Silnik indukcyjny - historia Galileo Ferraris (1847-1897) - w roku 1885 przedstawił konstrukcję silnika indukcyjnego. Nicola Tesla (1856-1943) - podobną konstrukcję silnika przedstawił w roku 1886. Oba pierwsze silniki indukcyjne miały uzwojenia skupione, zasilane z sieci dwufazowej. Doliwo-Dobrowolski (1862-1919) - 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.
Silnik indukcyjny (klatkowy, asynchroniczny)
Budowa stojan wirnik Uzwojenie stojana Klatka wirnika żłobki
Wirnik silnika indukcyjnego Klatka wirnika
Pole wirujące uzwojenie trójfazowe stojana
Prądy w uzwojeniach fazowych stojana Pole wirujące
Pole wirujące Prądy fazowe Kierunki pola wirującego w kolejnych chwilach
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
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
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
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
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,
Rodzaje pracy silnik, generator, hamulec
Moce i sprawność
Moce i sprawność Sprawność (z def.): Straty w miedzi wirnika: Moc mechaniczna: Moment na wale silnika: T m P m w 30P n m
Regulacja prędkości silnika asynchronicznego Dla silnika klatkowego Tylko do rozruchu, tzw. soft start
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
Liczba par biegunów p=1 p=2 n s =60f/p, to dla f=50hz, n s =3000rpm n s =1500rpm
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!!!
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
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
Rozruch silnika asynchronicznego Celem stosowania układów rozruchowych jest ograniczenie dużego prądu rozruchowego i ew. zwiększenie momentu rozruchowego (o ile jest to możliwe)
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
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] 250 500 750
Rozruch napięciowy Urządzenie do realizacji to sterownik napięcia Metoda stosowana do maszyny mało obciążonej albo do obciążenia o charakterystyce wentylatorowej
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
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
Metody hamowania silnika asynchronicznego -Przeciwprądem/przeciwwłączeniem (maszyna pierścieniowa), -Jednofazowe (maszyna pierścieniowa) -Dynamiczne -Generatorowe, odzyskowe
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
FALOWNIKI PRZEMYSŁOWE
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
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
Kształtowanie napięcia wyjściowego metodą MSI (Modulacji Szerokości Impulsów, ang. PWM)
Falownik z prostownikiem diodowym a dwukierunkowy Prąd sieciowy
Uniwersalne, dwukierunkowe falowniki napięcia a) b) Przebiegi prądu i napięcia fazowego sieci Napięcie przewodowe i prąd fazowy silnika
Tabliczka znamionowa silnika asynchronicznego
Stopień ochrony
Dane z tabliczki znamionowej