1

Tematy

ć

wicze

ń

laboratoryjnych:

5. Przegl

ą

d modeli systemów nap

ę

dowych w programie TCAD, z uwzgl

ę

dnieniem pracy

generatorowej.

Ć

wiczenie w formie demonstracyjnej. Warunkiem przyst

ą

pienia do

ć

wiczenia jest pisemne

zaliczenie teorii. W ramach zaliczenia teorii obowi

ą

zuje znajomo

ść

odpowiedzi na

zagadnienia zamieszczone w pocz

ą

tkowych cz

ęś

ciach instrukcji do

ć

wicze

ń

6,7 oraz 8,9,

a tak

ż

e znajomo

ść

informacji podanych w dalszej cz

ęś

ci niniejszego opracowania.

6,7. Modelowanie i symulacje wybranych sposobów rozruchu silnika klatkowego.
8,9. Modelowanie i symulacje stanów dynamicznych w systemie nap

ę

dowym z silnikiem

obcowzbudnym zasilanym przez przerywacz.

W

ć

wiczeniach 6,7 oraz 8,9 badania b

ę

d

ą

polegały na utworzeniu modeli abstrakcyjnych

(konkretnie numerycznych) elektromechanicznych systemów nap

ę

dowych w programie

TCAD, a nast

ę

pnie na przeprowadzeniu symulacji komputerowych na tych modelach.

Podstawowe poj

ę

cia z nap

ę

du elektrycznego

Nap

ę

d elektryczny jest to wprawianie w ruch obrotowy lub post

ę

powy maszyny roboczej,

za pomoc

ą

energii mechanicznej przekazywanej jej przez maszyn

ę

elektryczn

ą

.

Ogólny schemat blokowy systemu nap

ę

dowego:

E –

ź

ródło energii

UZ – urz

ą

dzenia zasilaj

ą

ce

ME – maszyna elektryczna
SP – urz

ą

dzenie sprz

ę

gaj

ą

ce

MR – maszyna robocza
US – układ steruj

ą

cy

Z – zadajnik (operator systemu)

E

UZ

ME

SP

MR

Stopie

ń

automatyzacji

Ć

w.

6,7

model

ź

ródła

AC

brak,

albo modele:
- rezystorów,

- softstartera,

- przetwornicy f

model

indukcyjnej

klatkowej

AC

brak

(nie b

ę

dzie

modelowane)

brak,

albo model

wentylatora,

albo model

ta

ś

moci

ą

gu

URS,

albo UAS

Ć

w.

8,9

model

ź

ródła

DC

model

przerywacza

(przekształtnika

DC/DC)

model

obcowzbudnej

komutatorowej

DC

brak

(nie b

ę

dzie

modelowane)

brak,

albo model

wentylatora,

albo model

ta

ś

moci

ą

gu

UAS,

albo UAR (

I

),

albo UAR

(

I

+

ω

)

Dla maszyny roboczej typu „wentylator”, zale

ż

no

ść

na moment oporowy M

MR

wytwarzany przez

maszyn

ę

robocz

ą

jest nast

ę

puj

ą

ca:

2

MR

"

M

M

ω

ω

ω

ω

⋅⋅⋅⋅

====

Podział układów nap

ę

dowych z punktu widzenia stopnia automatyzacji:

1. Układy r

ę

cznego sterowania (otwarte) URS – brak US, operator systemu (Z) bezpo

ś

rednio

wpływa na UZ.

2. Układy automatycznego sterowania (otwarte) UAS – wyst

ę

puje US, ale brak ujemnych

sprz

ęż

e

ń

zwrotnych.

3. Układy automatycznej regulacji (zamkni

ę

te) UAR – wyst

ę

puje co najmniej jedno ujemne

sprz

ęż

enie zwrotne. Najcz

ęś

ciej stosowane sprz

ęż

enia to: pr

ą

dowe (

I

) oraz pr

ę

dko

ś

ciowe

(

ω

).

US

E

UZ

ME

SP

MR

Z

ω

I

2

Stan ustalony (statyczny) – wyst

ę

puje wtedy gdy niezmienne w czasie s

ą

parametry

mechaniczne, a tak

ż

e warto

ś

ci

ś

rednie (dla maszyn DC) lub skuteczne (dla maszyn AC)

parametrów elektrycznych.

Gdy warunki te nie s

ą

spełnione, to wyst

ę

puje stan nieustalony, inaczej dynamiczny.

Przyczyny stanów dynamicznych w systemach nap

ę

dowych:

1. Zmiany od strony Z (polecenie rozruchu, polecenie zmiany pr

ę

dko

ś

ci, polecenie hamowania).

2. Zmiany od strony E (zakłócenia od innych odbiorników energii – np. pobór ze

ź

ródła energii

przez te odbiorniki pr

ą

du znacznie odkształconego od sinusoidy, wahania napi

ę

cia, zanik

fazy).

3. Zmiany od strony MR (zmiana momentu obci

ąż

enia lub momentu bezwładno

ś

ci).

4. Zmiany od strony otoczenia (zmiana temperatury otoczenia, zakłócenia elektromagnetyczne).
5. Awarie wewn

ą

trz systemu nap

ę

dowego.

Rozruch – stan dynamiczny polegaj

ą

cy na przej

ś

ciu maszyny (ME, MR) od stanu zatrzymania

do pr

ę

dko

ś

ci ustalonej ró

ż

nej od zera.

Hamowanie – wytworzenie momentu przeciwnego do kierunku wirowania:

a) kinetyczne (stan dynamiczny) – polega na zmniejszaniu pr

ę

dko

ś

ci;

b) potencjalne (stan statyczny) – polega na utrzymaniu pr

ę

dko

ś

ci lub utrzymaniu w bezruchu

Sposoby hamowania stosowane w systemach nap

ę

dowych:

1. Wybiegiem – UZ odł

ą

czaj

ą

zasilanie ME.

2. Mechaniczne – SP jest wyposa

ż

one w hamulec mechaniczny.

3. Elektryczne – ME pracuje jako hamulec:

a) odzyskowe (ME przekazuje energi

ę

elektryczn

ą

poprzez UZ do E);

b) dynamiczne (brak znacz

ą

cego przepływu energii pomi

ę

dzy E i UZ);

c) przeciwwł

ą

czeniem (ME pobiera energi

ę

elektryczn

ą

z E poprzez UZ).

Charakterystyka naturalna maszyny elektrycznej – ka

ż

da charakterystyka wyznaczona przy

zasilaniu ME napi

ę

ciem o znamionowych parametrach, przy znamionowym układzie poł

ą

-

cze

ń

uzwoje

ń

ME, i przy braku dodatkowych elementów (np. rezystorów) w obwodach ME.

Znamionowy punkt pracy maszyny elektrycznej – punkt na charakterystyce naturalnej,

okre

ś

lony parametrami wynikaj

ą

cymi z tabliczki znamionowej maszyny.

Charakterystyka mechaniczna – zale

ż

no

ść

pr

ę

dko

ś

ci wirowania wału maszyny (ME, MR)

od momentu na wale tej maszyny. Dla ME asynchronicznej mo

ż

e to by

ć

te

ż

zale

ż

no

ść

po

ś

lizgu od momentu na wale.

Parametry które mo

ż

na okre

ś

li

ć

z danych

umieszczonych na tabliczce znamionowej maszyny elektrycznej

1) Znamionowa pr

ę

dko

ść

k

ą

towa:

60

n

2

n

n

⋅⋅⋅⋅

ππππ

⋅⋅⋅⋅

====

ω

ω

ω

ω

(n

n

– znamionowa pr

ę

dko

ść

obrotowa).

2) Znamionowy moment na wale:

n

n

n

P

M

ω

ω

ω

ω

====

(P

n

– moc znamionowa). Wzór słuszny tylko dla

maszyny na której jest napisane: „silnik”, bo dla „pr

ą

dnicy” P

n

nie jest moc

ą

mechaniczn

ą

na

wale, tylko oddawan

ą

moc

ą

elektryczn

ą

.

3) Znamionowa sprawno

ść

:

wen

wyn

n

P

P

====

ηηηη

(stosunek znamionowej mocy oddawanej

do znamionowej mocy pobieranej).

Dla „silnika”: P

wyn

=P

n

Dla „silnika” indukcyjnego:

n

n

n

wen

cos

I

U

3

P

φφφφ

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

====

(warto

ś

ci skuteczne znamionowego

napi

ę

cia mi

ę

dzyfazowego, znamionowego pr

ą

du przewodowego i znamionowy

współczynnik mocy).

3

Dla „silnika” obcowzbudnego: P

wen

=U

tn

·I

tn

+U

fn

·I

fn

(znamionowe napi

ę

cia i pr

ą

dy obwodu

twornika i obwodu wzbudzenia). Gdy wyst

ę

puje wzbudzenie od magnesów trwałych, to

brak drugiego członu we wzorze. Je

ś

li na tabliczce znamionowej silnika obcowzbudnego

brak U

fn

, to znaczy

ż

e U

fn

=U

tn

.

4) Dla maszyny trójfazowej: podwójne napi

ę

cie i pr

ą

d na tabliczce znamionowej

(np. 230/400V, 17/10A) oznaczaj

ą

,

ż

e s

ą

dwa znamionowe układy poł

ą

cze

ń

uzwoje

ń

(

∆

/Y):

pierwsze liczby (230V, 17A) s

ą

dla trójk

ą

ta, drugie (400V, 10A) dla gwiazdy.

5) Okre

ś

lenie liczby par biegunów dla maszyn indukcyjnych i synchronicznych.

Wzór na pr

ę

dko

ść

synchroniczn

ą

:

p

f

60

n

syn

⋅⋅⋅⋅

====

lub:

p

f

2

syn

⋅⋅⋅⋅

ππππ

====

ω

ω

ω

ω

f – cz

ę

stotliwo

ść

napi

ę

cia zasilaj

ą

cego; p – ilo

ść

par biegunów.

Ilo

ść

par biegunów okre

ś

la si

ę

nast

ę

puj

ą

co:

Znamionowe warto

ś

ci pr

ę

dko

ś

ci synchronicznej (je

ś

li znamionowa cz

ę

stotliwo

ść

wynosi

50Hz) mog

ą

by

ć

z szeregu: 3000, 1500, 1000, 750, 600, 500... [obr/min]. Znamionowa

pr

ę

dko

ść

synchroniczna danej maszyny jest to warto

ść

najbli

ż

sza z tego szeregu

powy

ż

ej pr

ę

dko

ś

ci znamionowej (n

n

,

ω

n

). Znaj

ą

c warto

ść

znamionowej pr

ę

dko

ś

ci

synchronicznej, z podanych wy

ż

ej wzorów na pr

ę

dko

ść

synchroniczn

ą

mo

ż

na okre

ś

li

ć

ilo

ść

par biegunów.

6) Znamionowy po

ś

lizg maszyny indukcyjnej:

syn

n

syn

n

n

n

n

s

−−−−

====

lub:

syn

n

syn

n

s

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

−−−−

ω

ω

ω

ω

====

Schemat zast

ę

pczy (model matematyczny)

maszyny asynchronicznej

Dla klatkowej:

zwarte

Dla pier

ś

cieniowej: wyprowadzenie

obwodu wirnika na tabliczk

ę

zaciskow

ą

silnika

U

1

– warto

ść

skuteczna napi

ę

cia zasilaj

ą

cego obwód stojana

I

1

, I

2

– warto

ś

ci skuteczne pr

ą

dów w obwodach: stojana, wirnika

E

2

– warto

ść

skuteczna siły elektromotorycznej (SEM) indukowanej w obwodzie wirnika:

E

2

=E

20

·s

gdzie: E

20

– warto

ść

skuteczna SEM indukowanej w obwodzie wirnika,

przy zatrzymanym wirniku

f

2

– cz

ę

stotliwo

ść

napi

ę

cia i pr

ą

du w obwodzie wirnika:

f

2

=f

1

·s

gdzie: f

1

– cz

ę

stotliwo

ść

podstawowej harmonicznej napi

ę

cia zasilaj

ą

cego

obwód stojana

s

– po

ś

lizg:

syn

syn

s

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

−−−−

ω

ω

ω

ω

====

st

ą

d:

ω

=

ω

syn

·(1 – s)

ω

– pr

ę

dko

ść

k

ą

towa wirowania wirnika

ω

syn

– pr

ę

dko

ść

k

ą

towa synchroniczna, czyli pr

ę

dko

ść

wirowania pola wytworzonego

przez obwód stojana. Jest to jednocze

ś

nie pr

ę

dko

ść

idealnego biegu jałowego:

p

f

2

1

id

0

syn

⋅⋅⋅⋅

ππππ

====

ω

ω

ω

ω

====

ω

ω

ω

ω

gdzie: p – liczba par biegunów stojana

R

s

, R

r

– rezystancje uzwoje

ń

: stojana, wirnika

L

ls

, L

lr

– indukcyjno

ś

ci rozproszenia uzwoje

ń

: stojana, wirnika

M

– indukcyjno

ść

magnesuj

ą

ca, która wytwarza strumie

ń

główny silnika

R

Fe

– rezystancja reprezentuj

ą

ca histerezowe i wiropr

ą

dowe straty mocy w obwodach

magnetycznych (tzw. straty w

ż

elazie)

R

s

L

ls

M

U

1

I

1

R

Fe

E

2

'

I

2

'

R

r

'

L

lr

'

R

r

'

1-s

s

.

4

s

s

1

R

'

r

−−−−

⋅⋅⋅⋅

– rezystancja wyst

ę

puj

ą

ca tylko w modelu. Jej warto

ść

jest zmienna i zale

ż

y od

po

ś

lizgu. „Moc strat” na tej rezystancji odwzorowuje moc mechaniczn

ą

P

wytwarzan

ą

przez silnik:

m

r

2

'

2

1

P

s

s

1

'

R

)

I

(

m

P

∆∆∆∆

−−−−

−−−−

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

====

m

1

– ilo

ść

faz stojana (dla silnika trójfazowego: m

1

=3)

∆

P

m

– mechaniczne straty mocy w silniku

Parametry ze znakiem ‘ oznaczaj

ą

wielko

ś

ci sprowadzone do obwodu stojana:

νννν

⋅⋅⋅⋅

====

20

'
20

E

E

νννν

====

2

'
2

I

I

2

r

'
r

R

R

νννν

⋅⋅⋅⋅

====

2

lr

'

lr

L

L

νννν

⋅⋅⋅⋅

====

ν

– przekładnia silnika (stosunek SEM indukowanej w obwodzie stojana do SEM indukowanej w

obwodzie wirnika)

Metody regulacji pr

ę

dko

ś

ci silników indukcyjnych (K – klatkowy, P – pier

ś

cieniowy):

1. K: Zmiana cz

ę

stotliwo

ś

ci podstawowej harmonicznej napi

ę

cia zasilaj

ą

cego obwód stojana,

wraz ze zmian

ą

warto

ś

ci skutecznej tego napi

ę

cia.

2. K: Zmiana liczby par biegunów.
3. Metody po

ś

lizgowe:

a) K,P: Zmiana warto

ś

ci skutecznej napi

ę

cia zasilaj

ą

cego obwód stojana.

b) P: Wtr

ą

cenie dodatkowych rezystancji do obwodu wirnika.

c) P: Wtr

ą

cenie dodatkowych

ź

ródeł napi

ę

cia do obwodu wirnika (układy kaskadowe).

Metody rozruchu silników klatkowych trójfazowych

1. Rozruch bezpo

ś

redni

Cechy:
1. Metoda najprostsza i najta

ń

sza.

2. Du

ż

y pocz

ą

tkowy pr

ą

d rozruchowy, 3÷8 razy wi

ę

kszy od pr

ą

du znamionowego silnika.

Negatywne skutki tego zjawiska: znacz

ą

ce spadki napi

ę

cia w sieci zasilaj

ą

cej (przygasanie

ż

arówek, wygaszenie lamp sodowych i rt

ę

ciowych), mo

ż

liwo

ść

zadziałania zabezpiecze

ń

nadpr

ą

dowych w sieci, szybkie nagrzewanie si

ę

uzwoje

ń

silnika (

∆

P

Cu

~I

2

), znaczne siły

mechaniczne mi

ę

dzy zwojami tworz

ą

cymi uzwojenia stojana (F~I

2

).

3. Znaczne udary momentu. Negatywne skutki tego zjawiska: du

ż

e napr

ęż

enia mechaniczne,

a wi

ę

c mo

ż

liwo

ść

uszkodzenia sprz

ę

gła i maszyny roboczej oraz powstania uszkodze

ń

w

wirniku silnika.

4. Krótki czas rozruchu t

r

. Dzi

ę

ki temu przyrost temperatury uzwoje

ń

∆υ,

podczas pojedynczego

rozruchu, nie jest gro

ź

ny dla silnika (

∆υ

~I

2

·t

r

).

5. Warto

ś

ci momentu szczytowego i pocz

ą

tkowego pr

ą

du rozruchowego prawie nie zale

żą

od

rodzaju maszyny roboczej. Od rodzaju MR zale

ż

y natomiast czas trwania rozruchu.

Rozruch bezpo

ś

redni mo

ż

na zastosowa

ć

gdy:

a) S

T

>7·P

n

dla sieci publicznych niskiego napi

ę

cia (dopuszczalny spadek napi

ę

cia 5%)

b) S

T

>3·P

n

dla sieci przemysłowych (dopuszczalny spadek napi

ę

cia 15%)

S

T

– znamionowa moc transformatora zasilaj

ą

cego sie

ć

, z której silnik pobiera energi

ę

P

n

– znamionowa moc silnika

5

2. Rozruch cz

ę

stotliwo

ś

ciowy

Stosowany tam gdzie stosuje si

ę

cz

ę

stotliwo

ś

ciow

ą

regulacj

ę

pr

ę

dko

ś

ci. Polega na płynnym

zwi

ę

kszaniu f

1

i jednocze

ś

nie płynnym zwi

ę

kszaniu U

1

.

Schemat układu rozruchowego jest taki sam jak przy cz

ę

stotliwo

ś

ciowej regulacji pr

ę

dko

ś

ci.

Układ zawiera przetwornic

ę

cz

ę

stotliwo

ś

ci, b

ą

d

ź

sam falownik. Przykładowy schemat:

ME

3~

R

H

L1
L2
L3

3*400V

50Hz

Prostownik

AC/DC

Falownik MSI

DC/AC

Obwód

po

ś

rednicz

ą

cy DC

MR

Prostownik – układ mostkowy 6D, przekształcaj

ą

cy trójfazowe napi

ę

cie przemienne sieci

zasilaj

ą

cej na napi

ę

cie ze składow

ą

stał

ą

i paso

ż

ytnicz

ą

zmienn

ą

(pulsacje).

Kondensator i dławik w obwodzie po

ś

rednicz

ą

cym pr

ą

du stałego tworz

ą

filtr dolnoprzepustowy,

maj

ą

cy za zadanie zapewni

ć

falownikowi stał

ą

warto

ść

napi

ę

cia zasilania, z jak

najmniejszym poziomem pulsacji.

Falownik – składa si

ę

z sze

ś

ciu tranzystorów typu IGBT. Przekształca stałe napi

ę

cie z obwodu

po

ś

rednicz

ą

cego na napi

ę

cie przemienne prostok

ą

tne o modulowanej szeroko

ś

ci impulsów

(MSI). Dzi

ę

ki odpowiedniej regulacji szeroko

ś

ci impulsów mo

ż

liwa jest zmiana cz

ę

stotliwo

ś

ci

oraz warto

ś

ci skutecznej podstawowej harmonicznej napi

ę

cia zasilaj

ą

cego silnik.

Hamowanie elektryczne w tym układzie: energia mechaniczna z MR zamieniana jest na energi

ę

elektryczn

ą

w ME (pracuj

ą

cej jako pr

ą

dnica asynchroniczna), a nast

ę

pnie przekazywana

poprzez diody w falowniku do obwodu po

ś

rednicz

ą

cego, po czym wyst

ę

puje strata tej energii w

rezystorze R

H

.

Przybli

ż

ona zale

ż

no

ść

momentu krytycznego silnika od parametrów zasilania:

2

1

2
1

k

f

U

~

M

Cechy rozruchu cz

ę

stotliwo

ś

ciowego:

1. Mo

ż

na zada

ć

czas trwania rozruchu. Rozruch mo

ż

e by

ć

wi

ę

c powolny (łagodny), ale mo

ż

e

te

ż

by

ć

szybki – zale

ż

nie od woli operatora systemu. Mo

ż

na te

ż

kształtowa

ć

krzyw

ą

narastania pr

ę

dko

ś

ci silnika (np. pocz

ą

tek rozruchu łagodny, potem szybszy).

2. Niewielki pr

ą

d pobierany z sieci.

3. Niewielki pr

ą

d silnika, a wi

ę

c znikome nagrzewanie jego uzwoje

ń

. Dlatego rozruchy, nawet

przy znacznym obci

ąż

eniu silnika, mog

ą

by

ć

cz

ę

ste.

4. Mo

ż

na zada

ć

szczytow

ą

warto

ść

momentu rozruchowego – złagodzi

ć

szarpni

ę

cia lub celowo

je wymusi

ć

, zale

ż

nie od woli operatora systemu.

5. Wady: najdro

ż

szy i najbardziej awaryjny w porównaniu z innymi metodami.

3. Rozruch przy obni

ż

onej warto

ś

ci skutecznej napi

ę

cia zasilaj

ą

cego

obwód stojana

Polega na tym,

ż

e w pocz

ą

tkowej fazie rozruchu zasila si

ę

uzwojenia stojana obni

ż

onym

napi

ę

ciem U

1

, przy stałej cz

ę

stotliwo

ś

ci tego napi

ę

cia f

1

.

Moment rozruchowy wytwarzany przez silnik: M

r

~U

1

2

Pr

ą

d rozruchowy w uzwojeniach silnika:

I

1

~U

1

6

Jak wynika z podanych zale

ż

no

ś

ci, podstawow

ą

wad

ą

tej metody jest du

ż

o wi

ę

ksze obni

ż

enie

momentu rozruchowego wytwarzanego przez silnik, w porównaniu z obni

ż

eniem

warto

ś

ci pr

ą

du rozruchowego silnika. Np. 2-krotne obni

ż

enie napi

ę

cia skutkuje mniej wi

ę

cej

2-krotnym obni

ż

eniem pr

ą

du, ale te

ż

a

ż

4-krotnym obni

ż

eniem momentu rozruchowego.

Dlatego ta metoda zalecana jest do silników o podwy

ż

szonym momencie rozruchowym

(np. gł

ę

boko

ż

łobkowych), które nap

ę

dzaj

ą

maszyny robocze o małej warto

ś

ci momentu

oporowego dla niskich pr

ę

dko

ś

ci (np. pompy od

ś

rodkowe, wentylatory). Mo

ż

na te

ż

najpierw

dokona

ć

rozruchu nieobci

ąż

onego silnika, a dopiero potem go obci

ąż

y

ć

.

Drug

ą

istotn

ą

wad

ą

tej metody jest silne nagrzewanie si

ę

uzwoje

ń

silnika, wynikaj

ą

ce ze

znacznego wydłu

ż

enia czasu rozruchu. Nie nadaje si

ę

wi

ę

c ona do cz

ę

stych rozruchów.

Metoda ta posiada 4 sposoby realizacji:

3a. Rozrusznik stojanowy

Polega na wł

ą

czeniu mi

ę

dzy sieci

ą

i silnikiem

dodatkowych rezystorów lub dławików,
które po zako

ń

czeniu rozruchu s

ą

zwierane

(na schemacie – zwierane ł

ą

cznikiem w2).

Cechy dodatkowe:
1. Sposób do

ść

prosty i tani.

2. Ograniczone zostaj

ą

udary momentu.

3b. Rozrusznik z przekształtnikiem typu SoftStarter, płynnie reguluj

ą

cym warto

ść

skuteczn

ą

napi

ę

cia zasilaj

ą

cego

Zasada działania: poprzez płynne zmniejszanie k

ą

ta zał

ą

czenia

tyrystorów od 180º do zera, nast

ę

puje płynne zwi

ę

kszanie

warto

ś

ci skutecznej napi

ę

cia U

1

zasilaj

ą

cego silnik od zera

do warto

ś

ci znamionowej.

Cechy dodatkowe:
1. Rozruch jest łagodny pod wzgl

ę

dem tempa narastania

pr

ę

dko

ś

ci i braku udarów momentu.

2. Mo

ż

na wpływa

ć

na czas rozruchu i zoptymalizowa

ć

rozruch

do konkretnej maszyny roboczej.

3. Po zako

ń

czeniu rozruchu, SoftStarter mo

ż

e realizowa

ć

energooszcz

ę

dn

ą

regulacj

ę

U

1

celem zapewnienia pracy

silnika z maksymaln

ą

sprawno

ś

ci

ą

.

4. Kosztowny i bardziej awaryjny, ale w mniejszym stopniu

ni

ż

falownik stosowany przy rozruchu cz

ę

stotliwo

ś

ciowym.

5. Stosunkowo niewielkie ograniczenie pr

ą

du rozruchowego i długi czas rozruchu, a wi

ę

c silne

nagrzewanie si

ę

uzwoje

ń

silnika (nie jest zalecany do cz

ę

stych rozruchów).

6. Niekorzystny wpływ na sie

ć

zasilaj

ą

c

ą

i silnik odkształconych od sinusoidy pr

ą

dów,

skutkuj

ą

cy mniejsz

ą

sprawno

ś

ci

ą

silnika i pulsacjami wytwarzanego momentu.

3c. Rozruch z przeł

ą

czaniem uzwoje

ń

silnika z gwiazdy w trójk

ą

t (rozrusznik Y/

∆

) – nie

b

ę

dzie badany podczas laboratorium.

3d. Rozrusznik autotransformatorowy – nie b

ę

dzie badany podczas laboratorium.

M

L1

L2

L3

U

S

U

1

I

S

I

1

L1

L2

L3

M

U

1

I

1

U

S

I

S

w2

w1

}

}

}

}

}

}

7

Schemat zast

ę

pczy (model matematyczny)

maszyny komutatorowej DC

R

f

– rezystancja obwodu wzbudzenia maszyny

L

f

– indukcyjno

ść

obwodu wzbudzenia maszyny

Ψ

– strumie

ń

wytwarzany przez obwód wzbudzenia:

Ψ

=c·

Φ

E=

Ψ

·

ω

– siła elektromotoryczna indukowana w obwodzie

twornika maszyny

R

t

– rezystancja obwodu twornika maszyny

L

t

– indukcyjno

ść

obwodu twornika maszyny

Wzory do przybli

ż

onego okre

ś

lenia znamionowych

parametrów maszyny obcowzbudnej:

2
tn

n

tn

tn

tn

I

2

P

I

U

R

⋅⋅⋅⋅

−−−−

⋅⋅⋅⋅

≈≈≈≈

n

tn

tn

tn

n

I

R

U

ω

ω

ω

ω

⋅⋅⋅⋅

−−−−

====

Ψ

Ψ

Ψ

Ψ

n

tn

tn

t

I

U

2

,

0

L

ω

ω

ω

ω

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

≈≈≈≈

Znamionowa warto

ść

stałej czasowej elektromagnetycznej:

tn

t

en

R

L

====

ττττ

Znamionowa warto

ść

stałej czasowej elektromechanicznej:

2

n

tn

S

mn

R

J

Ψ

Ψ

Ψ

Ψ

⋅⋅⋅⋅

====

ττττ

(J

S

– moment

bezwładno

ś

ci wirnika silnika)

Moment elektromagnetyczny (wewn

ę

trzny) wytwarzany przez maszyn

ę

:

M

e

=

Ψ

·I

t

Równanie charakterystyki mechanicznej:

)

M

M

(

R

U

2

'
t

t

∆∆∆∆

++++

⋅⋅⋅⋅

Ψ

Ψ

Ψ

Ψ

−−−−

Ψ

Ψ

Ψ

Ψ

====

ω

ω

ω

ω

(

∆

M – moment strat

mechanicznych)

Znamionowy moment strat mechanicznych mo

ż

na obliczy

ć

ze wzoru:

n

n

tn

n

n

P

I

M

ω

ω

ω

ω

−−−−

⋅⋅⋅⋅

Ψ

Ψ

Ψ

Ψ

====

∆∆∆∆

W

ć

w. 8,9 do modelu maszyny obcowzbudnej nale

ż

y wprowadzi

ć

warto

ść

pr

ę

dko

ś

ciowego współczynnika zmian momentu strat. Oblicza si

ę

go ze wzoru:

n

n

M

D

ω

ω

ω

ω

∆∆∆∆

====

Metody regulacji pr

ę

dko

ś

ci maszyn komutatorowych DC:

1. Regulacja warto

ś

ci

ś

redniej napi

ę

cia zasilaj

ą

cego obwód twornika (

ć

w. 8,9).

2. Regulacja strumienia, inaczej: regulacja pr

ą

du wzbudzenia lub napi

ę

cia obwodu wzbudzenia.

3. Wtr

ą

cenie dodatkowej rezystancji do obwodu twornika.

Metody rozruchu maszyn komutatorowych DC:
1. Bezpo

ś

rednia (

ć

w. 8,9).

2. Napi

ę

ciowa (

ć

w. 8,9) – płynne podnoszenie warto

ś

ci

ś

redniej napi

ę

cia twornika.

3. Rezystancyjna – zmniejszanie warto

ś

ci rezystancji w obwodzie twornika.

Schemat ideowy cz

ęś

ci silnopr

ą

dowej systemu nap

ę

dowego z przerywa-

czem o strukturze obni

ż

aj

ą

cej napi

ę

cie, zasilaj

ą

cym silnik obcowzbudny

Kondensator zabezpiecza

ź

ródło napi

ę

cia

przed impulsowym pr

ą

dem pobieranym

przez tranzystor. Nie jest niezb

ę

dny do

poprawnej pracy samego przerywacza.

Dławik nie jest konieczny, je

ś

li do ograniczenia

pulsacji pr

ą

du wystarcza tylko indukcyjno

ść

twornika L

t

.

MR

ME

E

R

t

L

t

I

t

U

t

I

f

R

f

L

f

U

f

Ψ

8

Zast

ę

pczy schemat blokowy systemu nap

ę

dowego z silnikiem obcowzbudnym pr

ą

du

stałego i z dwoma regulatorami poł

ą

czonymi szeregowo – podporz

ą

dkowanym

(wewn

ę

trznym) pr

ą

du i nadrz

ę

dnym (zewn

ę

trznym) pr

ę

dko

ś

ci

ω

∆

MR

M

∆

−

+

t

I

∆

Ψ

−

+

Ψ

P

P

T

s

k

⋅

+

1

t

U

∆

a

∆

RI

G

−

+

tz

I

∆

−

+

z

ω

∆

)

2

1

(

1

I

I

T

s

k

σ

⋅

+

⋅

ω

T

s

⋅

+

1

1

ω

R

G

ω

k

I

k

I

T

s

⋅

+

1

1

J

s

D

⋅

+

1

'

'

'

1

1

t

t

t

R

L

s

R

⋅

+

ω

z

, I

tz

– zadane warto

ś

ci pr

ę

dko

ś

ci i pr

ą

du twornika

G

R

ω

, G

RI

– transmitancje regulatorów pr

ę

dko

ś

ci i pr

ą

du

T

ω

, T

I

– stałe czasowe filtrów dolnoprzepustowych

k

ω

, k

I

– współczynniki wzmocnienia pomiarowych przetworników pr

ę

dko

ś

ci i pr

ą

du

a – współczynnik wypełnienia impulsów steruj

ą

cych tranzystorem przerywacza

k

P

– wzmocnienie bloku przerywacza:

tn

tn

t

P

U

0

1

0

U

a

U

k

====

−−−−

−−−−

====

∆∆∆∆

∆∆∆∆

====

T

P

–

ś

rednia warto

ść

opó

ź

nienia wprowadzanego przez przerywacz:

a

P

f

2

1

T

⋅⋅⋅⋅

====

f

a

– cz

ę

stotliwo

ść

impulsów steruj

ą

cych przerywaczem

R

t

’

– rezystancja obwodu twornika przy zasilaniu z przerywacza:

s

D

,

T

t

'
t

R

5

,

0

R

R

R

⋅⋅⋅⋅

++++

++++

====

R

T,D

– rezystancja przewodzenia tranzystora/diody

0,5

·

R

s

–

ś

rednia warto

ść

rezystancji

ź

ródła napi

ę

cia zasilaj

ą

cego przerywacz,

„widziana” od strony twornika

L

t

’

– indukcyjno

ść

obwodu twornika przy zasilaniu z przerywacza; przy braku dławika:

t

'

t

L

L

====

J=J

S

+J

MR

– moment bezwładno

ś

ci całego zespołu nap

ę

dowego (silnika i maszyny roboczej)

Sprz

ęż

enie wewn

ę

trzne w silniku, pomi

ę

dzy

ω

i U

t

, pomija si

ę

przy doborze regulatorów.

Tor sprz

ęż

enia pr

ą

dowego (bloki znajduj

ą

ce si

ę

w ramce), po doborze regulatora pr

ą

du, mo

ż

na

zast

ą

pi

ć

członem:

)

T

2

s

1

(

k

1

I

I

σσσσ

⋅⋅⋅⋅

++++

⋅⋅⋅⋅

Przy doborze parametrów regulatora PR

Ą

DU

(T

RI

, k

RI

), stosuje si

ę

zazwyczaj

kryterium modułu:

'
t

'

t

RI

R

L

T

====

I

I

P

'

t

RI

T

k

k

2

L

k

σσσσ

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

====

gdzie:

I

P

I

T

T

T

++++

====

σσσσ

Przy doborze parametrów regulatora PR

Ę

DKO

Ś

CI

(T

R

ω

, k

R

ω

), i przy maszynie roboczej w

postaci ta

ś

moci

ą

gu, zazwyczaj przyjmuje si

ę

D=0 i stosuje si

ę

kryterium symetrii: T

R

ω

=4·T

σω

gdzie: T

σω

= T

ω

+2·T

σ

I

σω

σω

σω

σω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

Ψ

Ψ

Ψ

Ψ

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

====

T

k

2

J

k

k

I

R