Image 010

Wll -6

7. UKŁADY NAPĘDOWE Z SILNIKAMI ASYNCHRONICZNYMI JEDNOFAZOWYMI 7.1 Konstrukcja i układ połączeń silników jednofazowych

Konstrukcja silnika asynchronicznego jednofazowego jest zbliżona do silnika trójfazowego. W stojanie znajduje się uzwojenie główne (robocze) i pomocnicze (rozruchowe), których osie są względem siebie prostopadłe, (rys. 7.1) Wirnik jest najczęściej klatkowy. Uzwojenie pomocnicze służy do rozruchu silnika i często po jego zakończeniu jest odłączane od sieci.

Silniki jednofazowe są stosowane tam, gdzie nie ma możliwości przyłączenia do sieci trójfazowej. Budowane są w zakresie mocy do 1-2 kW. W zakresie bardzo małych mocy (do 200 W) przeważnie stosuje się silniki ze zwartym zwojem. W tym przypadku funkcję uzwojenia pomocniczego pełni jeden lub kilka zwartych zwojów umieszczonych w żłobkach stojana i przesuniętych odpowiednio w stosunku do osi uzwojeń głównych (rys. 7.2) •

U

V

3_y uzwoję Htż

g ToVwe

pOyiioC

W 2

l wirnik. . 2 stojan, J —uzwojenie główne.

4 — zwój zwarty

Rys. 7.2. Konstrukcja silnika ze zwartym zwojem

Rys. 7.1. Silnik asynchroniczny jednofazowy

7.2. Zasada działania i właściwości ruchowe silników jednofazowych

7.2.1.    Silnik bez fazy pomocniczej

Jeżeli uzwojenie główne stojana zostanie zasilane napięciem sinusoidalnym to wytworzy ono pole pulsujące, podobnie jak w przypadku zasilania jednofazowego silnika trójfazowego przy jego hamowaniu dynamicznym prądem zmiennym. Pole pulsujące można przedstawić zgodnie z zależnością (6.48) w postaci dwóch pól o dwukrotnie mniejszej amplitudzie wirujących w przeciwnych kierunkach. W rezultacie otrzymamy charakterystykę mechaniczną jak na rys. 6.28.a. silnik asynchroniczny jednofazowy bez fazy pomocniczej nie rozwija początkowego momentu rozruchowego (M_r dla prędkości © = 0). Nie ma on określonego kierunku wirowania: można go uruchomić w dowolnym kierunku przez nadanie mu prędkości początkowej. Silnik taki może pracować w zakresie pracy silnikowej i hamowania odzyskowego.

7.2.2.    Silnik jednofazowy z faza pomocnicza

Aby uzyskać charakterystykę mechaniczną silnika asynchronicznego jednofazowego podobną do charakterystyki mechanicznej silnika trójfazowego należy w nim wytworzyć zamiast pola pulsującego pole wirujące. Można je uzyskać, jeżeli dwa uzwojenia o osiach przesuniętych o kąt prosty zasilimy prądami przesuniętymi w fazie o kąt 90°. Istotnie, jeżeli układ współrzędnych kartezjańskich usytuujemy tak, że oś uzwojenia głównego pokrywa się z osią rzeczywistą a uzwojenia pomocniczego z urojoną, natomiast strumienie wytwarzane przez poszczególne uzwojenia określone są zależnościami:

(7.1)

$>_g (0 = O_g cos

.)

Ef- 1,35^2/ cos fi - napięcie falownika,

Sj - poślizg silnika pracującego na biegu jałowym,

' U2t - napięcie strony wtórnej transformatora.

Z powyższych zależności otrzymuje się wyrażenie na prędkość biegu jałowego silnika pracującego w układzie asynchronicznej kaskady przekształtnikowej stałego momentu:

(6.32)

Kąt p może być zmieniany od około 20°-30° (aby nie nastąpił przewrót falownika) do 90°. Zakres sterowania prędkości zależy od stosunku napięć U2t i E20. Zaleca się stosowanie asynchronicznej kaskady przekształtnikowej stałego momentu w napędach o małym zakresie

Rys. 6.11. Charakterystyki mechaniczne asynchronicznej kaskady przekształtnikowej stałego momentu.

sterowania prędkości (małym poślizgu maksymalnym). W takich przypadkach moc elementów znajdujących się w obwodzie wirnika silnika, dobierana na maksymalną moc poślizgu P_cmax = P^s_max jest mniejsza od mocy

znamionowej silnika.

*

Moment krytyczny silnika pracującego w układzie asynchronicznej kaskady przekształtnikowej stałego momentu jest stały w całym zakresie sterowania prędkości, ale mniejszy o około 17% w stosunku do momentu krytycznego na charakterystyce naturalnej. Jest to spowodowane odkształceniem prądu wirnika (ze względu na prostownik nie jest on sinusoidalny). Z niezależności momentu krytycznego od kąta P wynika także niezależność dopuszczalnej wartości momentu obciążenia od prędkości i stąd się wzięła nazwa układu. Przykładowy przebieg charakterystyk mechanicznych napędu przedstawiono na rys. 6.11.

Rys. 6.12. Asynchroniczna kaskada przekształtnikowa

stałej mocy

W asynchronicznej kaskadzie przekształtnikowej stałej mocy, której schemat przedstawiony jest na rys. 6.12, moc poślizgu P_c przetwarzana jest na moc mechaniczną przez silnik obcowzbudny prądu stałego M zasilany wyprostowanym napięciem E_p wirnika silnika asynchronicznego i sprzężony z nim mechanicznie. Sterowanie prędkości napędu uzyskuje się przez zmianę strumienia O silnika prądu stałego. Dla biegu jałowego charakterystyka sterowania przedstawiona na rys. 6.13 opisana jest równaniem: