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 13

Charakterystyki silnika

indukcyjnego i ich

kształtowanie podczas

hamowania elektrycznego

Kształtowanie charakterystyk SI

podczas hamowania elektrycznego

Kształtowanie charakterystyk mechanicznych SI

podczas stanów hamowania elektrycznego ma

na celu uzyskanie możliwości sterowania

wartością momentu silnika i przebiegiem

procesu hamowania.

Wyróżnia się następujące metody hamowania SI:
a) hamowanie

odzyskowe

(generatorowe,

prądnicowe, nadsynchroniczne);

b) hamowanie

przeciwwłączeniem

(przeciwprądowe, hamowanie prądem sieci);

c) hamowanie

dynamiczne prądem stałym;

d) hamowanie

dynamiczne prądem przemiennym

(jednofazowe);

e) hamowanie

w układzie z przełączaną fazą

stojana

(hamowanie z odwróconą fazą stojana -

niesymetryczne).

Hamowanie odzyskowe SI

Stan hamowania odzyskowego SI

występuje wtedy, gdy silnik jest zasilany

symetrycznym napięciem trójfazowym, a

prędkość silnika jest większa od prędkości

synchronicznej (



>



s

)

czyli poślizg silnika

jest ujemny (s<0).
Z równania Klosa (1) wynika, że moment

elektromagnetyczny silnika wytwarzany

przy ujemnych wartościach poślizgu jest

momentem hamującym (M

e

< 0):

(1)

w którym:

 

s

s

s

s

M

s

M

M

k

k

k

e

e







2

b

s

s

b

s

s

s

s

s

s

p

f

n

p

f

n

n

n

s

60

,

2

,























Hamowanie odzyskowe SI

Podczas stanu hamowania odzyskowego
silnik indukcyjny pracuje jak generator
indukcyjny
i dokonuje zamiany energii
mechanicznej, dostarczanej przez układ
mechaniczny,
na energię elektryczną zwracaną
następnie do sieci zasilającej.

Do sieci jest zwracana tylko moc czynna,
natomiast z sieci jest pobierana moc
bierna, wymagana do wytworzenia w
szczelinie silnika wirującego pola
magnetycznego.

Układ połączeń silnika podczas pracy silnikowej i

hamowania odzyskowego; charakterystyki

mechaniczne

Hamowanie odzyskowe SI

Stan hamowania odzyskowego można uzyskać,

gdy:

• SI napędza maszynę roboczą o czynnym

momencie oporowym

, powodującym

zwiększenie prędkości mechanicznej wirnika

ponad prędkość synchroniczną (np. napęd

mechanizmu opuszczania w dźwignicy, napęd

przenośnika taśmowego transportującego w dół

itp.);

• zostanie

wymuszone zmniejszenie prędkości

synchronicznej silnika poniżej prędkości

mechanicznej wirnika

(w silniku indukcyjnym

wielobiegowym przez przełączenie uzwojenia

stojana z mniejszej na większą liczbę par

biegunów, a w silniku sterowanym

częstotliwościowo przez odpowiednie

zmniejszenie częstotliwości napięcia zasilania).

Hamowanie

przeciwwłączeniem SI

Hamowanie przeciwwłączeniem SI polega

na wymuszeniu pracy silnika, w której

kierunek prędkości synchronicznej

(wirowania pola magnetycznego w

szczelinie) jest przeciwny do kierunku

prędkości mechanicznej wirnika.

Silnik pracuje wtedy przy poślizgach

s>1,

a moment elektromagnetyczny

silnika jest momentem hamującym.

Po osiągnięciu prędkości



≈ 0, należy

odłączyć napięcie zasilające uzwojenie

stojana!

Hamowanie

przeciwwłączeniem SI

Stan hamowania przeciwwłączeniem może być

uzyskany w następujących przypadkach:

• uzwojenie stojana zostaje odłączone od sieci

trójfazowej i ponownie załączone po zmianie

kolejności faz;

• gdy moment oporowy maszyny ma charakter

czynny i jest dostatecznie duży do wywołania

ruchu wirnika w kierunku przeciwnym do

kierunku ruchu wirującego pola

magnetycznego w szczelinie silnika, np.

napęd mechanizmu wciągarki dźwignicy

podczas opuszczania ciężaru.

(w tym przypadku nie dokonuje się

przełączenia uzwojenia stojana na inną

kolejność faz)

Układ połączeń silnika podczas hamowania;

charakterystyki mechaniczne silnika (5,6-bez

zmiany kolejności faz zasilania)

Hamowanie

przeciwwłączeniem SI

•Podczas tego hamowania do SI jest

doprowadzana od strony wału energia
mechaniczna, a od strony sieci energia
elektryczna.

•Doprowadzone z obu stron energie są

zamieniane na energię strat mocy
elektrycznej, wytracaną w uzwojeniach
silnika i w dołączonych do wirnika
rezystorach hamujących.

•Istotna wada - pobór dużych prądów i

dużej mocy z sieci zasilającej oraz duże
ilości ciepła wydzielanego podczas
hamowania.

Hamowanie dynamiczne SI

prądem stałym

Hamowanie dynamiczne SI prądem stałym

polega na

odłączeniu uzwojenia stojana od

sieci trójfazowej i przyłączeniu tego

uzwojenia do źródła napięcia stałego.

Uzwojenie stojana zasilane prądem stałym

wytwarza w szczelinie silnika

nieruchome

pole magnetyczne

.

W uzwojeniach fazowych wirnika wirującego

w tym polu są indukowane siły

elektromotoryczne, wywołujące przepływ

prądów fazowych wirnika.
Wzajemne oddziaływanie pola

magnetycznego w szczelinie silnika i prądów

fazowych wirnika powoduje

wytwarzanie

momentu elektromagnetycznego

skierowanego zawsze przeciwnie do

kierunku prędkości wirnika

, czyli o działaniu

hamującym.

Hamowanie dynamiczne SI prądem

stałym

Podczas hamowania do silnika jest
doprowadzana energia mechaniczna,
która jest zamieniana na energię strat
mocy wytracanej na rezystancjach
uzwojeń fazowych wirnika i dołączonych
do wirnika rezystorach hamowania R

h

.

U

V

W

st

I

st

U

U

V

W

st

I

st

U

U

V

W

st

I

st

U

U

V

W

st

I

st

U

Układ

połączeń

uzwojenia

stojana

st

se

I

I

K 

2

3

2

1

3

2

6

1

st

U

st

s

I

R

2

st

s

I

R

2

3

st

s

I

R

3

2

st

s

I

R

2

1

Hamowanie dynamiczne SI

Do analizy, stan hamowania SI prądem
stałym jest zastępowany stanem pracy
silnika zasilanego

równoważnym, 3-

fazowym prądem przemiennym

.

Wartość skuteczna prądu równoważnego
I

se

jest wyznaczana z warunku równości

przepływów magnetycznych wytwarzanych
przez uzwojenie stojana zasilane
równoważnym prądem przemiennym
i rzeczywistym prądem stałym:

gdzie:

K - współczynnik stały, zależny od układu

połączeń uzwojeń fazowych stojana podczas hamowania;

I

st - wartość ustalona prądu stałego zasilającego

uzwojenie stojana silnika.

st

se

KI

I 

Hamowanie dynamiczne SI prądem

stałym

Zależność na moment elektromagnetyczny
silnika indukcyjnego M

eh

podczas hamowania

prądem stałym w funkcji prędkości względnej



silnika:

gdzie:

oraz: M

ehk

- moment krytyczny silnika podczas

hamowania prądem stałym;



=



/



s

- prędkość

względna silnika;



k

- krytyczna prędkość względna silnika;

 





















k

k

ehk

se

m

r

m

h

r

h

r

s

eh

eh

v

M

I

X

X

X

R

R

R

R

M

M

































2

3

2

2

2

'

2

'

'

'

'

'

'

'

2

'

2

,

2

3

r

m

h

r

k

se

r

m

m

s

ehk

X

X

R

R

I

X

X

X

M





















Hamowanie dynamiczne SI

A więc -

moment hamujący silnika M

eh

jest

proporcjonalny do kwadratu prądu
równoważnego stojana I

se

, czyli do kwadratu

prądu stałego I

st

, wymuszanego w uzwojeniu

stojana i zmienia się nieliniowo w funkcji
prędkości względnej



.

Istnieją następujące metody sterowania

momentem hamującym M

eh

podczas

hamowania prądem stałym:

• przez

zmianę prądu I

se

, czyli prądu stałego

I

st

wymuszanego w uzwojeniu stojana (przy

R

h

=const

);

• przez

zmianę 3-fazowej rezystancji

hamowania R

h

dołączanej do obwodu

wirnika (tylko w przypadku silnika
indukcyjnego

pierścieniowego),

przy I

st

=const

.

Charakterystyki mechaniczne SI podczas

hamowania prądem stałym dla R

h

=const,

I

se

=var

Charakterystyki mechaniczne SI podczas

hamowania prądem stałym dla I

se

=const,

R

h

=var

WYKŁAD 13

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ

- czas na

odpoczyne

k....