background image

 

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

Ŝ

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. 

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)  
 

 

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

Ŝ

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

ęŜ

e

ń

 zwrotnych. 

3. Układy automatycznej regulacji (zamkni

ę

te) UAR – wyst

ę

puje co najmniej jedno ujemne 

sprz

ęŜ

enie zwrotne. Najcz

ęś

ciej stosowane sprz

ęŜ

enia to: pr

ą

dowe (

I

) oraz pr

ę

dko

ś

ciowe 

(

ω

). 

US

E

UZ

ME

SP

MR

Z

ω

I

background image

 

2

Stan  ustalony  (statyczny)  –  wyst

ę

puje  wtedy  gdy  niezmienne  w  czasie  s

ą

  parametry 

mechaniczne,  a  tak

Ŝ

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

ąŜ

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

Ŝ

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

Ŝ

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

Ŝ

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

Ŝ

no

ść

  pr

ę

dko

ś

ci  wirowania  wału  maszyny  (ME,  MR) 

od  momentu  na  wale  tej  maszyny.  Dla  ME  asynchronicznej  mo

Ŝ

e  to  by

ć

  te

Ŝ

  zale

Ŝ

no

ść

 

po

ś

lizgu od momentu na wale. 

 

Parametry które mo

Ŝ

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). 

background image

 

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 

Ŝ

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

Ŝ

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

Ŝ

sza z tego szeregu 

powy

Ŝ

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

Ŝ

ej wzorów na pr

ę

dko

ść

 synchroniczn

ą

 mo

Ŝ

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 

Ŝ

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

.

background image

 

4

s

s

1

R

'

r

−−−−

⋅⋅⋅⋅

 – rezystancja wyst

ę

puj

ą

ca tylko w modelu. Jej warto

ść

 jest zmienna i zale

Ŝ

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

Ŝ

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 

Ŝ

arówek, wygaszenie lamp sodowych i rt

ę

ciowych), mo

Ŝ

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

Ŝ

e napr

ęŜ

enia mechaniczne, 

a wi

ę

c mo

Ŝ

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

Ŝą

 od 

rodzaju maszyny roboczej. Od rodzaju MR zale

Ŝ

y natomiast czas trwania rozruchu. 

Rozruch bezpo

ś

redni mo

Ŝ

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 

background image

 

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

Ŝ

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

Ŝ

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

Ŝ

ona zale

Ŝ

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

Ŝ

na zada

ć

 czas trwania rozruchu. Rozruch mo

Ŝ

e by

ć

 wi

ę

c powolny (łagodny), ale mo

Ŝ

te

Ŝ

 by

ć

 szybki – zale

Ŝ

nie od woli operatora systemu. Mo

Ŝ

na te

Ŝ

 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

ąŜ

eniu silnika, mog

ą

 by

ć

 cz

ę

ste. 

4. Mo

Ŝ

na zada

ć

 szczytow

ą

 warto

ść

 momentu rozruchowego – złagodzi

ć

 szarpni

ę

cia lub celowo 

je wymusi

ć

, zale

Ŝ

nie od woli operatora systemu. 

5. Wady: najdro

Ŝ

szy i najbardziej awaryjny w porównaniu z innymi metodami. 

3. Rozruch przy obni

Ŝ

onej warto

ś

ci skutecznej napi

ę

cia zasilaj

ą

cego 

obwód stojana 

Polega na tym, 

Ŝ

e w pocz

ą

tkowej fazie rozruchu zasila si

ę

 uzwojenia stojana obni

Ŝ

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

 

background image

 

6

Jak wynika z podanych zale

Ŝ

no

ś

ci, podstawow

ą

 wad

ą

 tej metody jest du

Ŝ

o wi

ę

ksze obni

Ŝ

enie 

momentu  rozruchowego  wytwarzanego  przez  silnik,  w  porównaniu  z  obni

Ŝ

eniem 

warto

ś

ci pr

ą

du rozruchowego silnika. Np. 2-krotne obni

Ŝ

enie napi

ę

cia skutkuje mniej wi

ę

cej 

2-krotnym obni

Ŝ

eniem pr

ą

du, ale te

Ŝ

 a

Ŝ

 4-krotnym obni

Ŝ

eniem momentu rozruchowego. 

Dlatego  ta  metoda  zalecana  jest  do  silników  o  podwy

Ŝ

szonym  momencie  rozruchowym 

(np.  gł

ę

boko

Ŝ

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

Ŝ

na  te

Ŝ

  najpierw 

dokona

ć

 rozruchu nieobci

ąŜ

onego silnika, a dopiero potem go obci

ąŜ

y

ć

Drug

ą

  istotn

ą

  wad

ą

  tej  metody  jest  silne  nagrzewanie  si

ę

  uzwoje

ń

  silnika,  wynikaj

ą

ce  ze 

znacznego wydłu

Ŝ

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

Ŝ

na wpływa

ć

 na czas rozruchu i zoptymalizowa

ć

 rozruch 

do konkretnej maszyny roboczej. 

3. Po zako

ń

czeniu rozruchu, SoftStarter mo

Ŝ

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

Ŝ

 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

}

}

}

}

}

}

background image

 

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

Ŝ

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

Ŝ

na obliczy

ć

 ze wzoru:  

n

n

tn

n

n

P

I

M

ω

ω

ω

ω

−−−−

⋅⋅⋅⋅

Ψ

Ψ

Ψ

Ψ

====

∆∆∆∆

 

ć

w. 8,9 do modelu maszyny obcowzbudnej nale

Ŝ

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

Ŝ

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

background image

 

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

ęŜ

enie wewn

ę

trzne w silniku, pomi

ę

dzy 

ω

 i U

t

, pomija si

ę

 przy doborze regulatorów. 

Tor sprz

ęŜ

enia pr

ą

dowego (bloki znajduj

ą

ce si

ę

 w ramce), po doborze regulatora pr

ą

du, mo

Ŝ

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