NAPĘD

ELEKTRYCZNY

Teresa Orłowska-Kowalska,

prof. dr hab. inż.

Zakład Napędów Elektrycznych

www.imne.pwr.wroc.pl/zne

godz. konsultacji: wt.11-13,

czw.11-13

WYKŁAD 12

Charakterystyki silnika

indukcyjnego i ich

kształtowanie podczas

rozruchu

Kształtowanie charakterystyk SI

Rodzaje układów

rozruchowych SI

Stan

Rozruch silników klatkowych

Charakterystyki

Rozruch silników klatkowych

Charakterystyki

Rozruch silników klatkowych

Charakterysty
ki
elektromecha
niczne
i mechaniczne
silnika dla
stanu

Rozruch silników klatkowych

Charakterystyki

Rozruch silników klatkowych

Charakterystyki

Rozruch silników

pierścieniowych

SI pierścieniowe, ze względu na
właściwości eksploatacyjne, stosowane są
w technice napędowej przede wszystkim
do MR o ciągłym charakterze pracy,
wymagających dużego M

r

oraz

narażonych na udarowe przeciążenia
momentem oporowym.

Przykładem takich maszyn roboczych jest
przenośnik taśmowy pracujący w ciągu
technologicznym przemysłu
wydobywczego.

Rozruch silników

pierścieniowych

Rozruchu silników indukcyjnych
pierścieniowych dokonuje się

przy

użyciu rozrusznika włączonego w
obwód wirnika.

Zadaniem rozrusznika jest ograniczenie
wartości prądu rozruchowego silnika
oraz odpowiednie ukształtowanie
charakterystyki momentu obrotowego w
czasie rozruchu, stosownie do wymagań
stawianych przez maszynę robocza i sieć
zasilającą.

Rozruch silników

pierścieniowych

Rodzaje metod rozruchu:
1 – rozruch stopniowy:

- rozruszniki rezystorowe
symetryczne
i niesymetryczne,

2 – rozruch bezstopniowy:

- rozruszniki indukcyjne: dławikowe,

wiroprądowe;

- rozruszniki płynowe (cieczowe
-Na

2

CO

3

+H

2

0)

- tyrystorowy modulator rezystancji
w obwodzie wirnika.

Rozruszniki rezystorowe

Rozruch – przez stopniową zmianę
rezystorów rozruchowych.
Przy doborze rozrusznika (jak dla SPS) –
zadaje się:

- aby uniezależnić się od

spadków napięcia w sieci zasilającej;
Dla roboczej części ch-ki mechanicznej SI
(M

e

~I

r

):

max

2

1

)

2

,

1

1

,

1

(

)

5

,

2

2

(

M

M

M

M

e

N

e









k

e

M

M

85

,

0

1



N

r

rN

r

r

r

rN

r

M

M

I

I

I

I

I

I

max

max

max

2

1

)

2

,

1

1

,

1

(

)

5

,

2

2

(











Rozruszniki rezystorowe

Zmiana rezystancji rozrusznika od
wartości maksymalnej do zera odbywa się
poprzez zwieranie odpowiednich sekcji
rezystorowych za pomocą nastawnika
regulowanego ręcznie lub przy użyciu
aparatury łączeniowej sterowanej
automatycznie –

obecnie rolę szeregu

przekaźników przejmują
mikroprocesorowe sterowniki
programowalne (PLC), natomiast w
miejsce styczników instaluje się łączniki
tyrystorowe

.

Rozruszniki rezystorowe

Współczynnik nierównomierności
rozruchu:

Liczba stopni rozruchowych:

Rezystancja rozrusznika na poszczeg.
stopniach:

calkowita

liczba

R

R

R

m

r

rd

r









log

log

2

1

2

1

r

r

e

e

I

I

M

M







r

m

rd

r

rdm

r

rd

r

rd

r

r

rN

rd

R

R

R

R

R

R

R

R

R

I

U

R

















 1

1

1

2

1

1

,

,

3





Rozruszniki rezystorowe

Wpływ rozrusznika rezystorowego w
obwodzie wirnika SI na charakterystyki
prądu Is i momentu Me w funkcji poślizgu
(statyczne charakterystyki rozruchowe):

Rezystancja R

rd

rozrusznika powoduje

zmniejszenie wartości prądu
rozruchowego, oraz wzrost nachylenia
części prostoliniowej charakterystyki przy
niezmiennej wartości momentu
maksymalnego.





2

'

2

'

'

r

s

rd

r

s

s

s

X

X

s

R

R

R

U

I



































,

1

3

2

'

2

'

'

0

'

'

2







































r

s

rd

r

s

rd

r

s

e

X

X

s

R

R

R

s

R

R

U

M







Rozruszniki rezystorowe

Jeśli przyjąć dla uproszczenia R

s

=0,

poślizg krytyczny wyraża się zależnością:

Oznacza to, że dla R’

rd

= (X



s

+ X’



r

) – R’

r

,

początkowy (przy s=1) moment
rozruchowy silnika jest równy momentowi
maksymalnemu.

Przez odpowiedni dobór wartości
rezystancji R’

rd

istnieje możliwość

kształtowania charakterystyk
rozruchowych silnika.

'

'

'

r

s

rd

r

k

X

X

R

R

s











Rozruch silników

pierścieniowych

Duża wartość rezystancji w obwodzie
wirnika powoduje, że impedancja obwodu
wirnika przyjmuje charakter rezystancyjny
o współczynniku mocy cos1.
Jest to przypadek korzystny dla procesu
rozruchu, gdyż współczynnik dobroci
rozruchu D1, gdzie:

Dla typowych silników indukcyjnych
klatkowych współczynnik dobroci rozruchu
D0.2.

,

N

r

N

r

I

I

M

M

D 

Charakterystyki rozruchowe M=



(



) SI

pierścieniowego z rozrusznikiem

rezystorowym trzystopniowym: a) dla

maszyny roboczej o charakterystyce Mo =

const, b) – dla maszyny roboczej o

charakterystyce Mo = k



const

M

o



o

M

2

M

1

M

M

0

0



3



2



1





2

M

1

M

M

0

0



3



2



1







k

M

o





k

M 

2



k

M 

1

)

a

)

b

Rozruch silników

pierścieniowych

Charakterystyki

Rozruch silników

pierścieniowych

Wady rozruszników rezystorowych

wielostopniowych:

- skokowy charakter zmian prądu i momentu

obrotowego silnika w czasie rozruchu,
powstający w wyniku zwierania kolejnych
sekcji rezystorów rozrusznika;

- udarowy przebieg momentu, wpływa

niekorzystnie na trwałość urządzeń pędnych,
np. przekładni zębatych.

Wad tych pozbawione są

rozruszniki o

samoczynnej, bezstopniowej zmianie
rezystancji.

Do nich należą rozruszniki cieczowe (wodne),

rozruszniki z modulacją rezystancji oraz
rodzina rozruszników indukcyjnych, w tym
wiroprądowe.

Rozruszniki cieczowe

Rozruszniki cieczowe znalazły
zastosowanie w przemysłowych
układach napędowych o rozruchach
ciężkich i małych wartościach
dopuszczalnych przyśpieszeń.
Ich zaletą jest duża pojemność cieplna,
co ma znaczenie w przypadku
zagrożenia pożarowego (np. dla
węglowych młynów kulowych w
elektrowniach i elektrociepłowniach).

Rozruszniki wiroprądowe

Rozruszniki wiroprądowe należą do
rozruszników o bezstopniowej i
samoczynnej zmianie impedancji w
czasie rozruchu silnika

Zasada działania rozruszników
wiroprądowych oparta jest na
zjawisku powstawania strat mocy od
prądów wirowych w ferromagnetyku
przewodzącym o strukturze litej,
umieszczonym w przemiennym polu
magnetycznym.

Rozrusznik ten, swoją budową
przypomina

dławik trójfazowy

, którego

kolumny rdzenia wykonane są z
odpowiednich elementów stalowych.

Rozruszniki wiropradowe

Przekroje poprzeczne kolumny rdzenia

rozrusznika wiroprądowego z rdzeniem

trójfazowym;

a- wiązka prętów, b- rura z osiową szczeliną

powietrzną

c- rdzeń kombinowany

)

c

)

b

)

a

d

g

Rozruszniki wiroprądowe

Uzwojenia fazowe rozruszników, wykonane
z przewodu miedzianego lub
aluminiowego, umieszczone są na
kolumnach i połączone w gwiazdę.
Początki uzwojeń fazowych podłącza się do
obwodu wirnika silnika.
Prąd rozruchowy przepływający przez 3-
fazowe uzwojenie rozrusznika wytwarza w
kolumnach rdzenia przemienny strumień
magnetyczny.
Strumień ten indukuje SEM w stalowych
elementach rdzenia, pod wpływem której
płyną prądy wirowe.

Rozruszniki wiroprądowe

Straty mocy

, a tym samym

zastępcza

impedancja rdzenia

sprowadzona na

stronę uzwojenia rozrusznika

mają wartość

największą przy poślizgu silnika s=1.
Zmniejszają się one do wartości
minimalnej w końcowej fazie rozruchu.

Impedancję rozrusznika stanowi wówczas
praktycznie rezystancja i reaktancja
uzwojeń fazowych.
Po dokonanym rozruchu rozrusznik zwiera
się za pomocą stycznika, powodując
przejście silnika do pracy na
charakterystyce naturalnej.

Charakterystyki momentu

rozruchowego (a) i prądu

rozruchowego (b) silnika

SZUre136

(630 kW) z rozrusznikami

wiroprądowymi rurowymi o różnych

grubościach ścianek g

5

,

0

0

,

1

5

,

1

0

,

2

8

,

0

6

,

0

4

,

0

2

,

0

0

N

M

M

s

naturalna silnika

g=12mm g=8mm

5

,

1

0

,

3

5

,

4

0

,

6

8

,

0

6

,

0

4

,

0

2

,

0

0

sN

s

I

I

s

naturalna silnika

g=12mm

g=8mm

a)

b)

Rozruszniki wiroprądowe

Do zalet rozruszników wiroprądowych

należą:

• płynna, samoczynna zmiana impedancji

rozrusznika w funkcji poślizgu silnika,
powodująca bezstopniowe przebiegi
momentu i prądu rozruchowego silnika,

• samoczynne dostosowanie czasu

rozruchu układu napędowego do
stopnia obciążenia silnika,

• prosta budowa, małe wymiary, niski

koszt wytworzenia, duża niezawodność
pracy.

Rozruszniki wiroprądowe

Do ujemnych cech zalicza się:
- rezystancyjno-reaktancyjno charakter

impedancji, co w porównaniu z
rozrusznikami rezystorowymi powoduje
zmniejszenie wartości współczynnika
dobroci rozruchu (do wartości D= 0.6-
0.8),

- złożony proces projektowania

rozruszników z uwagi na uwikłane
zależności rezystancji i reaktancji
rdzenia od wartości częstotliwości i
prądu wirnika,

- potrzeba indywidualnego projektowania

rozrusznika do układu napędowego.

3.05.21

30

WYKŁAD 12

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ

- czas na

odpoczyne

k....