

DWUKIERUNKOWY JEDNOFAZOWY SILNIK SYNCHRONICZNY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

Oddziaływanie wirnika

WYKORZYSTANIE EFEKTU WYPIERANIA PRĄDU W ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM MASZYN WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

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

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

WPŁYW PARAMETRÓW UKŁADU NAPĘDOWEGO NA SKUTECZNOŚĆ SYNCHRONIZACJI SILNIKA DWUBIEGOWEGO

BADANIA SYMULACYJNE SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH PRZEZNACZONYCH DO NAPĘDU WYSOKOOBROTOWEGO

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

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

CHARAKTERYSTYKI EKSPLOATACYJNE SILNIKA INDUKCYJNEGO DUŻEJ MOCY Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

Silniki synchroniczne

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka

ŁAGODNA SYNCHRONIZACJA SILNIKA SYNCHRONICZNEGO DUŻEJ MOCY Z PRĘDKOŚCI NADSYNCHRONICZNEJ

ZASTOSOWANIE SKOSU STOJANA W JEDNOFAZOWYM SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

ANALIZA WŁASNOŚCI SILNIKA INDUKCYJNEGO SYNCHRONIZOWANEGO (LSPMSM) METODĄ OBLICZEŃ POLOWYCH.

STEROWANIE CZĘSTOTLIWOŚCIOWE SILNIKÓW INDUKCYJNYCH SYNCHRONIZOWANYCH

WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH MASZYN RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH

BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 1/5

SILNIK SYNCHRONICZNY ŚREDNIEJ MOCY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI ZASILANY Z FALOWNIKA

Sposób analizy zjawisk i właściwości ruchowych maszyn synchronicznych zależą od dwóch czynników:

(13) B1 (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) PL B1 H02P 1/34

JEDNOFAZOWY SILNIK SYNCHRONICZNY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI. KONSTRUKCJA I PARAMETRY

SYNCHRONIZACJA SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH. WYBÓR CHWILI ZAŁĄCZENIA PRĄDU WZBUDZENIA

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

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

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

WPŁYW USZKODZENIA TRANZYSTORA IGBT PRZEKSZTAŁTNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI NA PRACĘ NAPĘDU INDUKCYJNEGO

NOWA SERIA WYSOKOSPRAWNYCH DWUBIEGUNOWYCH GENERATORÓW SYNCHRONICZNYCH WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

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

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

BADANIA SYMULACYJNE SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO SYNCHRONIZOWANEGO MOMENTEM RELUKTANCYJNYM

DWUBIEGOWY SILNIK SYNCHRONICZNY SYNCHRONIZOWANY NAPIĘCIEM ZMIENNYM

Badania maszyny reluktancyjnej przełączalnej, przeznaczonej do napędu lekkiego pojazdu elektrycznego

CHARAKTERYSTYKI I STEROWANIE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z DWOMA UZWOJENIAMI STOJANA

Trójfazowe silniki indukcyjne. 1. Wyznaczenie charakterystyk rozruchowych prądu stojana i momentu:

WERYFIKACJA METOD OBLICZENIOWYCH SILNIKÓW TARCZOWYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNE SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH Z ROZRUCHEM ASYNCHRONICZNYM PRZY STEROWANIU CZĘSTOTLIWOŚCIOWYM

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

WYZNACZANIE DRGAŃ WŁASNYCH KONSTRUKCJI DWUBIEGOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH

ANALIZA STRUKTUR MAGNETOELEKTRYCZNYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH O ROZRUCHU CZĘSTOTLIWOŚCIOWYM. OBLICZENIA

Konstrukcje Maszyn Elektrycznych

WPŁYW ROZMIESZCZENIA MAGNESÓW NA WŁAŚCIWOŚCI EKSPOATACYJNE SILNIKA TYPU LSPMSM

Silniki prądu stałego. Wiadomości ogólne

ROZRUCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

MODELOWANIE SILNIKÓW INDUKCYJNYCH Z ELEMENTAMI NIESYMETRII

MODEL POLOWO-OBWODOWY SILNIKA INDUKCYJNEGO ZE ZWARCIAMI ZWOJOWYMI

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

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

SPIS TREŚCI PRZEDMOWA WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ 1. PODSTAWOWE INFORMACJE O NAPĘDZIE Z SILNIKAMI BEZSZCZOTKOWYMI 1.1. Zasada działania i

Maszyna indukcyjna jest prądnicą, jeżeli prędkość wirnika jest większa od prędkości synchronicznej, czyli n > n 1 (s < 0).

ZAGADNIENIA STANÓW DYNAMICZNYCH TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH W WYBRANYCH NIESYMETRYCZNYCH UKŁADACH POŁĄCZEŃ

PORÓWNANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO I JEDNOFAZOWEGO SILNIKA SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI. BADANIA EKSPERYMENTALNE

MODELOWANIE POLOWE SILNIKÓW JEDNOFAZOWYCH Z KONDENSATOREM ROBOCZYM O PRZEŁĄCZALNYCH UZWOJENIACH

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 75/

Silnik tarczowy z wirnikiem wewnętrznym

WIROWYCH. Ćwiczenie: ĆWICZENIE BADANIE PRĄDÓW ZAKŁ AD ELEKTROENERGETYKI. Opracował: mgr inż. Edward SKIEPKO. Warszawa 2000

Proceedings of XLI International Symposium on Electrical Machines SME 2005, June, Jarnołtówek, Poland

Ćwiczenie: "Silnik prądu stałego"

bieguny główne z uzwojeniem wzbudzającym (3), bieguny pomocnicze (komutacyjne) (5), tarcze łożyskowe, trzymadła szczotkowe.

Opracował: mgr inż. Marcin Wieczorek

SILNIK ELEKTRYCZNY O WZBUDZENIU HYBRYDOWYM

BADANIA MASZYNY RELUKTANCYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ PRZEZNACZONEJ DO NAPĘDU LEKKIEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

KSZTAŁTOWANIE POLA MAGNETYCZNEGO W DWUBIEGOWYCH SILNIKACH SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

BADANIE STABILNOŚCI TURBOGENERATORA PRZY ZMIANACH OBCIĄśENIA

ANALIZA PORÓWNAWCZA WYBRANYCH MODELI SILNIKÓW TARCZOWYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

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

Badanie silnika indukcyjnego jednofazowego i transformatora

METODA POLOWO-OBWODOWA OBLICZANIA CHARAKTERYSTYK ELEKTROMECHANICZNYCH SYNCHRONICZNYCH SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH

WPŁYW KSZTAŁTU SZCZELINY POWIETRZNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI SILNIKA SYNCHRONICZNEGO WZBUDZANEGO MAGNESAMI TRWAŁYMI

WYZNACZANIE STRAT MOCY W RDZENIU MAGNETYCZNYM MIKROSILNIKÓW INDUKCYJNYCH

WPŁYW OSADZENIA MAGNESU NA PARAMETRY SILNIKA MAGNETOELEKTRYCZNEGO O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

Jeżeli zwój znajdujący się w polu magnetycznym o indukcji B obracamy z prędkością v, to w jego bokach o długości l indukuje się sem o wartości:

STUDIA I STOPNIA NIESTACJONARNE ELEKTROTECHNIKA

1. W zależności od sposobu połączenia uzwojenia wzbudzającego rozróżniamy silniki:

Transkrypt:

Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Nr 58 Politechniki Wrocławskiej Nr 58 Studia i Materiały Nr 25 2005 elektrotechnika, silniki indukcyjne, jednofazowe, klatkowe, analiza, projektowanie, symulacja * Krzysztof MAKOWSKIF JEDNOFAZOWE SILNIKI INDUKCYJNE Z UZWOJENIEM POMOCNICZYM ZWARTYM W referacie przedstawiono skrótowo efekty wieloletnich badań jednofazowych silników indukcyjnych z pomocniczym uzwojeniem zwartym prowadzonych w Instytucie Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej. Przedstawiono w krótki sposób zarys historyczny badań dotyczących modelu matematycznego silnika służącego do symulacji oraz analizy pracy silnika. Obliczenia symulacyjne wspierane pomiarami silników doprowadziły do opracowania modelu obwodowego oraz modelu obwodowo-polowego silnika pozwalające na symulację charakterystyk pracy jednofazowych silników indukcyjnych z uzwojeniem pomocniczym zwartym w stanie ustalonym. 1. WPROWADZENIE Jednofazowe silniki indukcyjne z pomocniczym uzwojeniem zwartym ze względu na dużą trwałość i niezawodność pracy oraz niski koszt wytwarzania mimo stosunkowo małej sprawności mają szerokie zastosowanie w sprzęcie powszechnego użytku do napędu wentylatorów, pomp i gramofonów oraz w przemyśle jako napęd wentylatorów urządzeń grzejnych i wentylacyjnych. Produkowane są masowo, najczęściej jako silniki dwubiegunowe o mocach od kilku do kilkudziesięciu watów. W konstrukcjach silników stosowanych w napędach wymagających zwiększonego momentu rozruchowego stosuje się, oprócz odpowiednio rozłożonych zwojów zwartych na biegunie, nierównomierną szczelinę powietrzną pod biegunem stojana. Niniejszy artykuł przedstawia w dużym zarysie rozwój i efekty końcowe wieloletnich badań jednofazowych silników indukcyjnych z pomocniczym uzwojeniem zwartym, które były prowadzone w ramach działalności statutowej i własnej Instytutu Maszyn, *Politechnika Wrocławska, Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych, 50-372 Wrocław, ul. Smoluchowskiego 19, krzysztof.makowski@pwr.wroc.pl

Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej przy współpracy z przemysłem, z udziałem autora artykułu, prof. K. Schoeppa, doc. W. Karwackiego i prof. A. Kordeckiego oraz innych osób, których nazwiska są wymienione w cytowanej na końcu artykułu literaturze. Badania jednofazowych silników indukcyjnych z pomocniczym uzwojeniem zwartym zostały zapoczątkowane w 1974 r. przez zespół badawczy pod kierunkiem prof. K. Schoeppa (do którego dołączył w 1976 r. autor niniejszego artykułu jako doktorant) na zlecenie BOBRME Komel w Katowicach. Do opracowania modelu obwodowego silnika opartego na uogólnionej teorii maszyn indukcyjnych posłużyły prace Butler a i Wallace a [3], Easham a i Williamson a [4] jak również wcześniejsze prace Baum a [1] i Veinott a [11] dotyczące budowy i konstrukcji jednofazowych silników indukcyjnych z pomocniczym uzwojeniem zwartym. Opracowanie modelu matematycznego poprzedziły eksperymentalne badania fazowego i przestrzennego rozkładu pola magnetycznego w szczelinie powietrznej silnika, które stanowiły podstawę wyznaczania parametrów elektromagnetycznych dwuosiowego modelu silnika służącego do obliczeń momentu elektromagnetycznego silnika [2]. Opracowany model d-q silnika wykorzystano również do określenia wpływu parametrów uzwojeń na charakterystykę mechaniczną silnika oraz do określenia wpływu kształtu i permeancji obwodu magnetycznego silnika na charakterystykę mechaniczną i prądu jak również możliwości zwiększenia momentu rozruchowego silnika przez zmianę kształtu szczeliny powietrznej [6] i permeancji boczników magnetycznych. Prowadzono także badania zmierzające do ograniczenia strat mocy w uzwojeniach stojana i rdzeniu magnetycznym w celu zwiększenia sprawności silników indukcyjnych o uzwojeniach pomocniczych zwartych [5]. Podsumowanie tych kilkuletnich badań jednofazowych silników indukcyjnych z pomocniczym uzwojeniem zwartym realizowanych przy wykorzystaniu dwuosiowego modelu obwodowego zostało zawarte w opracowanej rozprawie doktorskiej [8] oraz monografii [10]. Ponieważ zastosowanie modelu obwodowego nie zapewniało zadowalającej zgodności momentu elektromagnetycznego z pomiarem zatem dalsze badania zmierzały w kierunku dokładniejszego wyznaczania parametrów modelu. Wykorzystując metodę elementów skończonych (MES) opracowano dwuwymiarowy model polowy jednofazowego silnika indukcyjnego z pomocniczym uzwojeniem zwartym z wymuszeniem prądowym, pozwalający na wyznaczanie rozkładu pola magnetycznego w całym przekroju poprzecznym silnika. W wyniku połączenia modelu obwodowego i polowego zbudowano model obwodowo-polowy [9], w którym siły elektromotoryczne indukowane w uzwojeniach silnika są wyznaczane na podstawie rozkładu pola magnetycznego wymuszanego prądami uzwojeń, przy czym proces obliczeń prądów uzwojeń i pola magnetycznego przebiega w sposób iteracyjny. Metoda obwodowo-polowa pozwala na odwzorowanie nieliniowości obwodu magnetycznego silnika, kształtu i permeancji rdzenia stojana i wirnika oraz rozmieszczenia uzwojeń pomocniczych zwartych. Może być również wykorzystana do projektowania silników oraz optymalizacji charakterystyki mechanicznej silników ze względu na moment rozruchowy i znamionowy.

2. CHARAKTERYSTYKA OBIEKTU BADAŃ Typowym reprezentantem jednofazowych silników indukcyjnych z pomocniczym uzwojeniem zwartym jest silnik przedstawiony schematycznie na rys.2.1. Silnik ten charakteryzuje się niesymetrią elektryczną i magnetyczną, posiada dwa zwoje zwarte na biegunie stojana oraz skośne żłobki wirnika. bocznik magnetyczny uzwojenie główne uzwojenia pomocnicze jarzmo stojana biegun stojana szczelina powietrzna Rys. 2.1. Schemat budowy silnika indukcyjnego z pomocniczym uzwojeniem zwartym Fig. 2.1. Structure diagram of the shaded-pole induction motor W modelu obwodowo-polowym silnika przyjęto, że jarzmo stojana i rdzeń wirnika są wykonane z materiału izotropowego i bezhisterezowego (bez strat) oraz równomierny rozkład gęstości prądu w przekroju poprzecznym prętów wirnika. 3. MODELOWANIE CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH SILNIKA W przedstawionym na rys. 3.1 algorytmie obliczeń, równania napięciowe są rozwiązywane dla danego poślizgu w procesie podwójnej iteracji, przy czym wewnętrzną pętlę iteracji tworzy rozwiązywanie nieliniowego układu równań potencjałów zespolonych pola magnetycznego, a zewnętrzną pętlę tworzy rozwiązywanie liniowego układu zespolonych równań obwodowych silnika. Prędkość obrotowa jest zadawana w zakresie poślizgu od s=0 do s=1 (dla przyrostów Δs), dla których obliczane są wartości prądu i momentu elektromagnetycznego silnika w stanie ustalonym. W wyniku rozwiązania równań obwodowych otrzymuje się wartości prądów stojana i harmonicznych prądów wirnika dla składowej zgodnej i przeciwnej, które stanowią wymuszenia w dwuwymiarowym modelu polowym silnika.

START Wprowadzanie danych konstrukcyjnych, warunków początkowych i brzegowych (MES) s = 0 Rozwiązywanie układu równań obwodowych: (MEG) [ I ] T [ I s ] k [ I [ I s N ] s k 1 k ] ε i Rozwiązywanie układu równań potencjałów: (N-R) [ A] k k k 1 [ A] [ A] ε A N T Obliczanie indukowanych napięć i momentu elektromagnetycznego s 1 T Wyniki N s = s+ Δ s STOP Rys. 3.1. Schemat blokowy obliczeń dla stanu ustalonego pracy Fig. 3.1. Block diagram of computation for steady-state operation

Obliczone wartości momentu elektromagnetycznego i prądu pobieranego przez silnik oraz wartości tych samych wielkości uzyskane z pomiarów [5] zamieszczono na rysunkach 3.2 i 3.3. Na rysunkach tych zamieszczono również charakterystyki statyczne silnika uzyskane z obliczeń na podstawie harmonicznego modelu obwodowego przedstawionego w pracy [4]. Rys. 3.2. Moment elektromagnetyczny w funkcji prędkości obrotowej Fig. 3.2. Electromagnetic torque/rotational speed characteristics Rys. 3.3. Prąd głównego uzwojenia stojana w funkcji prędkości obrotowej Fig. 3.3. Main stator winding current/rotational speed characteristics

Przebiegi zmian obliczonych wartości momentu elektromagnetycznego oraz prądu głównego uzwojenia stojana silnika są w obu przypadkach zgodne z charakterem zmian tych wielkości otrzymanych z pomiaru, przy czym uzyskane w wyniku symulacji obwodowo-polowej wartości momentu elektromagnetycznego i prądu silnika są bliższe wartościom zmierzonym niż w przypadku symulacji obwodowej. 3.1. WPŁYW PERMEANCJI BOCZNIKA MAGNETYCZNEGO Permeancja boczników magnetycznych w jednofazowych silnikach indukcyjnych z pomocniczym uzwojeniem zwartym wpływa na wartość strumienia rozproszenia przepływającego między biegunami stojana. Zmiany strumienia rozproszenia powstałe w wyniku zmian prądów w uzwojeniu głównym i uzwojeniach pomocniczych stojana mają istotny wpływ na wartość momentu elektromagnetycznego wytwarzanego przez silnik. Na rys. 3.4 przedstawiono charakterystykę reluktancyjną bocznika otrzymaną z pomiaru strumienia w boczniku oraz obliczoną za pomocą MES w postaci zależności zmian współczynnika reluktancji bocznika k rel od względnej prędkości obrotowej, przy czym współczynnik reluktancji bocznika określono jako stosunek reluktancji bocznika w najwęższym przekroju bocznika do reluktywności powietrza oraz długości rdzenia stojana [9]. Rys. 3.4. Współczynnik reluktancji bocznika w funkcji prędkości obrotowej Fig. 3.4. Reluctance coefficient of magnetic shunt versus relative speed Badania symulacyjne dotyczące zmiany permeancji boczników magnetycznych spowodowane zmianą wymiarów geometrycznych i nieliniowością charakterystyki

magnesowania zostały przeprowadzone w pracy [5, 6]. Przedstawione na rys. 3.5 i 3.6 zależności momentu elektromagnetycznego oraz prądu pobieranego przez silnik od prędkości obrotowej wyznaczono dla: (a) oryginalnego bocznika, (b) szerokiego bocznika oraz (c) wąskiego bocznika. Rys. 3.5. Moment elektromagnetyczny w funkcji prędkości obrotowej Fig. 3.5. Electromagnetic torque/rotational speed characteristics Rys. 3.6. Prąd głównego uzwojenia stojana w funkcji prędkości obrotowej Fig. 3.6. Main stator winding current/rotational speed characteristics

Charakterystyki mechaniczne zamieszczone na rysunku 3.5 wskazują na wzrost momentu elektromagnetycznego silnika o wąskich bocznikach magnetycznych i zmniejszenie momentu silnika o szerokich bocznikach. Zwiększenie natomiast reluktancji boczników magnetycznych powoduje wzrost prądu w uzwojeniu głównym silnika podczas rozruchu (rys. 3.6). 3.2. WPŁYW REZYSTANCJI ZWOJÓW ZWARTYCH Rezystancja uzwojeń pomocniczych zwartych jednofazowych silników indukcyjnych powinna być tak dobrana, aby zapewnić odpowiednio duży przepływ strumienia przez boczniki magnetyczne w czasie rozruchu oraz jednocześnie dostatecznie ograniczyć strumień rozproszenia podczas pracy silnika w warunkach zbliżonych do znamionowych. Zwiększenie rezystancji zwojów zwartych powoduje zmniejszenie ich prądu, a zatem zmniejszenie ekranującego działania uzwojeń zwartych, wskutek czego strumień rozproszenia zamykający się przez bocznik odpowiednio wzrasta. Poniżej przedstawiono charakterystyki mechaniczne otrzymane dla zwiększonej rezystancji szerokiego zwoju zwartego (obejmującego większą część bieguna stojana) i zmniejszonej rezystancji wąskiego zwoju zwartego, co dotyczy silników o: (a) R A = R An i R B = RBn, (b) RA = 2RAn i R B = RBn, (c) R A = RAn i RB = RBn / 2, gdzie RAn i RBn oznaczają wartości nominalne rezystancji szerokiego zwoju zwartego (A) i wąskiego zwoju zwartego (B). Zwiększenie rezystancji szerokiego zwoju zwartego powoduje zmniejszenie prądu w tym zwoju, przy zmniejszeniu prądu pobieranego przez silnik z sieci oraz zmniejszeniu momentu elektromagnetycznego silnika w całym zakresie prędkości obrotowej (rys. 3.7 i 3.8). Rys. 3.7. Moment elektromagnetyczny w funkcji prędkości obrotowej Fig. 3.7. Electromagnetic torque/rotational speed characteristics

Rys. 3.8. Prąd głównego uzwojenia stojana w funkcji prędkości obrotowej Fig. 3.8. Main stator winding current/rotational speed characteristics Korzystny natomiast wpływ na charakterystykę mechaniczną silnika ma zmniejszenie rezystancji wąskiego zwoju zwartego. Uzyskuje się bowiem większe wartości momentu elektromagnetycznego wytwarzanego przez silnik zarówno podczas rozruchu jak i pracy znamionowej, przy niewielkim wzroście prądu pobieranego przez silnik z sieci. Zwiększenie rezystancji szerokiego zwoju zwartego przy jednoczesnym zmniejszeniu rezystancji wąskiego zwoju daje możliwość uzyskania optymalnego rozwiązania ze względu na sprawność silnika. 4. PODSUMOWANIE Obwodowo - polowe ujęcie jednofazowych silników indukcyjnych umożliwia: - badanie zjawisk elektromagnetycznych w silnikach indukcyjnych z pomocniczym uzwojeniem zwartym, - wyznaczanie charakterystyk silników o różnych rozwiązaniach obwodu magnetycznego, dotyczących np. kształtu boczników magnetycznych oraz różnych konfiguracji uzwojeń pomocniczych zwartych, - wybór właściwej struktury budowy całego obwodu magnetycznego z doborem odpowiednich materiałów w celu spełnienia zwiększonych wymagań odnośnie momentu rozruchowego silnika, - wprowadzanie zmian w konstrukcji silników i badanie wpływu tych zmian na charakterystyki silnika jeszcze na etapie projektowania, redukując znacznie

koszty badań związane z wykonywaniem prototypów silników. LITERATURA [1] BAUM J.L., The asymmetrical stator as a means of starting single-phase induction motors. W: Trans. AIEEE, 1944, vol. 63, 245-250. [2] BLOK H., KARWACKI W., KUBZDELA K., MINOWSKA B., SCHOEPP K., Badanie fazowego i przestrzennego rozkładu pola magnetycznego w szczelinie przytwornikowej silnika asynchronicznego z ekranowanymi biegunami, Raport nr 66, IUE, PWr, 1974. [3] BUTLER O.J., WALLACE A.K., Generalised theory of induction motors with asymmetrical primary windings. W: Proc. IEE, 1968, vol. 115, nr 5, 685-694. [4] EASTHAM J.F., WILLIAMSON S., Generalised theory of induction motors with asymmetrical airgaps and primary windings. W: Proc. IEE, 1973, vol. 120, nr 7, 767-775. [5] KORDECKI A., MAKOWSKI K., SCHOEPP K., Małostratne silniki indukcyjne o zwartych uzwojeniach pomocniczych. W: X Sympozjum Mikromaszyny i Serwonapędy, 1996, Proc. vol. 2, 271-277. [6] MAKOWSKI K., SCHOEPP K., Wpływ kształtu szczeliny na charakterystyki statyczne silnika indukcyjnego jednofazowego z pomocniczym uzwojeniem zwartym, W: Rozprawy Elektrotechniczne, 1981, 27, z. 4, 1005-1017. [7] MAKOWSKI K., SCHOEPP K., An analysis of shaded pole induction motors with increased starting torque. W: Electric Machines and Power Systems, 1983, vol. 8, no 6, 419-432. [8] MAKOWSKI K., Analiza wpływu niesymetrycznej szczeliny na charakterystykę mechaniczną silnika indukcyjnego z ekranowanymi biegunami, Raport PRE nr 24, IUE PWr, 1979 (Rozprawa doktorska). [9] MAKOWSKI K., Jednofazowe silniki indukcyjne z pomocniczym uzwojeniem zwartym w ujęciu obwodowo-polowym, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych PWr nr 51, Seria Monografie nr 14, Wrocław 2000. [10] SCHOEPP K., Elekromagnetyczny moment obrotowy silników indukcyjnych o zwartych uzwojeniach pomocniczych, Prace Naukowe Instytutu Układów Elektromaszynowych PWr nr 35, Seria Monografie nr 6, Wrocław 1982. [11] VEINOTT C.G., Theory and design of small induction motors, Mc Graw-Hill, New York 1959. SINGLE-PHASE SHADED POLE INDUCTION MOTORS The results of long-term investigation of single-phase shaded pole induction motors conducted in the Institute of Electric Machines, Drives and Measurements are briefly presented. Historical outline of development of research on mathematical model of the motor is presented. Computation of performance characteristics, verified by experiments, resulted in development of the circuit and circuit-field models of single-phase shaded pole induction motors which are applied for simulation of steady-state characteristics of the motor.