Click here to load reader

Wykład VIII

  • View
    90

  • Download
    2

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Wykład VIII. Silniki indukcyjne - wiadomości ogólne Klasyfikacja Budowa silnika Zasada działania Charakterystyki Rozruch Regulacja prędkości obrotowej Zmiana kierunku wirowania. Silniki indukcyjne - wiadomości ogólne. - PowerPoint PPT Presentation

Text of Wykład VIII

  • Wykad VIIISilniki indukcyjne - wiadomoci oglneKlasyfikacjaBudowa silnikaZasada dziaaniaCharakterystykiRozruchRegulacja prdkoci obrotowejZmiana kierunku wirowania

  • Silniki indukcyjne - wiadomoci oglneDo maszyn indukcyjnych naley dua grupa maszyn o rnicych si konstrukcjach przeznaczonych do wypeniania rnorodnych dziaa.Trjfazowe silniki indukcyjne s najbardziej rozpowszechnione, poniewa maj prost budow, s atwe w obsudze, tanie w wykonaniu i eksploatacji, ich waciwoci napdowe s dobre. Znajduj one zastosowanie jako silnik oglnego przeznaczenia, silniki specjalne, ale rwnie jako przetwornice czstotliwoci, regulatory napicia, hamulce indukcyjne czy przesuwniki fazowe.Silniki indukcyjne mog by zbudowane jako jednofazowe - su wwczas do napdu odbiornikw gospodarstwa domowego lub dwufazowe wykorzystywane w urzdzeniach automatyki.Silniki indukcyjne liniowe wykorzystywane s w urzdzeniach transportowych, gdy cz ruchoma tych silnikw porusz si po linii prostej.

  • Klasyfikacja silnikw indukcyjnych

  • Budowa silnika indukcyjnegoRys. 1. Silnik indukcyjny: a) widok obudowy; b) widok ukadu

  • Schemat silnika indukcyjnegoRys. 2. Silnik indukcyjny - przekrj

  • Silnik indukcyjny skada si z dwch zasadniczych czci: nieruchomego stojana i ruchomego (wirujcego) wirnika.Na wewntrznej stronie rdzenia stojana i zewntrznej stronie rdzenia wirnika wykonuje si specjalne rowki, zwane obkami, w ktrych umieszczane s uzwojenia. Cz rdzenia pomidzy ssiednimi rowkami, nazywana jest zbem. obki i zby mog posiada rne ksztaty, zwykle ich liczba w stojanie i wirniku jest rna. Pomidzy stojanem a wirnikiem znajduje si moliwie maa szczelina powietrzna.Rys. 3. Silnik indukcyjny

  • Uzwojenie stojana wykonane jest z izolowanego drutu, zaimpregnowane i mocno usztywnione, tak, aby zmniejszy prawdopodobiestwo uszkodzenia na skutek drga mechanicznychZe wzgldu na sposb wykonania wirnika rozrnia si dwa rodzaje silnikw indukcyjnych: klatkowe i piercieniowe.W silniku piercieniowym uzwojenie wirnika wykonane jest podobnie do uzwojenia stojana. Jest ono na stae poczone z piercieniami lizgowymi (std nazwa silnik piercieniowy), zwykle trzema, gdy uzwojenie wirnika najczciej jest 3-fazowe. Za porednictwem przylegajcych do piercieniszczotek, uzwojenia wirnika poczone s z dodatkowymi elementami, zwikszajcymi rezystancje kadej fazy. (zmian rezystancji faz stosuje si dla rozruchu, hamowania i zmiany prdkoci silnika). Obecnie ze wzgldu na zbyt skomplikowana budow konstrukcja ta jest raczej rzadko stosowana.

    Rys. 3. Wirnik silnika piercieniowego

  • W silniku indukcyjnym klatkowym obwd elektryczny wirnika jest wykonany z nieizolowanych prtw, poczonych po obu stronach wirnika piercieniami zwierajcymi. Konstrukcja to wygldem przypomina klatk o ksztacie walca (std wzia si nazwa tego silnika).Obwd magnetyczny wirnika wykonany jest w postaci pakietu blach stalowych z dodatkiem krzemu, wzajemne odizolowanych, zoonych jedna na drug.Obwd elektryczny wirnika jest zawsze zwarty (inna nazwa tego silnika to silnik indukcyjny zwarty) w zwizku, z czym nie ma moliwoci przyczania dodatkowych elementw, tak jak ma to miejsce w wirniku silnika piercieniowego. Klatka stanowi wielofazowe uzwojenie wirnika, a za liczb faz przyjmuje si liczb prtw, z ktrych jest wykonanaRys. 4. Klatka silnika klatkowego

  • Silnik klatkowy ma bardzo prost, tani, i atwa w utrzymaniu konstrukcj. Wykonanie silnika piercieniowego jest o wiele drosze, ale konstrukcja ta, poprzez moliwo doczania dodatkowych elementw do uzwojenia wirnika posiada zdecydowanie bogatsze waciwoci ruchowe. (ukady umoliwiajce rozruch i regulacje prdkoci silnika) Biorc jednak pod uwag coraz wiksz powszechno elektronicznych urzdze zasilajcych (falowniki), umoliwiajcych uzyskanie o wiele lepszych waciwoci regulacyjnych, wspomniane zalety silnikw piercieniowych przestay by juz tak istotne i w ogromnej wikszoci silniki piercieniowe zostay wyparte przez silniki klatkowe. Rys. 5. wirnik silnika klatkowego

  • Budowa silnika trjfazowego klatkowegotarcza oyskaWirnik klatkowyuzwojenia stojanapiercie klatkiwakadubRdze stojanatarcza oyska

  • BUDOWA SILNIKAblachy stojanaszczelina powietrznablachy wirnikaOBWD MAGNETYCZNY

  • BUDOWA SILNIKAuzwojenia stojanaopornik rozruchowyuzwojenia wirnikaPiercienie i szczotkiOBWODY ELEKTRYCZNE

  • BUDOWA SILNIKAW silnikach piercieniowych wirnik jest uzwojony trjfazowo. Uzwojenia te poczone s w gwiazd, a koce gwiazdy wyprowadzones do piercieni lizgowych.wauzwojenieblachy wirnikapiercienie lizgoweWIRNIK SILNIKA PIERCIENIOWEGO

  • BUDOWA SILNIKAW silnikach klatkowych wirnik ma uzwojenia w postaci prtw zwartych na kocach. WIRNIK SILNIKA KLATKOWEGOsprzgowaPrty klatkipiercie klatki

  • RODZAJE WIRNIKW KLATKOWYCH

    jednoklatkowe - uzwojenie tworzy rodzaj klatki.

    dwuklatkowe - wirnik ma dwa uzwojenia zwarte w postaci dwch klatek: wewntrznej i zewntrznej, skadajcych si z jednakowej liczby prtw. Taka konstrukcja pozwala na uzyskanie wikszego momentu rozruchowego przy prdzie o mniejszym nateniu

    gbokoobkowe - klatka zbudowana jest z prtw w ksztacie wskich szyn sigajcych w gb wirnika, pozwala to na przebieg rozruchu jak w silniku dwuklatkowym.BUDOWA SILNIKA

  • BUDOWA SILNIKA Silnik indukcyjny z jednym uzwojeniem stojana nie wytworzy pocztkowego momentu rozruchowego. Taki silnik ma w stojanie dwa uzwojenia o osiach przesunitych w przestrzeni. Budowany jest w dwch odmianach: z rwnomierna szczelin powietrzn - dwufazowe uzwojenie stojana jest wykonane jako rozoone i umieszczone w obkach. z nierwnomiern szczelin powietrzn (biegunami jawnymi) - uzwojenia stojana s one skupione. Jedno z nich, gwne, nawinite na rdzeniu bieguna jest zasilane z sieci. Drugie uzwojenie, pomocnicze, ma jeden lub dwa zwarte zwoje umieszczone na czci dzielonego rdzenia biegunaSILNIKI JEDNOFAZOWE

  • BUDOWA SILNIKASILNIK JEDNOFAZOWY O RWNOMIERNEJ SZCZELINIE POWIETRZNEJWirnik klatkowystojanRozoone uzwojeniastojana

  • BUDOWA SILNIKASILNIK JEDNOFAZOWY Z UZWOJENIEM POMOCNICZYM ZWARTYMstojanz uzwojeniemgwnymwirnikbiegun uzwojenia pomocniczegouzwojeniepomocniczerdze stojanawa

  • BUDOWA SILNIKAwirnikpnabiegunnikUzwojeniegwneOBWD MAGNETYCZNY SILNIKA JEDNOFAZOWEGOZwj zwartyRdze stojana

  • BUDOWA SILNIKAOBWD ELEKTRYCZNY SILNIKA JEDNOFAZOWEGOkondensatorrozruchowywirnikuzwojeniegwneuzwojeniepomocnicze

  • BUDOWA SILNIKA Silnik indukcyjny skada si z dwch zasadniczych czci: nieruchomego stojana i ruchomego (wirujcego) wirnika.Silniki dwufazowe maj dwufazowe uzwojenie stojana i rwnomiern szczelin powietrzn. Zwykle uzwojenia stojana s jednakowe i przesunite o kt elektryczny 900.

    Wirniki silnikw dwufazowych mog by : jednoklatkowe - wykonane podobnie jak w silnikach trjfazowych,kubelkowe - aluminiowe cienkocienne uzwojenie w ksztacie kubka, w ktrego wntrzu, dla zmniejszenia prdu magnesujcego jest umieszczony rdze zwikszajcy opr magnetyczny SILNIK INDUKCYJNY DWUFAZOWY

  • BUDOWA SILNIKASILNIK DWUFAZOWY KUBEKOWYkubek wirnikauzwojenia stojanaRdze stojanardze wewntrzny

  • BUDOWA SILNIKASilniki indukcyjne liniowe najczciej budowane s jako trjfazowe. Wyrnia si w nich obwd pierwotny (wzbudnik) oraz obwd wtrny (biegnik). Wzbudnik moe by umieszczony nad lub pod biegnikiem. Silnik moe by tak skonstruowany, e biegnik jest umieszczony pomidzy dwoma wzbudnikami. Na og wzbudnik z uzwojeniem jest nieruchomy. Biegnikiem zwykle jest tama lub wska pyta aluminiowa przesuwajca si na rolkach lub oyskach. SILNIK INDUKCYJNY LINIOWY

  • BUDOWA SILNIKASILNIK LINIOWY Z DWUSTRONNYM WZBUDNIKIEMwzbudnikbiegnikuzwojenia

  • ZASADA DZIAANIAPOLE WIRUJCEPole wirnika wiruje wzgldem stojana z prdkoci synchroniczn, czyli jest nieruchome wzgldem pola stojana niezalenie od prdkoci obrotowej maszyny.Pola magnetyczne stojana i wirnika tworz jedno wsplne pole, ktre indukuj w stojanie i w wirniku siy elektromotoryczne. Kade uzwojenie, przez ktre pynie prd przemienny, wytwarza wok siebie zmienne pole magnetyczne. Trzy zmienne pola magnetyczne nakadaj si na siebie, dajc pole wypadkowe zmienne.

  • ZASADA DZIAANIAt=0t=1/12Tt=1/6Tt=1/4Tt=1/3Tt=1/2Tt=2/3TPOOENIE OSI WYPADKOWEGO POLA STOJANA ZASILANEGO TRJFAZOWO

  • ZASADA DZIAANIAPOLE WIRUJCE STOJANA

  • ZASADA DZIAANIAWirujce pole magnetyczne wywoane przez stojan, przecina przewody nieruchomego w pierwszej chwili wirnika i indukuje w nich siy elektromotoryczne. Pod wpywem tych si w zamknitym obwodzie wirnika pynie prd w wyniku ktrego w wirniku wytwarza moment obrotowy powodujcy podanie przewodw wirnika w kierunku wirowania pola. Wirnik zaczyna si obraca. Z upywem czasu prdko obrotowa wirnika zwiksza si, lecz rwnoczenie zmniejsza si prdko przecinania jego przewodw przez pole wirujce. Zmniejsza si wtedy warto momentu w porwnaniu z tym, jaki dziaa na nieruchomy wirnik. W rezultacie ustala si prdko obrotowa wirnika. Jest ona mniejsza od prdkoci pola wirujcego stojana.

  • ZASADA DZIAANIA

  • ZASADA DZIAANIARnica midzy prdkoci pola wirujcego (synchroniczn) ns, a prdkoci wirnika n podzielona przez ns, nazywa si polizgiem

    S - polizg, ns - prdko synchroniczna, n - prdko wirnika

  • ZASADA DZIAANIAWarunek istnienia polizgu musi by speniony, gdy:

    przewody nie byyby przecinane przez linie pola,

    sia elektromotoryczna zmalaaby do zera,

    nie wytworzyoby si pole wok uzwoje wirnika,

    nie powstaby moment obrotowy.

  • ZASADA DZIAANIARwnanie ruchu elektromechanicznegoM= Md+Mm

  • ZASADA DZIAANIAWirnik silnika bdzie wprawiony w ruch obrotowy jeli:

    istnieje pole wirujce stojana,

    uzwojenia wirnika s zwarte,

    moment elektromagnetyczny silnika jest wikszy od momentu mechanicznego i momentu bezwadnoci.

  • ZASADA DZIAANIA SILNIKAPrd w uzwojeniu pomocniczym, opniony w stosunku do prdu uzwojenia gwnego, umoliwia powstanie eliptycznego pola wirujcego, w kadych warunkach pracy silnika.W silniku z uzwojeniem dwufazowym jedno z uzwoje (gwne) jest umieszczone w 2/3 obkw stojana, natomiast drugie uzwojenie (pomocnicze) w pozostaych obkach. Osie uzwoje s przesunite o kt 900. Oba uzwojenia s zasilane tym samym napiciem fazowym.Przesunicie fazowe potrzebne do wytworzenia momentu rozruchowego uzyskuje si przez :wykonanie uzwojenia pomocniczego o powikszonej rezystancji (uzwojenie to moe pracowa tylko w czasie rozruchu)wczenia w obwd uzwojenia pomocniczego kondensatora (moe pracowa w czasie rozruchu ale rwnie wsppracowa z uzwojeniem gwnym).

    JEDNOFAZOWEGO

  • ZASADA DZIAANIA SILNIKAPodobnie jak w silniku jednofazowym uzwojenia stojana silnika dwufazowego wytwarzaj pole eliptyczne. Indukuje ono w zwartym uzwojeniu wirnika si elektromotoryczn. Oddziaywanie pola wirnika i stojana wprawia w ruch silnik .Silniki dwufazowe mona zasila ze rda jednofazowego, wwczas w obwd jednej z faz, podobnie jak w silniku jednofazowym, naley wczy kondensator. Rnic midzy silnikiem jedno - i dwufazowym jest moliwo regulacji prdkoci w tym drugim.

    DWUFAZOWEGO

  • ZASADA DZIAANIA SILNIKASilnik indukcyjny liniowy dziaa na takiej samej zasadzie jak silnik indukcyjny o ruchu obrotowym z wirnikiem klatkowym. Pole elektromagnetyczne wytworzone przez prdy pynce w uzwojeniuwzbudnika przemieszcza si wzdu biegnika z prdkoci liniowzalen od czstotliwoci napicia zasilajcego oraz iloci biegunwpola. Pod wpywem przemieszczajcego si pola, w biegniku indukuje si sia elektromotoryczna. Prdy w biegniku wytwarzajsi elektrodynamiczn powodujc ruch biegnika.LINIOWEGO

  • CHARAKTERYSTYKIWaciwoci ruchowe silnikw przedstawia si zazwyczaj w postaci: charakterystyki mechanicznej charakterystyki roboczej.

    Charakterystyka mechaniczna to zaleno momentu obrotowego silnika M od prdkoci obrotowej n.Zakres pracy silnika od biegu jaowego a do obcienia znamionowego znajduje si na czci charakterystyki zawartej midzy prdkoci synchroniczn nS a znamionow nN.

    Mr -moment rozruchowyMmax-moment maksymalnyMN- moment znamionowynk- prdko krytycznanN - prdko znamionowanS- prdko synchroniczna

  • Przy maym obcieniu silnik pobiera do znaczny prd, a sprawnoi wspczynnik mocy silnika s niewielkie ( przy biegu jaowym I0 wynosi 25-50% IN, a cosf0 maleje z 0,85 do ok. 0,1).

  • ROZRUCH SILNIKA INDUKCYJNEGORozruch silnikw klatkowych i piercieniowych trwajcy od chwili przyczenia obwodu stojana do sieci zasilajcej do chwili osignicia przez wirnik ustalonej prdkoci obrotowej, przebiega w odmienny sposb.Rozruch za pomoc rozrusznika Rozruch za pomoc przecznika gwiazda-trjkt Rozruch za pomoc autotransformatora Rozruch za pomoc dawika wczonego w obwd stojana Rozruch za pomoc rezystancji wczonej w obwd stojana

  • Rozruch bezporedni polega na przyczeniu uzwoje stojana do sieci zasilajcej bez urzdze obniajcych napicie. Prd pobierany podczas takiego rozruchu jest kilkakrotnie wikszy od znamionowego, a czas jego trwania zaley od momentu obcienia i momentu znamionowego (Mobc/MN>1- kilkanacie do kilkudziesiciu sekund). Rozruch za pomoc gwiazda - trjkt polega na poczeniu uzwoje stojana w gwiazd przed wczeniem silnika. Przez to zmniejsza si napicie zasilajce razy, a tym samym moment rozruchowy i prd pobierany z sieci s 3 raz mniejszy. Przed ukoczeniem rozruchu silnik naley przeczy w trjkt, aby pracowa w swoich warunkach normalnych (rozruch taki jest moliwy, gdy silnik rusza nieobciony lub obciony bardzo maym momentem.

    ROZRUCH SILNIKA KLATKOWEGO

  • Przebieg momentu obrotowego i prdu podczas rozruchu silnika klatkowego za pomoc przecznika gwiazda trjktSchemat przyczenia silnika z przecznikiem trjkt - gwiazda

  • Rozruch za pomoc rozrusznika stojanowego polega na wczeniu w obwd stojana opornika o zmiennej rezystancji. Podobnie jak w przypadku przecznika gwiazda - trjkt zarwno moment jaki prd pocztkowy maj ma warto i moe by stosowany. Rozruch za pomoc autotransformatora polega na zasilaniu silnika za porednictwem autotransformatora obniajcego. Uruchamia si silnik zwikszajc napicie od zera do najwikszej wartoci. Silnik rusza bez obcienia lub przy maej jego wartoci.

  • Najczciej przeprowadza si taki rozruch przy wczonym w obwd wirnika rozrusznika czyli rezystorw o regulowanej rezystancji.W chwili pocztkowej rozruchu powinny mie one najwiksz rezystancj, a w miar upywu czasu, naley t rezystancj zmniejsza.Po osigniciu prdkoci znamionowej silnika uzyskuje si bezoporowe poczenie uzwoje wirnika. Taki rozruch zmniejsza prd rozruchowy, a dodatkowe rezystory w obwodzie wirnika powoduj zwikszenie momentu rozruchowego.

    ROZRUCH SILNIKA PIERCIENIOWEGO

  • Rozruch silnika piercieniowego z zastosowaniem rozrusznika czterostopniowego Przebieg momentu obrotowego MPrzebieg prdu rozruchowego I

  • REGULACJA PRDKOCI Prdko obrotow silnikw indukcyjnych wyraa si zalenoci:z ktrej wynika, e prdko t mona regulowa zmieniajc liczb par biegunw magnetycznych p, czstotliwo f lub polizg s.SILNIKA TRJFAZOWEGO

  • Regulacja prdkoci przez zmian par biegunw jest moliwa w silnikach o specjalnej budowie (wielobiegunowych w ktrych na tabliczk zaciskow wyprowadzono pocztek, koniec i rodek uzwoje stojana , jednego lub wielu niezalenych, kadej fazy). Przy odpowiednim poczeniu zaciskw stojana silniki te umoliwiaj skokow regulacj prdkoci, tzn. uzyskanie dwu, trzech, a nawet czterech prdkoci znamionowych. Regulacjtak stosuje si tylko w silnikach klatkowych.Regulacja prdkoci obrotowej przez zmian czstotliwoci polega na zasilaniu silnika za porednictwem przetwornicy czstotliwoci lub tyrystorowego przemiennika czstotliwoci. Naley pamita o zwikszeniu napicia zasilajcego, gdy zachowany zostanie wwczas moment maksymalny silnika (U/f=const.).

  • Regulacja prdkoci obrotowej przez zmian polizgu mona uzyska w wyniku wczenia dodatkowej rezystancji w obwd wirnika. Jest ona moliwa tylko w silnikach piercieniowych. Przy takiej regulacji wydziela si duo ciepa w wirniku, std stosowana jest przy zmianach prdkoci w maym zakresie lub niewielkich przedziaach czasu.

    Charakterystyki mechaniczne silnika indukcyjnego przy zmianie czstotliwoci napicia stojanastosunku U/f=const

  • REGULACJA PRDKOCI SILNIKAW silniku dwufazowym prdko wirowania wirnik zaley od deformacji pola magnetycznego, ktre moe zmienia ksztat z koowego przez eliptyczne do oscylacyjnego. Zaley to od zasilania poszczeglnych uzwoje fazowych stojana.Prdko moemy zmienia przez: sterowanie amplitudowe - zmian amplitudy napicia sterujcego sterowanie fazowe - zmian fazy napicia sterujcego sterowanie amplitudowo - fazowe - wczenie kondensatora w obwd wzbudzenie i regulatora napicia w obwd sterowania

    DWUFAZOWEGO

  • ZMIANA KIERUNKU WIROWANIA Zmian kierunku wirowania uzyskuje si zamieniajc midzy sob dwa dowolne przewody zasilajce doczone do tabliczki zaciskowej

    W SILNIKACH TRJFAZOWYCH

  • ZMIANA KIERUNKU WIROWANIAW celu zmiany kierunku wirowania wirnika w silniku dwufazowy naley zmieni kierunek prdu w jednym z uzwoje, a nie zmienia zaciskw czcych silnik z sieci zasilajc SILNIK JEDNO - I DWUFAZOWY