silniki elektryczne(1).pdf

(854 KB) Pobierz
Microsoft Word - instr_klat_pier.doc
Zespół Dydaktyczno-Naukowy Napędów i Sterowania
Instytut Maszyn Roboczych Ciężkich
Laboratorium Elektrotechniki i Elektroniki
Ćwiczenie M2
BADANIE MASZYN INDUKCYJNYCH:
Silnika klatkowego i silnika pierścieniowego
Data wykonania ćwiczenia..................................................................
Data oddania sprawozdania.................................................................
Data i ocena z zaliczenia sprawozdania ...............................................
Zespół wykonujący ćwiczenie:
Nazwisko i imię ocena dop. do ćw. ocena końcowa
1. .............................................................
......................
..................
2. .............................................................
......................
...................
3. .............................................................
......................
..................
4. .............................................................
......................
..................
5. .............................................................
......................
..................
6. .............................................................
......................
..................
7. .............................................................
......................
..................
8. .............................................................
......................
..................
9. .............................................................
......................
..................
10. .............................................................
......................
..................
Wydział SiMR PW
Rok ak. 200../200..
Semestr...............
Grupa.................
Warszawa 2003r.
SPIS TREŚCI
1. WIADOMOŚCI TEORETYCZNE
1.1. Budowa silników indukcyjnych
3
1.2. Zasada działania trójfazowego silnika indukcyjnego
4
1.3. Moment obrotowy silnika indukcyjnego i jego charakterystyki w różnych
warunkach pracy 8
1.4. Rozruch silników indukcyjnych 10
1.4.1. Rozruch bezpośredni silnika klatkowego 11
1.4.2. Rozruch silnika klatkowego przy zastosowaniu przełącznika gwiazda
trójkąt
11
1.4.3. Sposoby rozruchu silników budowy pierścieniowej
13
1.5. Regulacja prędkości obrotowej silników indukcyjnych
14
1.5.1. Regulacja prędkości obrotowej silnika klatkowego
14
1.5.2. Regulacja prędkości obrotowej silników indukcyjnych budowy
pierścieniowej
16
2. POMIARY
2.1. Wyznaczanie charakterystyk obciążenia silnika klatkowego
18
2.2. Wyznaczanie charakterystyk obciążenia silnika pierścieniowego
20
2
CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadą działania, sposobami rozruchu oraz
regulacji prędkości obrotowej klatkowych i pierścieniowych trójfazowych silników
indukcyjnych (asynchronicznych).
2. WIADOMOŚCI TEORETYCZNE
2.1. Budowa silników indukcyjnych
Budowę silnika indukcyjnego pokazuje rys.1. Część nieruchoma (stojan) ma kształt
wydrążonego wewnątrz walca. W wewnętrznej przestrzeni stojana znajduje się część wirująca
maszyny zwana wirnikiem, również w kształcie walca. Obwód magnetyczny stojana i wirnika
jest wykonany w postaci rdzenia z blachy stalowej z dodatkiem krzemu, zwykle o grubości
0.5 mm; wirniki dużych maszyn indukcyjnych są wykonane z blach o grubości od 1 do 2 mm.
Szczelina powietrzna między stojanem i wirnikiem ma w maszynach małej mocy wymiar od
0.1 do 0.5 mm, w dużych (powyżej 20 kW) od 1 do 3 mm. Na wewnętrznej stronie rdzenia
stojana i zewnętrznej stronie rdzenia wirnika wykonane są na całej długości specjalne rowki
zwane żłobkami, w których umieszczone są uzwojenia. Elementy obwodu magnetycznego
między żłobkami noszą nazwę zębów.
Rys. 1. Schemat obwodów magnetycznych
stojana i wirnika silnika asynchronicznego
Najczęściej stosowane są
silniki indukcyjne trójfazowe . Silnik
taki posiada trójfazowe uzwojenie
stojana. Fazy uzwojenia w czasie
pracy są połączone w gwiazdę lub w
trójkąt. W małych silnikach stosuje
się niekiedy jednofazowe lub
dwufazowe uzwojenie stojana.
Uzwojenie stojana wykonane jest
z drutu izolowanego. Uzwojenie
wirnika silnika indukcyjnego może
być wykonane, podobnie jak stojana,
z drutu izolowanego lub może mieć
kształt nieizolowanych prętów,
umieszczonych w żłobkach
i połączonych ze sobą po obu stronach
wirnika.
3
1246880.001.png
1
5
1
2
2
4
3
3
Rys.2. Schemat obwodów elektrycznych silników indukcyjnych
a) silnika pierścieniowego: 1 – uzwojenie stojana, 2 – uzwojenie wirnika
3- pierścienie ślizgowe, 4 – szczotki, 5 – rezystancje przyłączone do obwodu wirnika
b) silnika klatkowego: 1- uzwojenie stojana, 2 – pręty uzwojenia wirnika, 3 – pierścień
zwierający pręty uzwojenia
Do obwodu uzwojenia wirnika można przyłączyć dodatkowe elementy zwiększające
rezystancję każdej fazy. Do tego służą umieszczone na wale wirnika pierścienie ślizgowe, do
których przylegają szczotki, połączone z dodatkowymi zewnętrznymi elementami. Taką
zmianę rezystancji obwodu elektrycznego wirnika stosuje się w celu przeprowadzenia
rozruchu, regulacji prędkości lub hamowania silnika. Ze względu na to, że
charakterystycznym elementem omawianego typu silnika są pierścienie ślizgowe, nazywa się
go silnikiem indukcyjnym pierścieniowym. Schemat obwodów elektrycznych silnika
pierścieniowego z dodatkowymi elementami rezystancyjnymi ilustruje rys. 2a.
Jeżeli obwód elektryczny jest wykonany z nieizolowych prętów, to pręty te połączone
po obu stronach wirnika pierścieniami zwierającymi. Tym samym obwód wirnika jest zawsze
zwarty a zatem żadnych dodatkowych elementów przyłączać do niego nie można. Silnik taki
nosi nazwę silnika indukcyjnego zwartego, nazywany bywa też klatkowym ze względu na to,
że pręty wirnika połączone pierścieniami tworzą „klatkę” (rys.2b poz.2 i 3).
1.2. Zasada działania trójfazowego silnika indukcyjnego
Po przyłączeniu do sieci, w trzech nieruchomych cewkach (fazach) stojana,
przesuniętych o 120 0 , płyną prądy fazowe sinusoidalne o wartości chwilowej i R , i S , i T ,
przesunięte względem siebie o 1/3 okresu, co można wyrazić wzorami:
,
i
R
=
I
m
sin t
i
=
I
sin(
ω −
2
),
S
m
3
i
=
I
sin(
ω −
4
).
T
m
3
4
t
t
1246880.002.png
 
T , których kierunki są zgodne z osiami cewek
Pomijając nieliniowość spowodowana nasyceniem można przyjąć, że zmieniają się one
w czasie sinusoidalnie wraz z prądami fazowymi i R , i S , i T , które je wytwarzają, czyli:
,
R ,
S ,
φ =
R
m
sin t
=
sin(
t
2
),
S
m
3
4
=
sin(
t
),
T
m
3
gdzie:
m – wartość maksymalna strumienia jednej cewki.
W przestrzeni strumienie te zajmują położenie niezmienne w stosunku do
nieruchomych cewek i są względem siebie przesunięte o kąt 120 0 . Dają one w każdej chwili
strumień wypadkowy
. Równy sumie geometrycznej strumieni składowych, czyli:
r
r
r
=
+
+
R
S
T
Rys. 4. Sumowanie wektorów strumieni
składowych
Matematycznie można dowieść, że
strumień wypadkowy ma stałą wartość, tzn.
niezależną od czasu i wiruje w przestrzeni ze
stałą prędkością ątowa, zależną od
częstotliwości prądu i liczby par biegunów
maszyny . Wartość strumienia wypadkowego
można określić dla dowolnej chwili czasu
sumując strumienie składowe. Np. dla chwili,
gdy w jednej z cewek (R) wartość chwilowa
prądu osiągnie wartość maksymalna i R =I m , w
pozostałych dwóch cewkach będzie ona miała
wartość i R =i S =-I m /2 (patrz rys.3.). Przyjmując,
że strumienie są proporcjonalne do prądów
i uwzględniają ich przesunięcia w przestrzeni,
otrzymamy dodając ich wektory zgodnie
z rys. 4.:
5
Rys.3. Przebiegi prądów w trzech fazach uzwojenia stojana
Przebiegi tych prądów w czasie przedstawiono graficznie na rys 3. Prądy te
wytwarzają strumienie magnetyczne
r
1246880.003.png
Zgłoś jeśli naruszono regulamin