Akademia Górniczo- Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

Laboratorium Współpracy Maszyn i Urządzeń z Systemem Elektroenergetycznym

Projekt: „S.Z.R. silnika 1 i 2 klatkowego. Porównanie”

Wykonali:

Maciej Data

Piotr Ciemięga

1. Parametry maszyn:

Silnik jednoklatkowy:

P_n - 250 kW

U_n - 6000 V Y

I_n - 29,5 A

f_n - 50 Hz

L_S - 31,8 mH

L - 1,24 H

L_R - 31,8 mH

R_R - 3 

R_S - 3 

p_b - 3

j - 80 kgm²

n_n - 980 obr/min

Silnik dwuklatkowy:

P_n -1000 kW

U_n - 6000 V Y

I_n - 117,5 A

f_n - 50 Hz

L_S - 8,594 mH

L_Rr - 8,594 mH - klatka rozruchowa

L_Rp - 15,915 mH - klatka pracy

L - 508,15 mH

R_S - 0,187 

R_Rr - 1,5  - klatka rozruchowa

R_Rp - 0,2  - klatka pracy

p_b - 2

j - 90 kgm²

n_n - 1490 obr/min

2. Schemat symulowanego układu:

Jako impedancję sieci zasilającej dla obu przypadków przyjęto impedancje transformatorów zasilających maszyny. Impedancję linii łączącej transformator z maszyną pominięto. Moc transformatorów dobrano do mocy silników:

• silnik jednoklatkowego zasilono transformatorem 400 kVA,

• silnik dwuklatkowy transformatorem 1600 kVA.

Impedancja sieci wynosi:

• R = 2,25 , X = 6,48 , dla silnika jednoklatkowego,

• R = 0,38 , X = 2,16 , dla silnika dwuklatkowego

Przyjęto dwa czasy SZR: 0,2 i 0,8.

3. Opis procedury:

• Rozruch silnika pod obciążeniem,

• W 7 sekundzie zanik napięcia, wyłączenie głównego źródła zasilania przez SZR (przerwę zasymulowano przez zwiększenie rezystancji stojana),

• Przerwa beznapięciowa 0,2 lub 0,8 s

• Ponowne załączenie napięcia z rezerwowego źródła po przerwie beznapięciowej przez SZR.

Powrót napięcia symulowano dla czterech wariantów:

• dla 0, a następnie rośnie,

• dla 0, a następnie maleje,

• dla maksimum napięcia,

• dla minimum napięcia.

Rejestrowano przebiegi: moment mechaniczny, prędkość obrotową, napięcie na zaciskach maszyny, prąd stojana jednej fazy.

Wszystkie analizy dokonywane były w programie SIMNON, dla współrzędnych 0uv, przyjęto _k = 0.

4. Wyniki symulacji:

A - moment obrotowy

B - prędkość obrotowa

C - napięcie na zaciskach stojana

D - prąd jednej fazy stojana

4.1 Powtórne załączenie napięcia U=Umax:

Maszyna 1klatkowa SZR=0,2 s

Maszyna 2 klatkowa 0,2 s

Maszyna 1 klatkowa przerwa 0,8 s

Maszyna 2klatkowa przerwa 0,8 s

4.2 Powtórne załączenie napięcia U=0:

Maszyna 1 klatkowa 0,2 s

Maszyna 2 klatkowa 0,2 s

Maszyna 1 klatkowa 0,8 s

Maszyna 2 klatkowa 0,8 s

5. Analiza wyników.

Dla załączenia napięcia w minimum i maksimum nie zaobserwowano żadnej różnicy z wyjątkiem znaku udaru prądu. Również dla 0 nie miało znaczenia czy napięcie po przejściu przez 0 rośnie, czy maleje. Poniżej w tabeli zamieszczono charakterystyczne wielkości, w celu porównania obu silników. Wszystkie wartości zamieszczono w jednostkach względnych.

Tabela 5.1 Porównanie charakterystycznych wielkości silników:

1- silnik jednoklapkowy; 2 - silnik dwuklatkowy. Wszystkie wyniki w jednostkach względnych.

SZR [s]	Załączenie napięcia w:	Udar momentu przy ponownym załączaniu		Prędkość do jakiej zejdziemy		Napięcie przy ponownym załączeniu		Udar prądu przy ponownym załączeniu napięcia
silnik		1	2	1	2	1	2	1	2
0,2	0	3,5	13,5	0,9	0,81	0,8	0,65	5,7	16
0,2	max	3,6	12,15	0,9	0,84	0,85	0,55	5,1	10,4
0,8	0	2,3	10,4	0,76	5,8	0,8	0,6	5,7	13,6
0,8	max	2,25	7,6	0,75	0,6	0,8	0,5	4	8

Spadek prędkości zależy od momentu bezwładności analizowanych układów mechanicznych oraz od czasu przerwy beznapięciowej. Jak widać silnik dwuklatkowy zwalnia do mniejszej prędkości, jednak po ponownym podaniu napięcia szybciej powraca do prędkości znamionowej.

Udar momentu po ponownym załączeniu napięcia jest mniejszy w każdym przypadku dla silnika jednoklatkowego. Z tego wynika, że analizowana przez nas maszyna jednoklatkowa łagodniej działa na sprzęgło. Może być to jednak spowodowane różnicą mocy maszyn lub liczby par biegunów.

W silniku dwuklatkowym występują oscylacje momentu, wynikające z charakterystyki tego silnika. Wielkość udaru zależy od czasu przerwy beznapięciowej.

W przypadku silnika jednoklatkowego udar prądu jest niewiele większy niż prąd przy rozruchu maszyny. Gdy czas przerwy beznapięciowej jest dłuższy, zgodnie z oczekiwaniami prąd ponownego rozruchu jest większy. Podobnie ma się wartość prądu w przypadku maszyny dwuklatkowej. Natomiast udar prądu w tej maszynie jest o wiele większy. Jest zauważalna pewna analogia z udarem momentu.

Wartość maksymalna prądu wirnika dla obu maszyn zmienia się sinusoidalnie (występowanie mniejszej harmonicznej). Jeżeli przy ponownym załączeniu napięcia trafimy w większą wartość napięcia, to będzie mniejszy udar prądu stojana.

---