SILNIKI ASYNCHRONICZNE
(INDUKCYJNE)
KLATKOWE I PIERÅšCIENIOWE
WST
P
Maszyny indukcyjne sÄ… maszynami prÄ…du
przemiennego. Następuje w nich przetwarzanie energii
elektrycznej w energiÄ™ mechanicznÄ… (praca silnikowa
maszyny) lub energii mechanicznej w elektrycznÄ…
(praca generatorowa maszyny).
Maszyny indukcyjne majÄ… prostÄ… budowÄ™ i w zwiÄ…zku z
tym charakteryzują się dużą niezawodnością, łatwością
obsługi oraz małym kosztem. Z tych powodów są one
szeroko stosowane w różnych dziedzinach techniki,
najczęściej jako silniki, rzadziej jako prądnice.
RODZAJE PÓL MAGNETYCZNYCH
Rodzaje pola magnetycznego:
1. Stałe pole magnetyczne (wektor indukcji stały w czasie i przestrzeni)
2. Zmienne pole magnetyczne
" pulsujące (oscylacyjne) - zmienne w czasie lecz stałe w przestrzeni,
" wirujące - stałe w czasie lecz zmienne w przestrzeni
Sposoby wytwarzania pola wirujÄ…cego:
" wirujÄ…cy magnes,
" uzwojenie trójpasmowe (trójfazowe) rozmieszczone w przestrzeni co
120° elektrycznych i zasilane napiÄ™ciem trójfazowym,
" uzwojenie dwupasmowe (prostopadłe) zasilane napięciami ortogonalnymi
(przesuniÄ™tymi w fazie o 90°).
WIADOMOŚCI OGÓLNE
Do maszyn indukcyjnych należy duża grupa maszyn o
różniących się konstrukcjach przeznaczonych do wypełniania
różnorodnych działao.
Trójfazowe silniki indukcyjne są najbardziej
rozpowszechnione, ponieważ mają prostą budowę, są łatwe w
obsłudze, tanie w wykonaniu i eksploatacji, ich właściwości
napędowe są dobre. Znajdują one zastosowanie jako silnik ogólnego
przeznaczenia, czy silniki specjalne.
Silniki indukcyjne mogÄ… byd zbudowane jako jednofazowe -
służą wówczas do napędu odbiorników gospodarstwa domowego lub
dwufazowe wykorzystywane w urzÄ…dzeniach automatyki.
Silniki indukcyjne liniowe wykorzystywane sÄ… w urzÄ…dzeniach
transportowych, gdyż częśd ruchoma tych silników porusz się po linii
prostej.
KLASYFIKACJA SILNIKÓW INDUKCYJNYCH
SILNIKI INDUKCYJNE
TRÓJFAZOWE DWUFAZOWE JEDNOFAZOWE
PIERÅšCIENIOWE JEDNOKLATKOWE KLATKOWE
KLATKOWE KUBEA
KOWE
JEDNOKLATKOWE ZWYKA
E
JEDNOKLATKOWE GA

BOKOŻA
OBKOWE
DWUKLATKOWE
LINIOWE
OGÓLNY WIDOK SILNIKA INDUKCYJNEGO
obudowa tabliczki
zaciskowej
obudowa
tabliczka znamionowa
wał
Tabliczka znamionowa zawiera podstawowe informacje o silniku:
?ðznamionowe parametry elektryczne (prÄ…d,
napięcie, częstotliwość, współczynnik mocy),
?ðznamionowe parametry mechaniczne (moc, sprawność, prÄ™dkość
wirowania, masa),
?ðinformacje uzupeÅ‚niajÄ…ce (typ silnika, nazwa lub symbol
producenta, rok produkcji, numer fabryczny)
Tabliczka zaciskowa zawiera zaciski przyłączeniowe,za pomocą
których obwody elektryczne maszyny łączą się z siecią zasilającą.
Silniki indukcyjne trójfazowe mają zazwyczaj sześć zacisków ,do
których są przyłączone końce uzwojeń
stojana. Początki uzwojeń oznacza się
literami U1, V1, W1, a odpowiednie
końce U2, V2, W2.
Połączenie uzwojeo stojana na
tabliczce zaciskowej:
a) w gwiazdę; b) w trójkąt
Wał napędowy to element, który jest mechanicznie łączony
z urządzeniem napędzanym i za jego pośrednictwem wytwarzana
w silniku energia mechaniczna przekazywana jest temu urzÄ…dzeniu
Obudowa silnika stanowi ochronÄ™ przed szkodliwym
oddziaływaniem środowiska na silnik oraz ochronę środowiska
( w tym człowieka) przed zagrożeniami jakie stwarza silnik
MASZYNY INDUKCYJNE
Maszyny indukcyjne sÄ… maszynami odwracalnymi:
- praca prÄ…dnicowa
- praca silnikowa
W praktyce maszyny asynchroniczne stosowane sÄ… jako silniki.
Podział silników indukcyjnych ze względu na rodzaj wirnika:
- klatkowe
- pierścieniowe
Budowa maszyn indukcyjnych
Silnik asynchroniczny (indukcyjny) to najbardziej popularny silnik, o najszerszych
zastosowaniach ze wszystkich rodzajów silników elektrycznych, wykorzystywany
szczególnie w przemyśle, ale również i w sprzęcie domowym. Charakteryzuje się
bardzo prostą, i łatwą w utrzymaniu konstrukcją. Moce budowanych obecnie silników
asynchronicznych obejmują zakres od ułamków kilowatów do kilku megawatów.
Silnik indukcyjny składa się z dwóch zasadniczych części: nieruchomego stojana i
ruchomego(wirujÄ…cego) wirnika.
http://silnikielektryczne.prv.pl
Przekrój silnika indukcyjnego klatkowego
http://silnikielektryczne.prv.pl
BUDOWA SILNIKA
TRÓJFAZOWEGO KLATKOWEGO
kadłub
uzwojenia stojana
pierścień klatki
wirnik klatkowy Rdzeń stojana
tarcza łożyska
tarcza łożyska
wał
BUDOWA SILNIKA
OBWÓD MAGNETYCZNY
blachy stojana
szczelina powietrzna
blachy wirnika
RODZAJE WIRNIKÓW KLATKOWYCH
+ðjednoklatkowe - uzwojenie tworzy rodzaj klatki.
+ðdwuklatkowe - wirnik ma dwa uzwojenia zwarte w postaci
dwóch klatek: wewnętrznej i zewnętrznej, składających się
z jednakowej liczby prętów. Taka konstrukcja pozwala na
uzyskanie większego momentu rozruchowego przy prądzie
o mniejszym natężeniu
+ðgÅ‚Ä™bokożłobkowe - klatka zbudowana jest z prÄ™tów
w kształcie wąskich szyn sięgających w głąb wirnika, pozwala
to na przebieg rozruchu jak w silniku dwuklatkowym.
Na wewnętrznej stronie rdzenia stojana i zewnętrznej stronie rdzenia wirnika
wykonuje się specjalne rowki, zwane żłobkami, w których umieszczane są
uzwojenia. Częśd rdzenia pomiędzy sąsiednimi rowkami, nazywana jest zębem.
Żłobki i zęby mogą posiadad różne kształty, zwykle ich liczba w stojanie i wirniku
jest różna. Pomiędzy stojanem a wirnikiem znajduje się możliwie mała szczelina
powietrzna.
Uzwojenie stojana wykonane jest z izolowanego drutu,
zaimpregnowane i mocno usztywnione, tak, aby
zmniejszyd prawdopodobieostwo uszkodzenia na skutek
drgao mechanicznych.
Ze względu na sposób wykonania wirnika rozróżnia się dwa
rodzaje silników indukcyjnych: klatkowe i pierścieniowe.
http://silnikielektryczne.prv.pl
Budowa silnika indukcyjnego klatkowego
W silniku indukcyjnym klatkowym obwód elektryczny wirnika jest wykonany
z nieizolowanych prętów, połączonych po obu stronach wirnika pierścieniami
zwierającymi. Konstrukcja to wyglądem przypomina klatkę o kształcie walca (stąd
wzięła się nazwa tego silnika).
Obwód magnetyczny wirnika
wykonany jest w postaci pakietu
blach stalowych z dodatkiem
krzemu, wzajemne odizolowanych,
złożonych jedna na drugą.
Obwód elektryczny wirnika jest zawsze zwarty (inna nazwa tego silnika to silnik
indukcyjny zwarty) w związku, z czym nie ma możliwości przyłączania dodatkowych
elementów, tak jak ma to miejsce w wirniku silnika pierścieniowego. Klatka stanowi
wielofazowe uzwojenie wirnika, a za liczbę faz przyjmuje się liczbę prętów, z których
jest wykonana.
http://silnikielektryczne.prv.pl
wirnik silnika klatkowego
http://silnikielektryczne.prv.pl
Silnik klatkowy ma bardzo prostÄ…, taniÄ…, i Å‚atwa w utrzymaniu
konstrukcję. Wykonanie silnika pierścieniowego jest o wiele
droższe, ale konstrukcja ta, poprzez możliwośd dołączania
dodatkowych elementów do uzwojenia wirnika posiada
zdecydowanie bogatsze właściwości ruchowe (układy
umożliwiające rozruch i regulacje prędkości silnika). Biorąc
jednak pod uwagę coraz większą powszechnośd elektronicznych
urządzeo zasilających (falowniki, softstarty), umożliwiających
uzyskanie o wiele lepszych właściwości regulacyjnych,
wspomniane zalety silników pierścieniowych przestały byd już
tak istotne i w ogromnej większości silniki pierścieniowe zostały
wyparte przez silniki klatkowe.
http://silnikielektryczne.prv.pl
Budowa silnika indukcyjnego pierścieniowego
W silniku pierścieniowym uzwojenie wirnika wykonane jest podobnie do uzwojenia
stojana. Jest ono na stałe połączone z pierścieniami ślizgowymi (stąd nazwa  silnik
pierścieniowy ), zwykle trzema, gdyż uzwojenie wirnika najczęściej jest 3-fazowe. Za
pośrednictwem przylegających do pierścieni szczotek, uzwojenia wirnika połączone
są z dodatkowymi elementami, zwiększającymi rezystancje każdej fazy. (zmianę
rezystancji faz stosuje się dla rozruchu, hamowania i zmiany prędkości silnika).
Obecnie ze względu na zbyt skomplikowana budowę konstrukcja ta jest raczej
rzadko stosowana.
wirnik silnika pierścieniowego
http://silnikielektryczne.prv.pl
BUDOWA SILNIKA PIERÅšCIENIOWEGO
OBWODY ELEKTRYCZNE
uzwojenia stojana
uzwojenia wirnika
opornik rozruchowy
Pierścienie i szczotki
BUDOWA SILNIKA
WIRNIK SILNIKA PIERÅšCIENIOWEGO
uzwojenie
blachy wirnika
pierścienie ślizgowe
wał
W silnikach pierścieniowych wirnik jest uzwojony trójfazowo.
Uzwojenia te połączone są w gwiazdę, a końce gwiazdy wyprowadzone
są do pierścieni ślizgowych.
Zasada działania silnika asynchronicznego
Wytworzone przez uzwojenia stojana wirujÄ…ce pole magnetyczne
obraca się wokół nieruchomego wirnika. W wyniku przecinania
przez to pole prętów klatki wirnika, indukuje się w nich napięcie
(stąd nazwa  silnik indukcyjny ) i zaczyna płynąd w nich prąd.
Przepływ prądu w polu magnetycznym powoduje powstanie siły
elektrodynamicznej działającej stycznie do obwodu wirnika, a
zatem powstaje także moment elektromagnetyczny. Jeżeli
wartośd tego momentu jest większa od wartości momentu
obciążenia, to wirnik rusza i zaczyna zwiększad swoją prędkośd
obrotową. Zwiększanie prędkości wirnika, powoduje że pręty jego
klatki przecinane sÄ… przez pole magnetyczne z coraz mniejszÄ…
prędkością, co skutkuje zmniejszeniem wartości indukowanej siły
elektromotorycznej i spadkiem wartośd prądu płynącego w
prętach klatki, a zatem spada również wartośd momentu
elektromagnetycznego.
http://silnikielektryczne.prv.pl
Jeżeli moment ten spadnie do wartości równej momentowi obciążenia, wirnik
przestanie przyspieszad i dalej będzie poruszał się ze stałą prędkością. Gdyby
nie było żadnego momentu oporowego, wirnik osiągnąłby prędkośd równą
wartości prędkości wirowania pola, a więc prędkości synchronicznej. W takim
przypadku pole wirnika byłoby nieruchome względem pola stojana, a więc
ustałoby przecinanie prętów klatki przez pole stojana
i nie płynęłyby w nich prądy, nie powstałby moment elektromagnetyczny.
Sytuacja taka nie jest jednak możliwa do wystąpienia w rzeczywistym silniku,
ponieważ zawsze występuje jakiś moment obciążenia, chociażby moment
tarcia w łożyskach czy oporów powietrza (chyba że wirnik będzie napędzany
mechanicznie przez jakiś inny silnik). Zatem wirnik osiągnie taką prędkośd
(zwykle niewiele mniejszą od prędkości synchronicznej), przy której momenty
elektromagnetyczny silnika i obciążenia będą miały tę samą wartośd. Skoro
nie jest to prędkośd synchroniczna, musi to byd prędkośd asynchroniczna,
której silnik indukcyjny zawdzięcza swoja druga nazwę -  silnika
asynchronicznego .
http://silnikielektryczne.prv.pl
Wirnik obraca się z mniejszą prędkością niż stojan. Wartośd tej prędkości jest
uzależniona od momentu obciążenia - przy większym momencie oporowym wirnik
obraca się wolniej, przyspiesza, jeżeli go zmniejszamy. A więc w skoro prędkości
wirnika i stojana są różne, oznacza to, że stojan, a w rzeczywistości pole wirujące
wytwarzane przez stojan, obraca się z pewną prędkością względem wirnika. Prędkośd
tę nazywa się poślizgiem i wyraża się wzorem:
lub w %
n1- prędkośd wirowania pola wytworzonego przez
stojan
n - prędkośd wirowania wirnika
http://silnikielektryczne.prv.pl
Moment elektromagnetyczny
Często w praktycznych zastosowaniach silnika istnieje potrzeba szybkiego
wyznaczenia wartości momentu elektromagnetycznego, jaki jest on w stanie
osiągnąd. Tabliczka znamionowa silnika zwykle nie podaje jego wartości, ale podaje
za to inne wartości na podstawie których bardzo łatwo go wyliczyd. W najprostszej
postaci wzoru na moment obrotowy jest to iloczyn siły i ramienia, na jakim działa ta
siła.
Powstająca na obwodzie wirnika siła elektrodynamiczna F, obracając się razem
z wirnikiem wykonuje pracÄ™ W, dostarczajÄ…c w tym czasie moc P
Zatem generowany w tych warunkach moment elektromagnetyczny M :
Wartości mocy znamionowej silnika P i prędkości asynchronicznej n podawane są zawsze
na tabliczkach znamionowych silników, zatem mając te wartości można łatwo wyliczyd
wartośd znamionowego momentu silnika.
http://silnikielektryczne.prv.pl
Charakterystyka mechaniczna
Charakterystyka mechaniczna silnika indukcyjnego ukazuje zależnośd momentu na
jego wale od prędkości obrotowej silnika Jak juz wspomnieliśmy prędkośd
obrotową silnika asynchronicznego można wyrazid za pomocą poślizgu.
Mr moment rozruchowy
CharakterystykÄ™ mechanicznÄ… silnika
sk - poślizg krytyczny
można wyrazid za pomocą
M - moment silnika
następującego wzoru:
Mm - moment krytyczny silnika
s - poślizg
sm - poślizg krytyczny
Wzór ten nazywany jest wzorem Klossa.
http://silnikielektryczne.prv.pl
Rodzaje pracy silników indukcyjnych
Charakterystyka mechaniczna silnika indukcyjnego dla różnych rodzajów jego pracy
http://pc150.imne.pwr.wroc.pl/ZME
Rozruch silników asynchronicznych
Rozruch bezpośredni
Rozruch gwiazda-trójkąt
Rozruch przez zmianÄ™ rezystancji w obwodzie wirnika
Zastosowanie  softstartu
http://silnikielektryczne.prv.pl
Rozruch bezpośredni
Rozruch silnika jest możliwy, jeżeli powstający w chwili rozruchu moment
elektromagnetyczny jest większy niż moment obciążenia. Najprostszym
sposobem dokonania rozruchu silnika indukcyjnego jest podłączenie
uzwojeo stojana do 3-fazowego z
ródła zasilania (w przypadku silnika
3-fazowego), jest to tzw. rozruch bezpośredni. W tym przypadku pobierany
prąd rozruchu jest wielokrotnie większy niż prąd znamionowy (do 8 razy),
co powoduje nagrzewanie się uzwojeo, a także może spowodowad spadki
napięcia sieci zasilającej. Wartośd powstającego momentu
elektromagnetycznego nie jest zbyt duża, dlatego, aby silnik mógł
wystartowad nie może byd zbytnio obciążony. Ze względu na te
ograniczenia rozruch bezpośredni stosuje się dla silników o małych mocach
(do kilkunastu kW).
http://silnikielektryczne.prv.pl
Rozruch gwiazda-trójkąt
Sposobem na zmniejszenie prÄ…du rozruchowego, jest zastosowanie w celach
rozruchowych przełącznika gwiazda - trójkąt.
Rozruch ten jest jednak możliwy tylko
dla silników 3-fazowych, które mają
wyprowadzone 6 zacisków na tabliczce
zaciskowej, umożliwiające odpowiednie
podłączenie uzwojeo stojana w gwiazdę
lub w trójkąt.
uzwojenia połączone uzwojenia połączone
w gwiazdę w trójkąt
http://silnikielektryczne.prv.pl
Połączenie w gwiazdę polega na
połączeniu kooców wszystkich trzech
uzwojeo do jednego wspólnego punktu, a
pozostałych trzech kooców do kolejnych
faz sieci zasilającej. W ten sposób każde z
uzwojeo stojana podłączone jest jednym
koocem do przewodu neutralnego N, a
drugim do przewodu fazowego (L1, L2 lub
L3). Na każdym z tych uzwojeo występuje
zatem napięcie fazowe (czyli w naszych
warunkach wynosi ono 230V). Zwykle nie
stosuje się połączenie punktu wspólnego
uzwojenia stojana połączone w gwiazdę
wszystkich uzwojeo z punktem
neutralnym N ponieważ nie jest ono
konieczne.
http://silnikielektryczne.prv.pl
Połączenie w trójkąt polega na połączeniu
kooca uzwojenia danej fazy z poczÄ…tkami
uzwojenia fazy następnej (punkt U2
Å‚Ä…czony z V1, V2 z W1 a W2 z U1).
Połączone w ten sposób uzwojenia tworzą
zamknięty obwód, a jego wygląd
przypomina trójkąt. Punkty wspólne
uzwojeo łączone są następnie do kolejnych
faz sieci zasilającej. W tym połączeniu
wcale nie wykorzystuje siÄ™ punktu
neutralnego. Przy połączeniu w trójkąt na
uzwojenia stojana połączone w trójkąt
każdym z uzwojeo panuje napięcie
międzyfazowe (które w naszych warunkach
wynosi 400V).
http://silnikielektryczne.prv.pl
Przy połączeniu uzwojeo silnika w trójkąt, prąd pobierany przez silnik z sieci
jest 3-krotnie większy niż prąd pobierany przy połączeniu w gwiazdę. Także
moment elektromagnetyczny a więc i moc silnika w tym przypadku są 3-
krotnie większe. Stosując przełącznik gwiazda  trójkąt możemy
wystartowad silnik połączony w gwiazdę, przez co będzie mniejszy pobór
prądu z sieci zasilającej, a następnie po osiągnięciu przez silnik
odpowiedniej prędkości obrotowej przełączyd uzwojenia stojana w trójkąt,
tak, aby silnik mógł zapewnid pożądaną przez nas moc.
W starszych rozwiązaniach przełączenie zwykle dokonywane było ręcznie
przez operatora, obecnie w układach stosuje się specjalizowane do tego
celu układy styczników i przekaz
ników dokonujące automatycznego
przełączenia po nastawionym wcześniej czasie.
Przebieg momentu obrotowego i prÄ…du
podczas rozruchu silnika klatkowego za
pomocą przełącznika gwiazda-trójkąt, w
zależności od prędkości obrotowej
http://silnikielektryczne.prv.pl
Innymi sposobami zmniejszania prądu rozruchowego silników klatkowych jest
obniżanie na czas rozruchu napięcia zasilającego, poprzez włączenie szeregowo
autotransformatorów rozruchowych lub dodatkowych rezystorów, a ostatnio
coraz częściej tyrystorowych regulatorów napięcia (przekształtników
tyrystorowych) w obwody zasilające stojany silników. W odróżnieniu od
rozruchu za pomocą przełącznika gwiazda-trójkąt, sposoby te umożliwiają
wielostopniową regulację napięcia. Otrzymuje się wtedy rodziny charakterystyk
mechanicznych zapewniających większą płynnośd rozruchu. Ze względu na
znaczny koszt takich urzÄ…dzeo rozruchowych majÄ… one
mniejszy zakres zastosowania.
Zmiana kierunku wirowania
Przebieg momentu obrotowego i prądu rozruchowego - w zależności od prędkości
obrotowej silnika przy skokowym, czterostopniowym zmniejszaniu rezystancji rozrusznika
połączonego z uzwojeniami wirnika - można regulowad dobierając odpowiednią wartośd
maksymalną rezystancji i liczbę stopni rozruchowych (aż do regulacji płynnej). Silniki
pierścieniowe umożliwiają wprawdzie skuteczne zmniejszenie prądu rozruchowego, lecz
ich zastosowanie jest ograniczone. Wynika to stąd, że silniki te - w porównaniu z silnikami
klatkowymi - mają bardzo złożoną budowę, są kosztowniejsze, a ich rozruch jest bardziej
skomplikowany.
W silnikach indukcyjnych kierunek wirowania zależy od kolejności przyłączenia faz
uzwojenia stojana do odpowiednich faz sieci zasilajÄ…cej. ZmianÄ™ kierunku wirowania
uzyskuje się zamieniając między sobą dwa dowolne przewody zasilające, przyłączane do
tabliczki zaciskowej silnika.
Zmiana połączeo uzwojeo
stojana:
Rozruch przez zmianÄ™ rezystancji
w obwodzie wirnika
W przypadku silnika pierścieniowego w celach rozruchowych
można stosowad dodatkowe rezystory przyłączane do uzwojeo
wirnika co powoduje spadek prądu wirnika, a zatem również
spadek prÄ…du pobieranego z sieci. WadÄ… tego rozwiÄ…zania,
podobnie jak w przypadku rozruchu gwiazda - trójkąt jest
mniejszy moment rozruchowy silnika, poza tym jak juz
wspomniano wcześniej, ze względu na skomplikowana budowę
i koszty utrzymania konstrukcja ta jest obecnie rzadko
stosowana.
http://silnikielektryczne.prv.pl
Zastosowanie  softstartu
W nowoczesnych układach napędowych, do
łagodnego rozruchu 3-fazowych silników
indukcyjnych stosuje siÄ™ specjalizowane
urządzenia, nazywane układami  soft - start
(miękkiego rozruchu), które mają za zadanie
redukuję niekorzystnych zjawisk występujących
podczas rozruchu, wpływających na żywotnośd
silników i jakośd ich pracy. Ich zasada działania
opiera się na, płynnej regulacji napięcia
podawanego na uzwojenia (lub jedno
z uzwojeo) W roli elementów sterujących
stosuje się najczęściej tyrystory. Zwykle
urządzenia takie umożliwiaja kontrole
i możliwośd nastawienia wielu parametrów
takich jak czas rozruchu, wartośd
poczÄ…tkowego momentu
rozruchowego, kolejności faz i czy
temperaturÄ™ przegrzania.
schemat podłączenia silnika do sieci 3- fazowej
za pośrednictwem softstartu.
http://silnikielektryczne.prv.pl
Sposoby regulacji napędów elektrycznych
Sterując energią elektryczną dostarczaną do silnika reguluje się jego prędkośd
obrotową i moment obrotowy. Potrzeba regulacji tych parametrów wyjściowych silnika
wynika ze względów technologicznych oraz oszczędności energii.
W początkach XX wieku regulacje parametrów wyjściowych silników elektrycznych
stosowano w bardzo ograniczonym zakresie, głównie w silnikach prądu stałego.
Znaczącym postępem było wprowadzenie do praktyki przemysłowej tzw. układu
Leonarda. Umożliwiło to regulację silników prądu stałego. Silnik elektryczny trójfazowy
prądu przemiennego sprawił duże trudności przy próbach regulacji prędkości
obrotowej lub momentu. Z tego względu regulację parametrów wyjściowych silników
stosowano głównie do silników prądu stałego. W przypadku silników prądu
przemiennego, który z uwagi na swoje właściwości ruchowe był najczęściej
stosowanym, do regulacji prędkości były używane metody mechaniczne (przekładnie,
sprzęgła regulowane). Najczęściej jednak silnik trójfazowy prądu przemiennego był
stosowany bez układów regulacji, tylko wyposażony w odpowiednią aparaturę łączącą i
zabezpieczajÄ…cÄ….
W lalach sześddziesiątych i siedemdziesiątych znacząco rozwinęła się technika
półprzewodnikowych elementów sterowanych. W napędzie elektrycznym rozpoczął
się okres szerokiego stosowania tyrystorowych przekształtników do silników prądu
stałego. Rozwijały się także badania w dziedzinie napędu prądu przemiennego, chod
w zastosowaniach przemysłowych znacznie wolniej niż w dziedzinie napędu z
silnikami prądu stałego. Na przełomie lat 1980 i 1990 rozpoczęła się znacząca
produkcja przemienników częstotliwości (przetwornice częstotliwości) stosowanych
do zasilania silników prądu przemiennego. W pierwszej połowie lat 90  tych technika
wytwarzania przemienników stała się na tyle prosta, że aktualnie przetwornice
częstotliwości są wytwarzane przez wiele firm. Konstrukcja współczesnego
przemiennika częstotliwości umożliwia w prosty sposób uruchomienie regulowanego
napędu z silnikiem prądu przemiennego (najczęściej trójfazowym).
Regulacja prędkości obrotowej silnika
indukcyjnego  zmiana poślizgu
Przez zmianę napięcia zasilającego silnik, przy stałym momencie hamującym, można
wpłynąd na zmianę poślizgu z jakim pracuje silnik. Zakres regulacji poprzez zmianę
napięcia zasilającego wynosi niewiele około 10% w dół od prędkości znamionowej.
Ten sposób regulacji nie jest więc korzystny. Zmniejszaniu napięcia przy stałej
wartości momentu towarzyszy wzrost prądów, zarówno w obwodzie wirnika jak i
stojana, co powoduje niekorzystny wzrost strat w uzwojeniach. Zmianę wartości
napięcia można uzyskad za pomocą autotransformatora, reaktancji regulacyjnych,
rezystancji regulacyjnych w obwodzie stojana itp. W praktyce ten sposób regulacji
prędkości obrotowej silnika indukcyjnego jest prawie nie stosowany.
prędkośd obrotowa silnika indukcyjnego
Po przekształceniu wzoru na poślizg
f - częstotliwości zasilania
otrzymujemy wzór na prędkośd obrotową
p - liczby par biegunów
silnika indukcyjnego, na podstawie, którego
s - poślizgu
możemy stwierdzid, że będzie ona zależała od:
http://silnikielektryczne.prv.pl
Zmiana liczby par biegunów
Silniki, w których dokonuje się regulacji prędkości obrotowej przez zmianę liczby par
biegunów magnetycznych nazywamy silnikami wielobiegowymi. Znalazły one
szerokie zastosowanie w napędach obrabiarek. Regulacje taką można realizowad
stosujÄ…c:
- dwa niezależne uzwojenia w stojanie o różnych liczbach biegunów magnetycznych,
- jedno uzwojenie, które można przełączad tak, aby wytwarzało pola o różnych
liczbach par biegunów.
Umieszczenie w stojanie dwóch niezależnych uzwojeo o różnych liczbach par
biegunów umożliwia skokową regulację prędkości obrotowej przez zmianę
uzwojenia przyłączonego do sieci zasilającej. Ten sposób regulacji prędkości może
byd stosowany tylko w silnikach klatkowych.
Korzystniejsze jest stosowanie jednego uzwojenia, które można przełączad tak, aby
wytwarzało pola o różnych liczbach par biegunów.
p 1 2 3 4 6 8 10
n1 3000 1500 1000 750 500 375 300
n 2880 1440 960 720 480 360 288
Tabela wartości prędkości synchronicznych (n) i typowych prędkości
asynchronicznych (n1) dla liczby par biegunów stojana (p) (dla poślizgu s=0.04).
http://silnikielektryczne.prv.pl
Zmiana rezystancji w obwodzie wirnika
Dla silników pierścieniowych podobnie jak dla celów rozruchowych, podłącza się
dodatkowe rezystancji w obwód wirnika. Połączone szeregowo z uzwojeniem
wirnika rezystancje spowodują spadek prądu płynącego w wirniku, a więc i
spadek powstającej siły elektrodynamicznej działającej na wirnik a co za tym idzie
spadek momentu i w koocu spadek prędkości obrotowej silnika.
Zmiana rezystancji w obwodzie wirnika powoduje zmianÄ™ przebiegu
charakterystyki mechanicznej silnika. CechÄ… charakterystycznÄ… jest tu zachowanie
stałej wartości momentu maksymalnego. Dodatkowo wzrostowi rezystancji
odpowiada wzrost wartości poślizgu krytycznego. Jeżeli silnik pracuje ze zwartymi
pierścieniami i napędza maszynę roboczą o stałym momencie hamującym
niezależnym od prędkości obrotowej to po włączeniu rezystancji dodatkowej w
obwód wirnika ustali się nowy punkt pracy przy zmniejszonej prędkości
obrotowej wirnika. Dalszy wzrost rezystancji spowoduje dalsze zmniejszenie
prędkości obrotowej. W ten sposób można regulowad prędkośd silnika od
znamionowej do dowolnie małej.
Ten rodzaj regulacji jest nieekonomiczny, ponieważ w rezystorach regulacyjnych występują
duże straty mocy. Stosuje się go w szerszym zakresie prędkości tylko dla małych silników. W
dużych jednostkach regulacje taką stosuje się w zakresie 10 do 15%.
Zmiana częstotliwości zasilania
Zmieniając częstotliwośd zasilania regulujemy prędkośd wirowania pola
magnetycznego, a w konsekwencji prędkośd wirowania wirnika. Sposób ten umożliwia
płynną regulację prędkości obrotowej silnika w bardzo szerokim zakresie. Omawiany
sposób regulacji wymaga oddzielnego z
ródła zasilania o regulowanej częstotliwości.
Realizuje się to poprzez stosowanie półprzewodnikowych regulatorów mocy
(falowników). Falowniki są to urządzenia elektroniczne stosowane do sterowania
prędkością obrotową standardowych silników asynchronicznych trójfazowych.
Zastosowanie falownika zapewnia równocześnie szereg funkcji dodatkowych, a
przede wszystkim zabezpieczanie przeciw przeciążeniu, zwarciom w obwodach silnika,
oraz sterowanie procesem rozruchu i hamowania. Jedną z cech napędu
falownikowego jest możliwośd uzyskania oszczędności energii, która może sięgad
nawet do 50%.
Charakterystyki mechaniczne
przy zachowaniu U/f = const.
falownik i silnik
http://silnikielektryczne.prv.pl
Zasada funkcjonowania napędów z falownikami
Prędkośd obrotowa omawianych silników zależy od częstotliwości napięcia zasilającego
(czyli od czynnika zewnętrznego) oraz od liczby par biegunów (czyli od sposobu, w jaki
zaprojektowano i nawinięto uzwojenie stojana ). Wartośd napięcia zasilania ma również
wpływ na obroty ale w praktyce nieznaczny w stosunku do dwóch pierwszych
czynników.
60 f
n0
p
gdzie:
n0 - prędkośd obrotowa pola
elektromagnetycznego w silniku,
f - częstotliwośd napięcia zasilającego (Hz),
p - liczba par biegunów stojana.
SEW o falownikach prosto i zrozumiale Stanisław Nawracaj, SEW EURODRIVE
n1 - prędkośd obrotowa silnika asynchronicznego (obr/min),
n1 n0 1 s
s - poślizg silnika, wartośd poślizgu mieści się w granicach od 0 do 1.
Moment wytwarzany przez silnik indukcyjny będzie niezmienny, jeśli zachowana zostanie
stała wartośd prądu w uzwojeniu oraz stała wartośd strumienia elektromagnetycznego w
pakiecie blach stojana i wirnika. Generalnie pozostanie on niezmienny, jeśli zachowany
zostanie stały stosunek wartości skutecznej napięcia zasilania do częstotliwości tegoż
napięcia.
Najczęściej zastosowanie falowników ma umożliwid regulację prędkości obrotowej silnika
przy zachowaniu stałości momentu napędowego. Zmiana prędkości obrotowej silnika
indukcyjnego przy stałym momencie napędowym jest możliwa jeśli zasilimy ten silnik ze
z
ródła mogącego zmieniad częstotliwośd "f" ale zawsze proporcjonalnie do wartości
skutecznej napięcia "U".
Przykładowo: jeżeli silnik w znamionowych warunkach wymaga zasilenia napięciem 3 x
400 V / 50 Hz i jego znamionowe obroty wyniosą wówczas np. 1460 l /min to stosunek
U/f= 400V/50Hz = 8V/ Hz. Jeśli zmniejszymy obroty pięciokrotnie, to: pięciokrotnie musi
zostad zmniejszona częstotliwośd oraz, pięciokrotnie zmniejszona wartośd skuteczna
napięcia. Czyli: f = 50 Hz / 5 = 10 Hz oraz U=400V/5=80V. Stosunek U/f wynosid będzie
teraz : 80/10 = 8V/Hz czyli warunek spełniony. Użytkownik nie ustawia każdorazowo tych
dwóch wielkości (U oraz f) samodzielnie. Najczęściej za pomocą wybranego sygnału
sterującego zadaje się żądaną wartośd częstotliwości lub obrotów.
Charakterystyka mechaniczna silnika
indukcyjnego z regulacją parametrów
wejściowych
Z rysunku wynika, że dla każdej częstotliwości z zakresu, w którym spełniony jest warunek
stałości U/f, charakterystyka mechaniczna silnika ma ten sam kształt i jest tylko
przesunięta wzdłuż osi częstotliwości. Poczynając od punktu, gdzie nie możemy już
zapewnid stałości stosunku U/f (falownik generuje napięcie o wartości równej
zasilającemu z sieci i dalej zwiększad może tylko samą częstotliwośd) każda następna
charakterystyka jest niższa od poprzedniej. Jest to obszar tzw. osłabionego strumienia.
Moment krytyczny (Mk) silnika zasilanego ze z
ródła o stałej wartości napięcia i wzrastającej
tylko częstotliwości maleje z kwadratem tej częstotliwości.
Moment znamionowy (MN) silnika również nie pozostanie w tym obszarze niezmienny:
będzie on malał odwrotnie proporcjonalnie do wzrostu częstotliwości do chwili zrównania
siÄ™ z malejÄ…cym szybciej momentem krytycznym.
Częstotliwośd, od której napięcie wyjściowe falownika przestaje wzrastad (wskutek
osiągnięcia wartości napięcia zasilania z sieci) nazwa się częstotliwością załomu.
Częstotliwośd ta nie zależy od wartości napięcia zasilania.
Przykłady praktycznego zastosowania silników
indukcyjnych - układy napędowe pomp
wodociÄ…gowych
Typy układów napędowych pomp:
żðwszystkie silniki napÄ™dowe posiadajÄ…
S S S
niezależne indywidualne
przemienniki częstotliwości,
P Cz
P Cz P Cz
żðwyÅ‚Ä…cznie jeden silnik napÄ™dowy
zasilany jest przez przemiennik
M1 M2 M3
częstotliwości, pozostałe załączane
są bezpośrednio do sieci,
P2 P3
P1
żð przemiennik czÄ™stotliwoÅ›ci sterujÄ…cy
silnikami jest przełączany na kolejne
zespoły napędowe (tzw. układ z
wędrującym przekształtnikiem).
RUROCI
G
52
Idea zwiększania wydajności systemu
w układzie z trzema pompami
Max. wydajność pomp 1+2+3
Wydajność
systemu
Max. wydajność pomp 1+2
Qc
Max. wyd. pompy 1
Q1
Czas
Pompa 1 (wydajność regulowana)
Q2
Czas
Pompa 2 (wydajność stała)
Q3
Czas
Pompa 3 (wydajność stała)
Czas
53
Schemat blokowy układu napędowego pomp
Stabilizacja ciśnienia tłoczenia wody w stacjach wodociągowych w przypadku pracy
jednej lub więcej pomp w układzie jest realizowana zgodnie ze schematem
przedstawionym na rysunku:
54
Hamowanie silników indukcyjnych
Elektryczne hamowanie silnikiem występuje wówczas, gdy moment
elektromagnetyczny silnika działa w kierunku przeciwnym do kierunku prędkości
obrotowej.
Przy trójfazowym zasilaniu silnika indukcyjnego możemy zastosować jeden z trzech
rodzajów hamowania. Są to:
" hamowanie naturalne (praca hamulcowa), zwane także hamowaniem
przeciwprądem lub hamowaniem prądem sieci, występujące przy prędkości
wirowania przeciwnej do kierunku wirowania pola magnetycznego;
" hamowanie prÄ…dnicowe (ze zwrotem energii do sieci), zwane nadsynchronicznym,
które występuje przy prędkości wirnika większej od prędkości wirowania pola
magnetycznego,
" hamowanie dynamiczne, czyli hamowanie prądem stałym.
Przy rozpatrywaniu każdego z rodzajów hamowania należy zwrócić uwagę na
zakresy prędkości obrotowych oraz nachylenie charaktertystyki mechanicznej silnika
i urządzenia hamowanego. Okoliczności te w istotny sposób wpływają na
ekonomiczność hamowania, gdyż energia hamowania, jaką pobiera silnik w formie
energii mechanicznej, może być oddawana do sieci w postaci energii elektrycznej
lub tracona w silniku i włączonych w obwód wirnika opornikach.
http://www.domelczu.scholaris.pl
Hamowanie naturalne
Hamowanie przeciwprądem występuje wówczas, gdy wirnik jest napędzany w
kierunku przeciwnym do kierunku wirowania pola magnetycznego. Stan taki
może wystąpid wówczas, gdy moment M wytworzony w silniku stanie się
mniejszy od momentu hamującego Mh na skutek włączenia dużej rezystancji w
obwód wirnika. Na rysunku 1 pokazano układ połączeo silnika
pierścieniowego napędzającego dz
wig podnoszący ciężar. Moment od ciężaru
oznaczmy przez Mh Na rysunku 2 krzywa 1a jest charakterystykÄ… mechanicznÄ…
naturalnÄ… n = f(M) silnika, a proste 2a, 3a i 4a sÄ… charakterystykami
mechanicznymi (na części prostoliniowej charakterystyki) przy dodatkowych,
coraz to większych rezystancjach włączonych w obwód wirnika. Można tak
zwiększyd rezystancje w wirniku, że maszyna przejdzie na charakterystyki
odpowiadające prostym 1b, 2b itd. Po przejściu przez 0 prędkośd obrotowa
zmieni kierunek uzyskując wartości ujemne, odpowiadające punktom
przecięcia prostych 1b i 2b z prostą momentu hamującego Mh pochodzącego
od ciężaru G, czyli będzie pracowad z poślizgiem s > 1.
http://www.domelczu.scholaris.pl
Rys. 1. Układ połączeo silnika pierścieniowego napędzającego dz
wig
Rys. 2. Hamowanie naturalne i prÄ…dnicowe maszynÄ… indukcyjnÄ…
http://www.domelczu.scholaris.pl
Ciężar zaczyna byd opuszczany w dół z prędkością zależną od wartości
rezystancji włączonej w obwód wirnika. Wirnik obraca się w kierunku
przeciwnym do kierunku wirowania pola magnetycznego, maszyna pracuje
w zakresie pracy hamulcowej. Moc pobrana przez maszynÄ™ pracujÄ…cÄ… w
tym zakresie jest zużyta na straty. Większośd tych strat wydziela się w
oporniku regulacyjnym w postaci ciepła, co jest poważną wadą tego
hamowania. Dalsze nachylenie charakterystyki n = f(M) poprzez dalsze
zwiększanie rezystancji regulacyjnych powoduje utracenie stabilności
pracy. Jest to podstawowa wada (obok nadmiernego nagrzewania siÄ™
uzwojeo) hamowania w zakresie pracy hamulcowej.
http://www.domelczu.scholaris.pl
Hamowanie prÄ…dnicowe
Przypadek hamowania prądnicowego może wystąpid np. przy opuszczaniu ciężaru w dół
za pomocą silnika normalnie podnoszącego ciężar do góry.
Do zrealizowania wyżej wymienionego przypadku hamowania zamienia się w maszynie
indukcyjnej kierunek wirowania strumienia przez skrzyżowanie dwóch przewodów
doprowadzających napięcie do silnika. W konsekwencji tego zmienia się znak
wytworzonego w maszynie momentu i zależnośd M = f(n) ma przebieg jak na rys. 2.
Charakterystyki M = f(n) przecinają prostą Mh (obrazującą obciążenie) w zakresie pracy
prądnicowej przy prędkości nadsynchronicznej, ujemnej w stosunku do prędkości, jakie
występowały przy podnoszeniu ciężaru. Włączając odpowiednie rezystancje w obwód
wirnika, uzyskuje się proste 1c, 2c, 3c, które w punktach przecięcia z prostą Mh
wyznaczają odpowiednie prędkości. Przy takim sposobie hamowania maszyna
indukcyjna pracuje jako prądnica i przekazuje do sieci moc uzyskaną od napędzającego
ją, opadającego ciężaru G. Jest to zaleta hamowania nadsynchronicznego; jego wadą
jest możliwośd hamowania tylko przy dużych prędkościach obrotowych.
Innym przypadkiem pracy prądnicowej jest praca silnika indukcyjnego przyłączonego do
sieci i napędzanego powyżej prędkości synchronicznej np. za pomocą turbiny. Nie należy
wówczas zmieniad kieruku obrotów a jedynie "dopędzid" silnik do prędkości
ponadsynchronicznej.
http://www.domelczu.scholaris.pl
Hamowanie dynamiczne (prądem stałym)
Hamowanie dynamiczne realizuje się w ten sposób, że uzwojenie stojana odłącza się od
napięcia, a następnie zasila się je z sieci prądu stałego, tak, aby wytworzyd stały
strumieo magnetyczny. W wirniku wirującym w tym stałym polu indukują się napięcia i
płyną prądy, które wytwarzają moment skierowany przeciwnie do kierunku wirowania
wirnika. Wartośd tego momentu można regulowad zmieniając wartośd prądu stałego
zasilającego stojan lub włączając odpowiednią rezystancję dodatkową Rd.
Przy stosowaniu hamowania dynamicznego nie można doprowadzid do całkowitego
zahamowania urządzenia, gdyż przy spadku prędkości napięcie indukowane w wirniku
maleje i moment też się zmniejsza. Energia mechaniczna zamienia się całkowicie na
ciepło w wirniku i ewentualnie połączonej z nim szeregowo rezystancji.
Układy zasilania uzwojenia stojana przedstawione są rysunku. y
ródłem prądu stałego jest najczęściej odpowiedni
układ prostowniczy, zasilany z sieci przez transformator obniżający napięcie. Napięcie zasilające wynosi tylko kilka
procent napięcia znamionowego silnika. Moc pobierana przez silnik przy hamowaniu dynamicznym jest znacznie
mniejsza niż przy hamowaniu przeciwprądem.
http://www.domelczu.scholaris.pl
Sprawnośd silników elektrycznych
Silnik elektryczny przetwarza pobranÄ… z sieci energiÄ™ elektrycznÄ… na energiÄ™ mechanicznÄ…
wydawaną na wale silnika. W procesie tym, na skutek strat w silniku, cześd pobieranej
energii jest tracona w formie rozproszonego ciepła. Parametrem technicznym silnika,
jednoznacznie określającym wielkośd strat w stosunku do przetwarzanej mocy jest jego
sprawnośd. Generalnie jest ona definiowana jako:
sprawność = moc mechaniczna wydawana na wale silnika / moc elektryczna pobierana
przez silnik z sieci
Sprawnośd silnika elektrycznego była zawsze uznawana za jeden z jego podstawowych
parametrów świadczący o jego wartości technicznej i handlowej. Dlatego praktycznie od
początku produkcji przemysłowej silników elektrycznych ich sprawnośd jest przedmiotem
uregulowao normalizacyjnych. Celem tych uregulowao ma byd zapewnienie
jednoznaczności, porównywalności i dokładności odnośnie do deklarowanej przez
wytwórcę wartości sprawności silnika. W konsekwencji normy międzynarodowe (IEC) oraz
normy poszczególnych krajów oprócz definicji sprawności silnika zawierają zalecenia
dotyczące metod wyznaczania (pomiaru) wartości sprawności. Jak dotychczas celu tego
me dało się w pełni osiągnąd. W skali światowej nie ma ujednolicenia norm w zakresie
wyznaczania sprawności silników. Różne normy zalecają różne metody lub inną
preferencje tych metod. Skutkuje to tym, że poprawnie wyznaczona sprawnośd tego
samego silnika wg. zaleceo różnych norm ma najczęściej różne wartości
Do wyznaczenia sprawności silnika elektrycznego potrzebna jest znajomość
wartości przynajmniej dwóch z trzech wielkości: P1  moc pobierana przez
silnik; P2  moc wydawana przez silnik; Pt - straty całkowite w silniku.
Sprawność silnika oblicza się jednym z niżej podanych wzorów:
W zakresie metod stosowanych do wyznaczania sprawności silników
indukcyjnych istniejÄ… dwa podstawowe dokumenty normalizacyjne:
" Norma europejska EN 60034-2 stanowiÄ…ca wprowadzenie normy
międzynarodowej IEC 60034-2;
" Norma amerykańska IEEE 112.
Silniki energooszczędne  cechy konstrukcyjne,
sprawnośd
Obserwując sytuację na rynku silników elektrycznych zauważamy stały proces
poprawy parametrów produkowanych i sprzedawanych silników. Poniższy rysunek
przedstawia zmianę osiąganej sprawności przez silniki asynchroniczne w latach 1944-
1991.
Osiągana poprawa sprawności silników w latach 1944  1991
z
ródło: G.A.Mc Coy, T.Litmann, J.G.Douglas Washington State Energy Office Olympia, Washington February 1992
Pomimo stałego wzrostu osiąganych sprawności na rynku dostępne są silniki znacznie
odbiegające od ideału, a nowe wysokosprawne urządzenia z trudem zdobywają
nabywców.
Sprawnośd silnika elektrycznego była zawsze uznawana za podstawowy parametr
świadczący o jego wartości technicznej i handlowej. Dlatego jest ona przedmiotem
ścisłych uregulowao normalizacyjnych. Złożonym celem tych uregulowao jest zapewnienie
jednoznaczności i dokładności odnośnie do deklarowanej przez wytwórcę wartości
sprawności silnika. W konsekwencji normy międzynarodowe oraz normy poszczególnych
krajów oprócz definicji sprawności silnika zawierają zalecenia dotyczące metod
wyznaczania wartości sprawności. Jednak jak dotychczas w skali światowej nie ma
ujednolicenia tych norm. Skutkuje to tym, że poprawnie wyznaczona sprawnośd silnika wg
zaleceo różnych norm ma różne wartości. Dla przykładu podano wartości sprawności
silnika o mocy 15 kW wyznaczonej wg różnych norm.
Sprawnośd silnika indukcyjnego o mocy 15 kW wg różnych norm
Produkcję silników elektrycznych o podwyższonej sprawności wymusił na wytwórcach
kryzys energetyczny z pierwszej połowy lat siedemdziesiątych. Obecnie silniki określane
zamiennie jako HIGH EFFICIENT, SUPER EFFICIENT, lub PREMIUM EFFICIENT sÄ… oferowane
przez wiele firm. Na świecie podejmowane są liczne działania mające na celu
rozpowszechnianie stosowania silników energooszczędnych. Wśród liderów niewątpliwie
pierwsze miejsce zajmujÄ… Stany Zjednoczone. W Unii Europejskiej starania o
wprowadzenie do eksploatacji silników energooszczędnych podjęło Stowarzyszenie CEMEP
definiując system klasyfikacji silników na trzy klasy sprawności:
- EFF3  sprawnośd standardowa,
- EFF2  sprawnośd ulepszona,
- EFF1  wysoka sprawnośd.
Podział dotyczy silników trójfazowych indukcyjnych klatkowych budowy zamkniętej z
chłodzeniem własnym w wykonaniu standardowym o zakresie mocy od 1,1 do 90 kW i
bigunowościach 2p = 2 i 4 (prędkości synchroniczne 3000 i 1500 obr/min).
Silnik energooszczędny to silnik o zwiększonej sprawności. Poprawę sprawności można
osiągnąd stosując następujące rozwiązania:
- Straty w uzwojeniu stojana w znamionowych warunkach pracy silnika wynoszą około
35 % całości strat. Straty te mogą zostad zmniejszone drogą zwiększenia przekroju
przewodów miedzianych tworzących uzwojenie oraz poprzez skrócenie zakooczeo
uzwojeo, które nie mają udziału w generacji mocy wyjściowej, ale mają udział w
powstawaniu strat. Ponieważ straty w uzwojeniu zależą od stopnia obciążenia silnika,
korzyśd ze zwiększenia przekroju przewodów miedzianych ujawnia się zwłaszcza przy
wyższych obciążeniach.
- Stal magnetyczna jest najkosztowniejszym składnikiem silnika, więc każdy przyrost jej
ilości jest niepożądany. Dla stali magnetycznej zaletami są niskie straty energetyczne
magnesowania i rozmagnesowania oraz wysoka wartośd granicy nasycenia
magnetycznego. Ograniczenie strat z powodu prądów wirowych następuje dzięki
zmniejszeniu grubości blach tworzących obwód magnetyczny. Wpływ poprawy własności
stali magnetycznej na sprawnośd silnika występuje zwłaszcza w dolnym zakresie jego
obciążeo.
- Dobry projekt termiczny silnika służy skutecznemu odprowadzeniu generowanego
wewnątrz silnika ciepła. Jest to zagadnienie skomplikowane ze względu na rozłożone w
przestrzeni z
ródła ciepła i różne wartości przewodności cieplnych części składowych
silnika. Nowe techniki modelowania matematycznego problemu pozwalajÄ… wyznaczyd
pole temperatur pracy urządzenia, a to z kolei zoptymalizowad przepływ czynnika
chłodzącego, czego konsekwencją jest możliwośd zmniejszenia tolerancji montażowych i
tą drogą poprawy sprawności obwodu magnetycznego.
- Większośd silników elektrycznych jest chłodzonych przez przetłaczanie powietrza
pomiędzy uzwojeniami za pomocą wentylatora zintegrowanego z wirnikiem silnika. Straty
z tytułu tarcia aerodynamicznego mogą byd zmniejszone dzięki właściwemu
zaprojektowaniu drogi przepływu powietrza chłodzącego i wirnika wentylatora.
- Duże znaczenie ma również właściwa technika montażu.
Reasumując szczególną uwagę przy projektowaniu, silników o podwyższonej sprawności
powinno się zwrócid na:
- zwiększenie ilości miedzi w uzwojeniach silnika i aluminium w jego wirniku,
- poprawę rozwiązao konstrukcyjnych rdzeni i zwiększenie ich wymiarów
geometrycznych,
- dążenie do poprawy rozwiązao układu wentylacyjnego i ułożyskowania,
- poprawÄ™ technologii wykonania w celu zmniejszenia rozrzutu produkcyjnego
parametrów.
Co odzwierciedlają cechy konstrukcyjne napędów energooszczędnych.
Cechy konstrukcyjne energooszczędnych silników elektrycznych:
1. Powiększenie przekroju żłobków w stojanach dla umieszczenia większej ilości miedzi
oraz poprawa kształtu zębów dla obniżenia strat dodatkowych;
2. Powiększenie ilości miedzi w stojanie i aluminium w wirniku w celu zmniejszenia strat
czynnych w uzwojeniach;
3. Zastosowanie blachy elektrotechnicznej o mniejszej stratności i mniejszej grubości, przy
równocześnie wydłużonym pakiecie w celu obniżenia strat w rdzeniu. Powoduje to
wydłużenie obudowy silnika, ale nie zmienia jego wymiarów montażowych;
4. Zmniejszenie strat w miedzi i w rdzeniu umożliwia zmniejszenie średnicy wentylatora i
obniżenie strat mocy na przewietrzanie silnika.