2. Trójfazowe siliki prądu przemieego Pierwszy silik elektryczy był jedostką prądu stałego, zbudowaą w 1833. Regulacja prędkości tego silika była prosta i spełiała wymagaia wielu różych aplikacji i układów apędowych. W 1889 zbudowao pierwszy silik prądu przemieego. Bardziej prosty i dyamiczy iż silik prądu stałego, trójfazowe siliki miały atomiast ograiczoą regulację prędkości i charakterystyki mometu. Dlatego też przez wiele lat, siliki te ie mogły być zastosowae w skomplikowaych oraz specjalistyczych apędach. Trójfazowe siliki prądu przemieego są elektromagetyczymi przemieikami eergii zamieiającymi eergię elektryczą a eergię mechaiczą (praca silikowa) i odwrotie (praca prądicowa) zgodie z prawami idukcji elektromagetyczej. Zasadę idukcji elektromagetyczej moża przedstawić a przykładzie przewodu poruszającego się w polu magetyczym B, ruch te powoduje idukowaie się siły elektromotoryczej SEM. Jeżeli przewód zajduje się w zamkiętym obwodzie, to popłyie prąd I. Kiedy przewód zajduje się w ruchu, działa a iego siła F, która jest prostopadle skierowaa do kieruku pola magetyczego.!"podstawy idukcji elektromagetyczej: a) Zasada pracy geeratorowej (idukcja rozumiaa jako wyik ruchu) Podstawowa zasada mówi, że przewód poruszający się w polu magetyczym idukuje apięcie, rys. 2.01a. b) Zasada pracy silikowej W silikach elektryczych prądu przemieego przewód, w którym płyie prąd jest umieszczay w polu magetyczym, wtedy a przewód zaczya działać siła F wypychająca przewód poza pole magetycze, która powodujące ruch przewodu w polu magetyczym. a) Zasada działaia geeratora. b) Zasada działaia silika. Rys. 2.01 Zasada idukcji elektromagetyczej. W czasie pracy silikowej pole magetycze i prąd płyący w przewodach uzwojeń powodują ruch jego wirika, rys. 2.01b. 7
Pole magetycze silika, geerowae w uzwojeiu stojaa oddziaływuje poprzez siły elektromagetycze a wirik powodując jego ruch. Siliki trójfazowe prądu przemieego moża podzielić a dwie główe grupy: siliki asychroicze i siliki sychroicze. W obu typach silików zasada pracy stojaa jest taka sama, ale wykoaie wirika i jego ruch w stosuku do pola magetyczego jest róży. W siliku sychroiczym prędkość wirowaia wirika i pola magetyczego są takie same, a w siliku asychroiczym prędkości te są róże. Rys. 2.02 Rodzaje trójfazowych silików prądu przemieego. 8
2.1 Silik asychroiczy Siliki asychroicze są ajbardziej rozpowszechioe i ie wymagają praktyczie żadej koserwacji. Z puktu widzeia apędu układów mechaiczych, są oe ajszerzej stosowae, poieważ ajłatwiej dobrać odpowiedi silik do różych zastosowań. Jest wiele rodzajów silików asychroiczych, działających a tej samej zasadzie. Główymi elemetami silika asychroiczego są stoja i wirik. 2.1.1 Stoja Rys. 2.03 Budowa silika asychroiczego. Stoja jest ieruchomą częścią silika. Silik składa się z obudowy (1), łożysk kulkowych (2) podpory wirika (9), ułożyskowaia (3) dla umiejscowieia łożysk w końcowej części obudowy stojaa silika, wetylatora (4) dla chłodzeia silika i osłoy wetylatora (5) jako ochroy przed obracającym się wetylatorem. Skrzyka podłączeiowa z zaciskami elektryczymi (6) jest umiejscowioa a obudowie stojaa silika. Rdzeń stojaa (7) może być zbudoway z blach ferromagetyczych o grubości (0,3 do 0,5 mm) podzieloych a sekcje. Te sekcje odizolowae od siebie staowią trzy uzwojeia fazowe stojaa. Uzwojeia fazowe i rdzeń stojaa idukują wirujące pole magetycze. Liczba par bieguów (lub bieguów) określa prędkość wirowaia pola magetyczego. Jeżeli silik jest zasilay apięciem o określoej częstotliwości, to prędkość wirowaia pola magetyczego azywaa jest prędkością sychroiczą silika 0. Tabela. 2.01 Liczba par bieguów - p, liczba bieguów i prędkość sychroicza silika. Liczba par bieguów 1 2 3 4 6 Liczba bieguów 2 4 6 8 12 0 [1/mi] 3000 1500 1000 750 500 9
2.1.2 Pole magetycze silika Pole magetycze idukuje się w szczeliie powietrzej między stojaem i wirikiem. Po dołączeiu uzwojeia fazowego do zasilaia idukuje się w siliku pole magetycze. Rys. 2.04 Zmiee pole magetycze silika po dołączeiu jedej fazy. Położeie pola magetyczego w rdzeiu stojaa jest stałe, ale jego kieruek wirowaia zmieia się. Prędkość, przy której występuje zmiaa kieruku wirowaia jest określoa przez częstotliwość apięcia zasilaia. Przy częstotliwości 50Hz kieruek wirowaia zmieia się 50 razy a sekudę. Jeżeli dwa uzwojeia są połączoe do odpowiediej fazy w tym samym czasie, to idukują dwa pola magetycze w stojaie. W siliku dwubieguowym, istieje wówczas przesuięcie o 120 stopi między tymi dwoma polami. Wartości amplitudy tych pól są też przesuięte w czasie. Powoduje to idukowaie wirującego pola magetyczego w stojaie. Pole to jest iesymetrycze dopóki ie podłączymy trzeciej fazy. Rys. 2.05 Niesymetrycze wirujące pole magetycze silika po dwóch faz. Trzy fazy geerują trzy pola magetycze w stojaie, które są przesuięte o 120 stopi względem siebie. 10
Rys. 2.06 Symetrycze pole magetycze silika po dołączeiu trzech faz. Gdy podłączymy uzwojeia stojaa do trójfazowego apięcia zasilaia to pola magetycze od poszczególych uzwojeń wytworzą wirujące symetrycze pole magetycze, azywae wirującym polem magetyczym silika. Amplituda wirującego pola jest stała i 1,5 razy większa od amplitudy pola pojedyczego uzwojeia. Prędkość wirowaia tego pola wyraża się astępującym wzorem: gdzie: f 0 p częstotliwość prędkość sychroicza liczba par bieguów (60* f ) p 0 = [1/mi.] Jak wyika z powyższego wzoru prędkość sychroicza silika zależy od liczby par bieguów p i częstotliwości f apięcia zasilaia. Rys. 2.07 przedstawia wykres wektorowy strumieia pola magetyczego φ w trzech różych okresach. Rys. 2.07 Wykresy wektorowe strumieia pola magetyczego silika w różych okresach - amplituda tego pola jest stała. Odwzorowaiem wirującego pola jest wektor o odpowiediej prędkości wirowaia, który zakreśla okrąg. Jako fukcja czasu w układzie współrzędych, wirujące pole ma kształt siusoidy. Wirujące pole staje się przebiegiem o kształcie elipsy, jeżeli amplituda strumieia zmieia się w czasie wirowaia wału silika. 11
2.1.3 Wirik silika asychroiczego Wirik (9) jest zamocoway a wale silika (10), rys. 2.03. Wirik, podobie jak stoja, wykoay jest zwykle z ciekich blach ferromagetyczych. Ze względu a dwa rodzaje wirików rozróżiamy dwa typy silików - silik pierścieiowy i silik klatkowy. Wiriki silików pierścieiowych mają tak jak stoja uzwojeia umieszczoe w żłobkach, w których uzwojeie każdej fazy jest połączoe z pierścieiem ślizgowym. Po zwarciu pierściei, silik będzie pracował jako silik klatkowy. Siliki klatkowe mają uzwojeia w postaci alumiiowych prętów i do tych prętów mocuje się pierścieie alumiiowe (powstaje coś w rodzaju klatki). Silik klatkowy jest częściej używay iż silik pierścieiowy. Obydwa siliki pracują a tej samej zasadzie. W iiejszej książce będzie opisyway tylko silik klatkowy. Kiedy klatka jest umieszczoa w wirującym polu magetyczym, strumień przecia pręt klatki wirika. Strumień magetyczy wywoła przepływ prądu wzbudzeia I w w klatce wirika, co spowoduje powstaie siły F, rys. 2.08 i 2.09. Rys. 2.08 Pole wirujące w wiriku silika klatkowego. Siła ta jest określoa przez wartość idukcji B, prąd wzbudzeia I w, długość l wirika i kąt θ między siłą i idukcją. F = B * I w * l * siθ Jeżeli kąt θ jest rówy 90 0, to F = B * I w * l Następy biegu ma przeciwą polaryzację, powoduje to zmiaę kieruku przepływu prądu. Poieważ kieruek pola magetyczego także się zmieia, kieruek działaia siły F ie ulega zmiaie, rys. 2.09. 12
Rys. 2.09 Wykres wektorowy idukcji magetyczej w pręcie klatki wirika. Kiedy cały wirik zajduje się w wirującym polu, rys. 2.09c, pręty klatki wirika są poddawae działaiu sił, które obracają wirik. Prędkość wirowaia wirika (2) ie jest rówa prędkości wirowaia pola (1). Jeżeli te prędkości byłyby rówe to w prętach klatki ie będą idukować się żade prądy. 2.1.4 Poślizg, momet i prędkość W czasie ormalej pracy silika prędkość wirika jest iższa iż prędkość wirującego pola magetyczego 0, a poślizg s jest różicą pomiędzy prędkością wirującego pola magetyczego i prędkością wirika: gdzie: p liczba par bieguów f = ( 60 * ) o [1/mi.] p Bezwzględy poślizg silika często wyrażay jest w procetach prędkości sychroiczej i zwykle zawiera się w przedziale 4-11 procet. s = 0 - o s = *100 Idukcja magetycza B zależa jest od strumieia magetyczego φ płyącego przez przekrój poprzeczy A uzwojeń klatki wirika. Przekształcając wzór określający idukcję B moża wyzaczyć siłę F. o Iw l F = φ * * A F φ * I w Siła F jest proporcjoala do strumieia magetyczego φ i prądu wzbudzeia I w płyącego w przewodzie. W klatce wirika, pod wpływem pola magetyczego idukuje się SEM. Siła elektromotorycza SEM powoduje przepływ prądu wzbudzeia I w w klatce wirika. Pod wpływem tego prądu w klatce wirika powstają siły, które powodują pojawieie się mometu M a wale silika. [%] 13
Rys. 2.10 Charakterystyka mometu silika asychroiczego - siła x długość ramieia. Na zależość między mometem i prędkością silika duży wpływ ma budowa klatki wirika. Momet a wale silika jest wyikiem działaia sił, które powodują ruch wału silika. Przykładowo: siła ta powstaje a kole zamachowym przymocowaym do wału. Momet te jest zależy od siły F i promieia r koła zamachowego. gdzie M = F * r Praca wykoywaa przez silik jest wyrażaa wzorem: W = F * d d - odległość a jaką silik przeiósł daą masę, - liczba obrotów d = * 2 * π * r Praca może być wyrażoa rówież jako iloczy mocy i czasu: W = P * t W P* t* r M = F* r = * r = d * 2π * r P M = 9550 ( t = 60 sek.) Na podstawie powyższych wzorów moża obliczyć momet. Wyżej przedstawioy wzór przedstawia zależość między prędkością [obr/mi], mometem M [Nm] oraz mocą silika P [kw]. Dzięki powyższym wzorom a, M i P moża przedstawić prędkość, momet i moc w jedostkach względych r, M r i P r. Dzięki temu moża opisać pukt pracy silika w stosuku do jego daych zamioowych zgodie z poiższymi wzorami: P r M r =, gdzie Pr = M r * r r M = r M M P = r P P = r 14
Przy obliczeiach w jedostkach względych ie występuje stała wartość liczbowa 9550. #"Przykład: Obciążeie = 15% wartości zamioowej, prędkość = 50% wartości zamioowej. Moc =7,5% mocy zamioowej, wtedy moc w jedostkach względych moża wyzaczyć jako: P r = 0,15 * 0,50 = 0,075. W zakresie ormalej pracy silika występują dwa zakresy hamowaia. Rys. 2.11 Charakterystyki przebiegu prądu i mometu silika asychroiczego. W przedziale / o >1, gdzie wał silika obraca się z prędkością powyżej prędkości sychroiczej silik działa jak geerator tworząc przeciwy momet hamujący i oddając w tym czasie eergię do sieci zasilaia. W przedziale prędkości silika / o <0, azywaym przedziałem hamowaia regeeratywego, moża rówież oddawać eergię do sieci zasilaia. Jeżeli zamieimy dwie fazy silika pole wirujące zmieia swój kieruek. W chwilę po tym, współczyik prędkości / o będzie rówy 1. Silik poprzedio obciążoy z mometem M, teraz hamuje z mometem hamującym. Jeżeli silik ie zostaje odłączoy od zasilaia przy = 0, to będzie o dalej obracał się, ale w przeciwym kieruku w związku ze zmiaą kieruku wirowaia pola magetyczego. 15
Silik pracuje w swoim ormalym staie pracy jeśli: 0< / 0 < 1 Sta pracy silika może być podzieloy a dwie zakresy: zakres rozruchu: 0< / 0 < k / 0, i zakres pracy ormalej: k / 0 < / 0 < 1 Są to ajbardziej istote zakresy prędkości podczas pracy silika: M r - jest to momet rozruchowy silika, momet te powoduje duży wzrost poboru mocy silika poad wartości omiale przy zadaych stałych wartościach apięcia i częstotliwości jego zasilaia. M k - jest to momet krytyczy silika, to ajwiększa wartość mometu jaką może geerować silik przy zadaych stałych wartościach apięcia i częstotliwości zasilaia. M - jest to momet zamioowy silika, a który silik został zaprojektoway ze względu a jego własości mechaicze i elektrycze p. wg ormy IEC 34. Może o być odczytay z tabliczki zamioowej. Dae zajdujące się a tabliczce zamioowej określają odpowiedie waruki obciążeia silika przy bezpośredim dołączeiu do sieci zasilaia. 2.1.5 Sprawość i straty Silik pobiera eergię elektryczą sieci zasilającej. Przy stałym obciążeiu, pobór mocy z sieci zasilającej jest większy iż oddawaie mocy mechaiczej a wale silika, powoduje to powstawaie strat i obiżeie sprawości silika. Zależość między mocą a wejściu i mocą a wyjściu jest azywaa sprawością silika η. P = P 2 η gdzie: P 2 moc wyjściowa, P 1 moc wejściowa 1 Typowa sprawość silika zawiera między w przedziale 0,7 a 0,9 zależie od mocy silika i liczby bieguów. Rys. 2.12 Rodzaje strat w siliku. Wyróżiamy cztery główe rodzaje strat w siliku straty w miedzi, straty w żelazie, straty wetylatorowe i straty tarcia: straty w miedzi są to straty w uzwojeiach stojaa i wirika, 16
straty w żelazie spowodowae są pętlą histerezy i prądami wirowymi. Straty histerezowe występują podczas magesowaia rdzeia prądem przemieym. Przy częstotliwości 50 Hz rdzeń jest magesoway i rozmagesowyway 100 razy a sekudę. Magesowaie i rozmagesowywaie wymaga zużycia pewej ilości eergii, która wzrasta wraz z częstotliwością apięcia zasilaia i idukcją magetyczą. Straty od prądów wirowych powstają, poieważ pole magetycze idukuje siły elektromotorycze w rdzeiu i przewodach. Siły te powodują przepływ prądów wirowych wzdłuż liii sił pola magetyczego powodując agrzewaie się silika. Poprzez wykoaie rdzeia z ciekich blach straty od prądów wirowych moża zaczie zmiejszyć. Rys. 2.13 Ograiczeie wpływu prądów wirowych poprzez budowę rdzeia z ciekich połączoych ze sobą blach. Straty pochodzące od wetylatora spowodowae są oporem aerodyamiczym samego wetylatora. Straty tarcia pochodzą od łożysk wirika. Straty silika są wyzaczae dla zamioowej wartości prądu silika, pomiary strat w staie zwarcia określają straty w miedzi, a przy pracy jałowej określają straty w żelazie. 2.1.6 Pole magetycze silika Silik jest projektoway a odpowiedie apięcie i częstotliwość zasilaia, więc magesowaie silika zależy od stosuku między apięciem i częstotliwością. Jeżeli stosuek apięcie / częstotliwość wzrasta, to silik jest przemagesoway, jeżeli stosuek te zmiejsza się, silik jest iedomagesoway. Pole magetycze w iedomagesowaym siliku jest osłabioe i momet, który silik jest w staie wytworzyć jest zmiejszay, może wtedy wystąpić sytuacja, że wirik silika ie będzie się obracał, lub czas rozruchu może być wydłużoy, co doprowadzi do przeciążeia silika. Silik przemagesoway pracuje tak jakby był przeciążoy. Moc zużyta a przemagesowaie powoduje przegrzewaie się silika i może uszkodzić izolację. Jedakże, trójfazowe siliki prądu przemieego, a w szczególości siliki 17
asychroicze są bardzo odpore a przemagesowywaie. Tylko proces długiego przemagesowywaia przy pracy ciągłej jest w staie go ziszczyć. Sposobem a określeie ieprawidłowego amagesowaia silika jest ocea jego pracy. Prędkość silika wskazuje czy proces magesowaia silika jest dobry. Jeżeli prędkość ie jest stała przy zmiaach obciążeia, astępują wahaia prędkości lub szarpaia, świadczyć to może o ieprawidłowym magesowaiu silika. 2.1.7 Elektryczy schemat zastępczy Zasadiczo siliki asychroicze składają się z sześciu uzwojeń: trzy uzwojeia w stojaie i trzy uzwojeia w wiriku - zwarta klatka wirika pod względem magetyczym jest rówoważa trzem uzwojeiom. Aalizując układ uzwojeń możliwe jest sporządzeie elektryczego schematu zastępczego, który ilustruje zasadę działaia silika. Rys. 2.14 a) Rozkład uzwojeń wirika i stojaa. Rys 2.14 b) Schemat zastępczy silika jedofazowego sprowadzoy do fazy L 1. Uzwojeie stojaa posiada ie tylko rezystację, ale i reaktację wyrażoą w omach [Ω]. Prąd płyący w uzwojeiu zależy od częstotliwości f apięcia zasilaia: X L = 2 * π * f * L gdzie: f - częstotliwość zależa od prędkości kątowej ω [Hz]. L - idukcyjość uzwojeia wyrażoa w [H]. 18
Uzwojeia stojaa i wirika są sprzężoe magetyczie. Uzwojeie wirika geeruje prąd w stojaie i odwrotie, rys. 2.14b. Te wzajemy wpływ ozacza, że dwa elektrycze obwody mogą być połączoe za pomocą jedego wspólego. Obwód wspóly składa się z rezystacji wzajemej R Fe i reaktacji wzajemej X h, przez który przepływa prąd magesowaia stojaa i wirika. Napięcie występujące a rezystacji R Fe i reaktacji X h azywae jest apięciem magesowaia. 2.1.7.1 Waruki pracy silika Do tej pory rozważaliśmy przypadek, gdzie silik pracował bez obciążeia. Kiedy silik pracuje w zakresie jego ormalej pracy, częstotliwość wirowaia wirika jest iższa iż częstotliwość pola wirującego i X 2 jest zmiejszoy przez poślizg s. W elektryczym schemacie zastępczym, efekt te jest opisay przez zmiaę rezystacji wirika R 2 przez współczyik 1/s. R 2 /s możemy zapisać jako: R 2 +(R 2 *(1-s)/s) gdzie: R 2 *(1-s)/s) - jest mechaiczym obciążeiem silika. Wartości R 2 i X 2 odoszą się do wirika. R 2 jest przyczyą strat cieplych silika przy obciążeiu. Rys. 2.15 Schemat zastępczy silika pod obciążeiem. Poślizg jest bliski zeru, gdy silik pracuje bez obciążeia. To ozacza, że zmiejsza się R 2 *(1-s)/s). W wyiku tego w obwodzie wirika praktyczie ie popłyie żade prąd. W idealym przypadku jest to sytuacja, gdy rezystacja R2 (przedstawiająca obciążeie mechaicze) jest rówa zero. Kiedy silik jest obciążoy poślizg zwiększa się zmiejszając R 2 *(1-s)/s. Wraz ze wzrostem obciążeia prąd I 2 w wiriku też wzrasta. 19
Rys. 2.16 a) Schemat zastępczy biegu jałowego b) Schemat zastępczy stau zwarcia. Przy pomocy przedstawioego elektryczego schematu zastępczego moża aalizować pracę silika w różych warukach w większości przypadków. Istieje tutaj iebezpieczeństwo, że apięcie samoidukcji (U q ) może osiągąć wartość apięcia zasilaia. Wyika to stąd, że zastosowao schemat uproszczoy dla łatwiejszej aalizy pracy silika w różych warukach. Jedakże sytuacja taka ma miejsce tylko w przypadku, gdy silik jest ieobciążoy. Jeżeli wzrasta obciążeie to wzrasta prąd I 2, a stąd i prąd I 1 w wyiku tego zwiększoy spadek apięcia musi być uwzględiay. Jest to szczególie waże wtedy, gdy silik jest zasilay przez przemieik częstotliwości. 2.1.8 Sposoby regulacji prędkości Prędkość silika jest zależa od prędkości wirowaia pola magetyczego maszyy i może być wyrażoa jako: 1 = s ( 1 s) f p lub 1 mi = 60 f p ( 1 s) Prędkość silika może być zatem zmieioa przez: zmiaę liczby par bieguów, zmiaę poślizgu, zmiaę częstotliwości apięcia zasilaia. gdzie 0 s = 0 20
( s) f = 1 p Zmiaa liczby par bieguów Zmiaa poślizgu Zmiaa częstotliwości Regulacja wirika Zmiaa apięcia a stojaie Zmiaa rezystacji Łączeie kaskadowe Rys. 2.17 Przedstawieie możliwości zmia regulowaia prędkości silika asychroiczego. 2.1.8.1 Regulacja prędkości przez zmiaę liczby par bieguów Szybkość rotacji pola jest określoa przez liczbę par bieguów w stojaie. W przypadku dwubieguowego silika, szybkość obracającego się pola wyosi 3,000 rpm dla częstotliwości 50Hz w sieci zasilaia. Rys. 2.18 Charakterystyki mechaicze silika w odiesieiu do zmiay liczby par bieguów. Przy częstotliwości 50Hz, szybkość obracającego się pola w czterobieguowym siliku wyosi 1,500 rpm. Siliki mogą być budowae dla dwu różych liczb par bieguów - siliki dwubiegowe. Spowodowae jest to specjalym rozmieszczeiem uzwojeia stojaa w żłobkach w formie uzwojeia Dahlader a bądź jako dwóch oddzielych uzwojeń. W siliku wielobieguowym występują połączeia różych typów uzwojeń. Szybkość jest zmieiaa przez przełączaie uzwojeń statora, zmieia się wtedy liczba par bieguów w stojaie. Na skutek przełączaia z małej liczby par bieguów - praca przy dużej prędkości obrotowej wału silika, do większej liczby par bieguów, faktycza szybkość silika jest drastyczie zmiejszaa, p. od 1,500 do 750 rpm. Na w skutek szybkiego przełączaia par bieguów, silik przechodząc 21
przez zakres pracy geeratorowej może być zaczie przeciążoy, gdyż eergia hamowaia jest zależa od rodzaju obciążeia dołączoego wału silika. Na udary arażoe są także mechaizmy sprzęgające silik z obciążeiem. 2.1.8.2 Sterowaie poślizgiem silika Prędkość silika może być sterowaa przez poślizg a dwa róże sposoby: przez zmiaę apięcia dostarczaego do stojaa, przez igerowaie w pracę wirika. Zmiaa apięcia stojaa Prędkość silika asychroiczego może być kotrolowaa przez dostosowaie apięcia wejściowego silika bez zmiay częstotliwości (a przykład używając softstarter a). Jest to możliwe, poieważ momet obrotowy silika zmieia proporcjoalie do kwadratu apięcia. Rys. 2.19 Charakterystyki mechaicze silika przy zmiaie apięcia a stojaie. Wskazywae a charakterystyce mechaiczej, stałe pukty pracy mogą być otrzymywae w zakresie pracy ormalej ( k << 0 ). Stałe pukty pracy silika z pierścieiami ślizgowymi mogą być otrzymywae w zakresie pracy rozruchowej (0<< k ) przez wstawieie oporików w uzwojeia wirika. Regulacja wirika Istieją dwa możliwe sposoby oddziaływaia a wirik. Poprzez dodawaie rezystacji do obwodu wirika lub dołączaie obwodu wirika do iych maszy elektryczych, albo do obwodu prostowika połączoego kaskadowo. Siliki pierścieiowe mogą być tak regulowae, poieważ mają kostrukcję umożliwiającą dostęp do uzwojeń wirika a pierścieiach ślizgowych. Zmiaa rezystacji wirika Prędkość silika może być regulowaa przez dołączeie oporików do pierściei ślizgowych i kosztem powiększeia strat mocy w wiriku. Prowadzi do przyrostu wartości poślizgu i zmiejszeia prędkości silika. Jeżeli rezystory dołączoe są do obwodu wirika, zmieia się charakterystyka mechaicza. Jak pokazao a rys. 2.20, zwiększeie rezystacji spowoduje zmiejszeie prędkości obrotowej wirika przy zachowaiu stałego mometu obrotowego. Poprzez zmiaę 22
rezystacji uzyskujemy zmiaę prędkości przy tym samym obciążeiu. Tak wstępie określoa prędkość jest zależa od obciążeia. Jeżeli zmiejszamy obciążeie silika, prędkość wzrasta prawie do prędkości sychroiczej. Rys. 2.20 Charakterystyki mechaicze silika przy zmiaie rezystacji wirika. Rezystacja zależa jest od temperatury i dlatego waże jest, aby temperatura podczas pracy była stała. Łączeie kaskadowe Zamiast oporików, obwód wirika może być połączoy przez pierścieie ślizgowe do obwodów apięciowych maszyy lub wejściowych obwodów prostowika. Obwód apięciowy maszyy dostarcza obwodowi wirikowemu silika dodatkowe odpowiedie apięcie, umożliwiając wpływaie a prędkość i magetyzm wirika. Techika ta jest używaa główie w elektryczych systemach kolejowych. Wejścia mocy prostowika mogą być używae zamiast obwodów apięciowych maszyy, w tym przypadku obszar aplikacji jest zredukoway do systemów z pompami, wetylatorami, itp. Rys. 2.21 Przykładowa typowa realizacja połączeia kaskadowego. 2.1.8.3 Regulacja prędkości przez zmiaę częstotliwości apięcia zasilaia Przy zmiaie częstotliwości możliwe jest kotrolowaie prędkości silika bez dodatkowych strat. Prędkość obrotowa pola magetyczego zmieia się wraz ze zmiaą częstotliwości. 23
Prędkość silika zmieia się proporcjoalie do prędkości rotacji pola magetyczego. Aby utrzymać momet obrotowy silika, apięcie silika musi być zmieiae wraz z częstotliwością. Przy zaym obciążeiu moża wyzaczyć momet i pomijając poślizg silika otrzymujemy: P 9550 η 3 U I cosϕ 9550 U M = = k I 60 f f p U M I f Dla daego obciążeia, słusza jest astępująca zależość: dla stałego stosuku między apięciem podawaym a silik a częstotliwością, amagesowaie w założoym zakresie prędkości silika jest także stałe. Rys. 2.22 Charakterystyki mechaicze przy regulacji prędkości przez proporcjoalą zmiaę apięcia i częstotliwości zasilaia. Namagesowaie ie jest ideale w dwóch przypadkach: w początkowej fazie rozruchu silika oraz przy bardzo iskich częstotliwościach pracy silika, gdzie wymagae jest dodatkowe magesowaie. Także, gdy silik w tym zakresie pracuje ze zmieym obciążeiem, powio być możliwe amagesowaie odpowiadające obciążeiu, rys. 2.23. Rys. 2.23 Schemat zastępczy silika dla pracy przy małych prędkościach wirika. Dodatkowe amagesowaie w początkowej fazie rozruchu Waże jest kotrolowaie spadku apięcia U s w związku z idukowaym apięciem U q. 24
Napięcie wejściowe: Reaktacja stojaa : U 1 =U s + U q =U R1 + U X1 + U q X 1 =2 * π * f * L Silik został zaprojektoway dla swoich wartości omialych. Na przykład: apięcie magesujące U q, może wyosić 370 V dla silika, przy U 1 =400V i f=50hz. Wówczas silik ma optymale amagesowaie. Współczyik określający stosuek apięcia do częstotliwości wyosi: 400 = 8 50 Jeżeli częstotliwość jest zmiejszoa do 2.5Hz, apięcie będzie wyosić 20V. Z powodu obiżaia częstotliwości reaktacja stojaa X 1 rówież maleje. Te spadek apięcia zależy jedyie od rezystacji R 1 i ie ma żadego wpływu a ogóly spadek apięcia w stojaie. Napięcie a rezystacji R 1 odpowiada w przybliżeiu wartości około 20 V dla omialych waruków zasilaia silika, wobec czego prąd silika zależy od obciążeia. Cała wartość apięcia wejściowego U 1 odkłada się teraz tylko a rezystacji stojaa R 1, powodując brak tego apięcia a magesowaie silika. Przy iskich częstotliwościach, kiedy stosuek apięcia do częstotliwości pozostaje stały w pełym zakresie, brak jest apięcia dla amagesowaia silika i silik ie jest w staie wytworzyć mometu obrotowego. W kosekwecji waże jest, aby zwiększyć odpowiedio apięcie U 1 podczas startu silika i przy iskich częstotliwościach pracy. Zależość amagesowaia od obciążeia Po dostosowaiu silika do dodatkowego amagesowaia przy iskich częstotliwościach i podczas początkowej fazy rozruchu, wystąpi przemagesowaie w czasie pracy z małym obciążeiem. W tej sytuacji, prąd stojaa I 1 będzie opadać a wzrośie idukowae apięcie U q. Silik zwiększy pobór prądu reaktywego, co spowoduje jego admiere agrzewaie. Magetyzacja silika zależy więc od apięcia, które powio zmieiać się automatyczie w zależości od obciążeia. Dla optymalego amagesowaia silika częstotliwość i zmiee obciążeie musi być uwzględiae przy sterowaiu częstotliwościowym silika. [ V] [ Hz] 25
2.2 Dae tabliczki zamioowej silika Wszystkie siliki posiadają trwale zamocowaą tabliczkę zamioową z wykazem wszystkich istotych daych. Pozostałe dae zwykle są dostępe w katalogu silika. Rys. 2.24 Tabliczka zamioowa silika. #"Przykład Tabliczka zamioowa dla dwubieguowego silika 15 kw może mieć astępujące dae: 1. Silik trójfazowy dla sieci zasilaia o częstotliwości 50 Hz. 2. Moc silika wyosi 15 kw, tj. silik jest zdoly przekazywać a wał, co ajmiej 15 kw, jeżeli podłączoy jest do wskazaej sieci zasilaia. Zostały stworzoe stadardowe typoszeregi silików asychroiczych ze względu a wartość mocy wyjściowej. Pozwala to użytkowikowi a odpowiedi dobór silika kierując się jego przezaczeiem. W typoszeregu występują moce silików jak w tabeli 2.02. Tabela. 2.02 Typoszereg silików. kw 0,06 0,09 0,12 0,18 0,25 0,37 0,55 0,75 1,10 1,50 2,20 3,00 kw 4,00 5,50 7,50 11,0 15,0 18,5 22,0 30,0 37,0 45,0 55,0 75,0 Obecie zwykle używaą jedostką dla określeia mocy silika jest wat [W], który jest zamiey z koiem mechaiczym [HP] i przelicza się go astępująco: 1 KM=0,736 kw. 3-4. Uzwojeie musi być połączoe w "trójkąt" lub "gwiazdę". Jeśli apięcie zasilaia wyosi 400V to uzwojeia silika muszą być połączoe w "gwiazdę". Prąd fazowy silika wyosi wtedy 27.5A. Jeżeli 26
apięcie sieci zasilaia wyosi 230V, uzwojeie musi być połączoe w "trójkąt". Prąd fazowy wyosi wtedy 48.7A. W początkowej fazie rozruchu silika, kiedy prąd jest od 4 do 10 razy większy od prądu ormalego, sieć zasilaia może być przeciążoa. Spowodowało to wydaie przez zakłady eergetycze rozporządzeń zalecających obiżeie wartości prądu podczas rozruchu dużych silików. Może być to dokoywae a przykład, przez połączeie uzwojeń silika podczas rozruchu w gwiazdę, a późiej przełączeie w trójkąt. Rys. 2.25 Prąd i momet obrotowy silika w połączeiu w gwiazdę - ϒ i trójkąt -. Momet obrotowy silika, którego uzwojeie połączoe jest w gwiazdę, zmiejsza moc i momet obrotowy do 1/3, dlatego silik ie może startować z pełym obciążeiem. Silik zaprojektoway do pracy w połączeiu uzwojeń w gwiazdę zostaie przeciążoy, jeśli ie posiada wyłączika do połączeia w uzwojeń gwiazdę dla pracy z pełym obciążeiem. 5. Rodzaj ochroy, jaką spełia silik wskazuje stopień ochroy przez obudowę zabezpieczającej przed przeikaiem do wętrza silika płyów i obcych ciał. Rys. 2.26 zawiera opisy stosowaych stopi ochroy obudów silików według międzyarodowego stadardu IEC - Publikacja 34-5. Zastosowaie ochroy i jej rodzaj są wskazywae przez dwie litery IP (Iteratioal Protectio) i dwie cyfry. Cyfry są używae, aby wyszczególić poziom ochroy silika przed kotaktem dotykowym i obcymi ciałami (pierwsza cyfra), oraz przed płyami (druga cyfra). Jeżeli wymagae są dodatkowe litery, mogą być oe dodae. Podstawowy układ kodu IP wygląda astępująco: 27
IP 2 3 C S Kod literowy pierwsza cyfra (od 0-6 ) - ochroa przed kotaktem i obcymi ciałami druga cyfra (od 0-8) ochroa przed wodą Rys. 2.26 Opisy używae w międzyarodowym stadardzie IEC dla ozaczeia stopia ochroy obudowy silików. Waże, aby zapamiętać, że: -Jeżeli cyfra ie może być określoa, to może być zastąpioa przez literę "X". -Dodatkowo i / lub łączące litery mogą być opuszczoe bez zastępowaia iym zakiem. -Jeżeli wymagaa jest więcej iż jeda uzupełiająca litera, zachowaa musi być kolejość alfabetycza. Tabela. 2.03 Wykaz ochroy silików według ormy IEC 34-5. Pierwsza cyfra Druga cyfra Cyfra Ochroa kotaktu Ochroa przed obcymi ciałami Ochroa przed zawilgoceiem 0 Bez ochroy Bez ochroy Bez ochroy 1 2 3 4 5 6 dodatkowa litera A, B, C, D (opcjoalie) uzupełiająca litera: H, M, S, W (opcjoalie) Ochroa przed bezpośredim kotaktem dłońmi, także ich odwrotą stroą Ochroa przed kotaktem z palcami dłoi. Ochroa przed kotaktem z arzędziami Ochroa przed kotaktem z przewodem Ochroa przed kotaktem z przewodem Ochroa przed kotaktem z przewodem 7 ----------- ----------- 8 ----------- ----------- Ochroa przed ciałami stałymi o średicy większej iż 50mm Ochroa przed ciałami stałymi o średicy większej iż 12,5mm Ochroa przed ciałami stałymi o średicy większej iż 2,5mm Ochroa przed ciałami stałymi o średicy większej iż 1,0mm Ochroa przed pyłem, kurzem Ochroa przed pyłem, kurzem Ochroa przed pioowo opadającą wodą Ochroa przed opadającą wodą pod kątem 15 o Ochroa przed opadającą wodą pod kątem 60 o Ochroa przed opadającą wodą we wszystkich kieruków Ochroa przed wodą opadającą strumieiem Ochroa przed wodą padającą strumieiem pod ciśieiem Ochroa przed krótkotrwałym zaurzeiem w wodzie Ochroa przed długotrwałym zaurzeiem w wodzie 28
Dodatkowe ozaczeia literowe wskazują, w jaki sposób ludzie są zabezpieczei w miejscach iebezpieczych: Uwaga a odwrotą część dłoi litera A Uwaga a palce litera B Uwaga a arzędzia litera C Uwaga a przewód litera D Ozaczeia się wzajemie uzupełiają i dostarczają iformacji o zagrożeiach w szczególości: Wysokie apięcie litera H Próba woda podczas pracy litera M Próba woda podczas postoju litera S Waruki pogodowe litera W W przypadku, gdy w maszyie jest zapewioa chroioa przeciw zaieczyszczeiom zewętrzym takim jak p.: pył lub kurz, umieszcza się w ozaczeiu pierwszą cyfrę 5. Ochroa taka ie zapewia całkowitego odizolowaia - jest szczela dla określoych rozmiarów zaieczyszczeń stałych, lecz w zaczym stopiu ograicza wpływ zaieczyszczeń zewętrzych a bezpieczą i długotrwałą pracę tejże maszyy elektryczej. Cyfrą 6 ozacza się wykoaie ochroe przeciw wodzie i spełia wymagaia wszystkich iych iższych ozaczeń. W systemie ozaczeń symbol IP X7 określa jako dopuszczae chwilowe zaurzeie, IP X8 ozacza jako dopuszczae ciągłe zaurzeie. Powyższe wymagaia ochroy przed wodą uwzględiają wymagaia dotyczące ochroy przeciw wodzie opadającej także strumieiami IPX5 czy silymi strumieiami wody IPX6. Jeśli dwa rodzaje zagrożeń mogą wystąpić jedocześie urządzeie musi mieć podwóje ozaczeie, p. IPX5/IPX7 Przykład: IP 65 mówi, iż silik jest bezpieczy ze względu a dotyk i ma ochroę przed zaieczyszczeiami zewętrzymi oraz silym strumieiem padającej wody. 6. Prąd I s, który jest pobieray przez silik, azyway prądem pozorym dzieli się a dwie składowe: czyą I w i bierą I b. Cosφ ilustruje procetowy udział prądu czyego w prądzie zasilającym silik w warukach omialych. Składowa czya prądu zasilaia silika odpowiada za moc czyą a wale silika a składowa biera prądu zasilającego jest potrzeba do wymuszeia pola magetyczego w siliku. Gdy pole magetycze jest okresowo usuwae moc magesowaia jest oddawaa do sieci zasilaia. Określeie "biery" ozacza, że te prąd jest przesyłay do i z przewodów bez wpływu a wartość mocy czyej a wale silika. Prąd pozory pobieray z sieci zasilaia, jego składowa czya i biera ie sumują się wprost arytmetyczie siliku, gdyż są przesuięte w czasie względem siebie Wielkość przesuięcia między składowymi prądu zależy 29
od częstotliwości apięcia zasilaia. Dla częstotliwości 50Hz przesuięcie wyosi 5ms, a ich suma geometrycza wyosi: I S = I 2 W + I 2 B Prąd silika I S i jego składowe I W i I B mogą być przedstawioe jako ramioa trójkąta prostokątego, w którym długość przeciwprostokątej jest pierwiastkiem kwadratowym sumy kwadratów długości przyprostokątych - składowych I W i I B ( wg geometrii Pitagorasa). φ to kąt pomiędzy prądem I S i jego czyą składową I W. Cos φ jest współczyikiem określającym zależość pomiędzy wielkościami tych prądów: cos ϕ = Cos φ może rówież przedstawiać stosuek pomiędzy mocą czyą i pozorą: cos ϕ = I I W S P S I S I B Rys. 2.27 Związek pomiędzy prądem czyym, bierym i pozorym. I w Wyrażeie "moc pozora" ozacza, że tylko część tej mocy jest wykorzystywaa do wytworzeia mocy czyej a wale silika. W tym przypadku wartość mocy czyej determiuje składowa I W prądu pozorego. Siliki elektrycze projektowae są a róże typy chłodzeia. Przykładowe metody chłodzeia zgode z międzyarodowymi ormami IEC - Publikacja 34-6, podae są w tabeli r.2.03 30
Tabela. 2.04 Sposoby chłodzeia silików zgode z ormą IEC 34-6. IC01 IC17 Wetylacja własa, Chłodzeie zewętrze wętrze silika jest Silik z wbudowaym chłodzoe bezpośredio wetylatorem przepływającym przez jego dochłodzeia powietrzem wętrze powietrzem otoczeia zewętrzego IC06 Chłodzeie zewętrze silik chłodzoy zewętrzie obcym strumieiem powietrza IC37 Chłodzeie zewętrze silik do oddzielego chłodzeia i oddzielym wlotem i wylotem powietrza Wybór silika musi uwzględiać rodzaj aplikacji, a także waruki wykoaia istalacji. Międzyarodowe ormy IEC 34-7 podają rówież typy mocowań silików, które ozacza się dwoma literami IM (ag. Iteratioal Moutig) i czterema cyframi. Przykładowe formy mocowań podae są w tabeli r 2.05. Tabela. 2.05 Typy mocowań silików wg. IEC 34-7. Sposób mocowaia skrót zgody z ormą rys. DIN IEC 34-7 DIN42 Kod 1 Kod 2 pokrywy (dekle) mocowaie stojaa objaśieia Ogólie mocowaie mocowaie silika B 3 IM B3 IM 1001 2 pokrywy a łapach --------------- Do korpusu B 3/B5 IM B 35 IM2001 2 pokrywy a łapach asadowe B3/B14 IM B 34 IM 2101 2 pokrywy a łapach asadowe B5 IM B 5 IM 3001 2 pokrywy kołierzowe asadowe B6 IM B 6 IM 1051 2 pokrywy a łapach jak w B3, obrócoe o kąt 90 0 Do korpusu a dodatkowych uchwytach Do korpusu a dodatkowych uchwytach Na staowisku luźo, oraz do dekla Mocowaie do ściay, widok od stroy czołowej Tabliczka zamioowa zawiera tylko podstawowe parametry elektrycze silika. Ie wielkości charakteryzujące silik moża wyliczyć korzystając ze wzorów p.: momet zamioowy. 31
P 9550 15 9550 M = = = 49Nm 2910 Sprawość silika η moża określić jako iloraz pomiędzy mocą a wale a mocą elektryczą pobieraą przez silik z sieci zasilaia i oblicza się ze wzoru: η = P = 3 U I cosϕ 15000 = 0,87 3 380 29 0,9 Poślizg silika s moża określić a podstawie daych z tabliczki zamioowej, która podaje omialą prędkość i częstotliwość apięcia zasilaia. Te dwie wielkości wskazują a dwa bieguy silika, jeśli silik osiąga prędkość sychroiczą 3000 obr/mi. A więc poślizg silika s wyosi: = = 3000 2910 90 obr / mi s o = Poślizg ormalie podaway jest w procetach i wyosi s 90 s = = = 0,03 = 3% 3000 o W katalogach moża zaleźć wiele daych charakteryzujących silik, tabela 2.05. Moc silika, prędkość wirika, cosϕ, prąd silika, częstotliwość są zamieszczoe a tabliczce zamioowej i tworzą podstawową iformację o siliku. Sprawość i momet moża wyzaczyć bazując a daych z tabliczki zamioowej. Poadto katalogi podają, że prąd rozruchowy I a silika o mocy 15kW, jest 6,2 razy większy od prądu zamioowego silika I N. I a = 29 6,2 = 180A Momet rozruchowy M a jest określoy jako 1,8 większy od mometu zamioowego i wyosi M a = 1,8 49 = 88Nm Te momet rozruchowy wymaga prądu o wartości 180A, co ależy uwzględić przy projektowaiu sieci zasilaia. Momet krytyczy silika M k jest dwukrotie większy od mometu zamioowego. M k = 2 49 = 98Nm Tabela. 2.06 Fragmet katalogu zawierającego dae o siliku. typ Moc Prędkość cos ϕ Prąd 380V M a I a M M I M max M 160 MA [kw] [mi -1 ] -------- [A] [Nm] [kgm 2 ] [kg] 11 2900 86 0,87 25 6,2 36 2,3 2,6 0,055 76 160 15 2910 88 0,90 29 6,2 49 1,8 2,0 0,055 85 32
M 160 L 18,5 2930 88 0,90 33 6,2 60 2,8 3,0 0,056 96 M Rys. 2.28 Charakterystyki mechaicze silika asychroiczego. W końcu momet bezwładości i waga silika są określoe a tabliczce zamioowej. Momet bezwładości jest wykorzystyway do określeia mometu przyśpieszeia. Waga silika jest istotą daą dla celów trasportowych, istalacyjych i motażowych. Część producetów silików ie publikuje wartości mometu bezwładości i podaje w miejsce tego parametru momet zamachowy WR 2. Jedak tę wielkość moża przekształcić wg wzoru: 2 WR J = 4 g gdzie: J - momet bezwładości [kgm 2 ] g - przyspieszeie ziemskie [m/s 2 ] WR 2 - momet zamachowy [Nm 2 ] 33
2.3 Typowe obciążeia silików Jeśli momet a wale silika jest rówy mometowi obciążeia silik pracuje z stabilie ze stałą prędkością obrotową. Charakterystyki robocze dla silików i maszy są przedstawiae jako zależość między prędkością i mometem wyjściowym. Charakterystyki mometu silika były już omawiae. Natomiast charakterystyki mometów maszy przedstawioe a rys. 2.29 moża podzielić się a cztery zasadicze grupy. 1 M M ()~ -1 P P() = k 2 M M () = k P r P() ~ m 1 m 2 V 3 V M M () ~ P P() ~ 2 4 M M ()~ 2 P P() ~ 3 Rys. 2.29 Typowe charakterystyki obciążeń maszy roboczych. Do grup tych ależą odpowiedio maszyy: do grupy 1 zalicza się różego rodzaju maszyy awijające i aciągające, 34
do grupy 2 ależą p.: przeośiki taśmowe, suwice, wyciągarki, pompy o iewielkiej wydajości, jak i obrabiarki arzędzi, grupa 3 składa się z maszy takich jak walcarki, obrabiarki automatycze, grupa 4 składa się z maszy wykorzystujących siłę odśrodkową p: wirówki, pompy wirowe - odśrodkowe, wetylatory. Silik elektryczy pracuje w ustaloym pukcie pracy gdy momet silika i maszyy roboczej są idetycze. Charakterystyki mometów się przeciają w pukcie B, rys. 2.30. Gdy silik jest dobieray do obciążeia daej maszyy roboczej ależy dobierać te silik tak, aby jego momet omialy, pukt N był możliwie ajbliższy puktowi B. Nadwyżka mometu jest wykorzystywaa jedyie do rozruchu silika dla zapewieia odpowiediego przyśpieszeia - praca powyżej puktu N. Nadmiere przyśpieszaie silika może być często iekorzyste dla maszyy roboczej. W zakresie powyżej mometu zamioowego silika, jego praca jest iestabila i może o ulec zatrzymaiu przy chwilowym przeciążeiu. M adwyżka mometu Rys. 2.30 Charakterystyki mechaicze silika i maszyy roboczej - silik wymaga adwyżki mometu dla zapewieia przyśpieszeia. W praktyczie dla maszy z grup 1 i 2 ależy brać pod uwagę możliwość wystąpieia zwiększoego zapotrzebowaia a momet rozruchowy w początkowej fazie rozruchu maszyy. Te rodzaj maszy może mieć początkowy momet obciążający taki sam jak początkowy momet rozruchowy silika. Istieje tu ryzyko ie dokoaia rozruchu silika z togo powodu, że łatwo jest uzyskać sta, w którym początkowy momet obciążeia przekroczy wartość początkowego mometu rozruchowego rys 2.31, wówczas silik ie ruszy i będzie pracował w staie zwarcia. 35
M Rys. 2.31 Charakterystyki mechaicze silika i maszyy roboczej, w szczególych przypadkach może wystąpić koieczość zapewieia zwiększoego mometu rozruchowego silika. 2.4 Siliki sychroicze W silikach sychroiczych stoja zbudoway jest tak samo jak w silikach asychroiczych. Wirik w siliku sychroiczym (azyway także kołem magetyczym) posiada wydate bieguy magetycze i może być wykoyway z magesów trwałych (dla małych silików) lub z elektromagesów (dla większych silików). Wirik może mieć dwie lub więcej par bieguów i dlatego może być używay w silikach iskoobrotowych. Nie jest możliwy rozruch silika sychroiczego bezpośredio z sieci zasilającej. Spowodowae to jest bezwładością wirika oraz dużą prędkością wirowaia pola magetyczego. Dlatego wirik trzeba ajpierw rozpędzić, aby jego prędkość wirowaia była taka sama jak prędkość wirowaia pola magetyczego. Aby osiągąć odpowiedią prędkość obrotową wirika dla silików o dużych mocach, zwykle stosuje się rozrusziki w postaci silików pomociczych lub przemieiki częstotliwości. Do rozruchu małych silików zasilaych bezpośredio z sieci stosuje się dodatkowe uzwojeia rozruchowe (uzwojeia tłumiące) w wiriku i wówczas silik zachowuje się tak silik klatkowy. 36
1. Strumień magetyczy. 2. Straty magetycze. 3. Mages trwały. 4. Przekładka iemagetycza (diamagetyk). 5. Klatka rozruchowa. Rys. 2.32 Wirik silika sychroiczego z magesami trwałymi. Po rozruchu silika, prędkość obrotowa wirika jest taka sama jak prędkość wirowaia pola magetyczego (prędkość sychroicza). Jeśli silik jest dołączoy do obciążeia odległość pomiędzy bieguami wirika i wirującymi bieguami pola magetyczego wzrasta. Przy zwiększających się obrotach silika zwiększa się przesuięcie pomiędzy bieguami wirika, a bieguami wirującego pola magetyczego. Opóźieie prędkości wirika względem wirującego pola magetyczego spowodowae jest istieiem przesuięcia fazowego obciążeia V oraz przesuięciem ieobciążoego wirika względem pola magetyczego, rys. 2.34. Siliki sychroicze mają stałą prędkość obrotową, która jest iezależa od obciążeia. Siliki te ie tolerują większego obciążeia iż moc rozruchowa pomiędzy wirikiem i polem magetyczym. Jeżeli obciążeie wymusi większą moc apędową iż moc rozruchowa, astępuje rozsychroizowaie silika, co powoduje zatrzymaie się maszyy. Siliki sychroicze są używae przykładowo w pracy rówoległej silików, gdzie kilka mechaiczie iezależych jedostek apędowych ma działać sychroiczie. 37
Mages Uzwojeie Stoja M M K M N Przekrój silika Wirik Rys. 2.33 Wirik z wydatymi bieguami magetyczymi i charakterystyka mechaicza. Napięcie pola stojaa Kieruek wirowaia M Pełe apięcie połowa apięcia Kąt obciążeia (V) Kąt kołowego pola magetyczego Rys. 2.34 Kąt obciążeia i momet silika w zależości od kąta wirika. 38
2.5 Siliki reluktacyje Trójfazowe siliki reluktacyje prądu przemieego, rozwijają taką samą prędkość jak trójfazowe siliki klatkowe, ale potem mają właściwości silików sychroiczych. Odkąd siliki reluktacyje posiadają wbudowaą proste klatkowe uzwojeie w wiriku maszyy, mają oe większy momet rozruchowy, są iezawode, ie trzeba wykoywać prac koserwacyjych, ie geerują oe szkodliwych zakłóceń o częstotliwościach fal radiowych oraz są oe względie taie. Siliki te posiadają rówież wady, a miaowicie wytwarzają oe dużo idukcyjej mocy bierej oraz są mało wydaje, dlatego w przemyśle stosuje się główie siliki reluktacyje o mocy do 15 kw. Budowa Stoja trójfazowego silika reluktacyjego prądu przemieego jest wykoay tak samo jak w zwykłym trójfazowym siliku asychroiczym z wbudowaą klatką rozruchową w wirik maszyy. W wiriku silika reluktacyjego zajduje się proste uzwojeie klatkowe. Jedakże wirik silika reluktacyjego posiada tę samą ilość bieguów wydatych co stoja. Bieguy te przeciają się przez wydrążeia zajdujące się przy obwodzie wirika umieszczoe w metalowej płytce lub iej podobej strukturze rys. 2.35. wydrążeie biegu Rys. 2.35 Wirik silika reluktacyjego. Przekrój poprzeczy wirika Rezystacja magetycza (reluktacja) występująca przy obwodzie wirika wytwarzaa jest przez wydrążeia, które mogą być wypełioe tym samym materiałem, co klatka wirika. Rezystacja ta jest ajmiejsza w okolicy biegua i ajwiększa w okolicy wydrążeia. 39
Rozruch Faza rozbiegu M ks M K M s M/M M A Momet Sychro- -izacja Przeciąż- -eie M Zmiaa pracy Rys. 2.36 Graficza prezetacja przebiegu mometu w siliku reluktacyjym. Kiedy podłączymy silik reluktacyjy do trójfazowej sieci zasilającej prądu przemieego rozwiie o prędkość bliską prędkości sychroiczej, podobie jak silik klatkowy pod warukiem, że momet silika jest wyższy od mometu obciążeia podczas rozruchu procesu produkcyjego. Prąd pobieray podczas rozruchu jest ieco większy a momet początkowy jest ieco miejszy w porówaiu z podobej mocy silikiem klatkowym. Jest to wyikiem większej szczeliy powietrzej w silikach klatkowych w porówaiu do silików reluktacyjych. Gdy wirik praktyczie osiągie prędkość obracającego się pola magetyczego, pole magetycze stojaa i wirika daje w rezultacie momet sychroiczy. Po zsychroizowaiu, silik będzie pracował przy prędkości sychroiczej, pomimo zmiejszoego oddziaływaia wirika. Zsychroizoway silik reluktacyjy pracuje miej więcej tak samo jak silik sychroiczy, jego wirik obraca się z taką samą prędkością jak wirujące pole magetycze stojaa. W te sam sposób jak biegu w wirującym polu magetyczym stojaa, poruszają się bieguy w wiriku. W silikach reluktacyjych strumień magetyczy w wirującym polu stojaa próbuje uaktywiać wirik w pobliżu bieguów wydatych. Mała szczelia powietrza w tych miejscach geeruje miejszą rezystację magetyczą (reluktację) iż w miejscach wydrążeń. Natężeie pola magetyczego ie musi pokoywać wyższej rezystacji magetyczej w okolicy wydrążeia, przez co tworzy się momet sychroiczy, który utrzymuje obciążeie. Z powodu spadającego geerowaego w wiriku prądu stałego, momet sychroiczy w silikach reluktacyjych jest zaczie miejszy iż w porówywalym siliku sychroiczym. Jeżeli sychroizacja jest zapewioa, siliki reluktacyje mają charakterystykę roboczą zbliżoą do stadardowych silików sychroiczych. 40
Wirik obraca się z prędkością wirującego pola magetyczego stojaa, która zależy od częstotliwości sieci zasilającej oraz od ilości par bieguów. Kąt obciążeia określa jak daleko bieguy wydate wirika pozostają za wirującym polem magetyczym stojaa. Jeżeli silik jest w fazie przeciążeia (ag. overload) może dojść do rozsychroizowaia (ag. phase swigig) i wtedy silik będzie pracował jak silik asychroiczy z prędkością zależą od obciążeia, rys. 2.36. Silik powróci do pracy sychroiczej wtedy, gdy momet obciążeia będzie miejszy od mometu sychroiczego. Jeżeli jedak silik będzie bardziej obciążoy iż w przypadku obciążeia jak pracy asychroiczej, astąpi jego zatrzymaie. Poieważ szczelia powietrza w obszarze wydrążeia jest większa iż w pozostałej części obwodu wirika, siliki reluktacyje mają względie duże rozproszeie, które powoduje zapotrzebowaie a dużą idukcyją moc bierą. Występowaie dużej wartości mocy bierej powoduje zacze obiżeie współczyika mocy, o wartościach w przedziale 0,4-0,5 dla waruków zamioowych, gdzie tkwi ajwiększa wada tych silików. Kiedy zamierzamy zastosować apęd z silikiem reluktacyjym, musimy wziąć pod uwagę fakt zwiększoego zapotrzebowaia tych silików a moc bierą. Trójfazowe siliki reluktacyje prądu przemieego są główie używae w apędach wielozadaiowych, kiedy prędkość każdej osi musi być dokładie taka sama i gdzie użyty pojedyczy silik z apędem mechaiczym do poszczególej osi byłby trudy do realizacji lub zbyt kosztowy. Przykładem takiego zastosowaia mógłby być apęd maszy przędzaliczych, pomp lub systemów taśmociągowych. 41