Elektrotechnika
dr in\. Dagmara M. Dołęga
dr in\. Dagmara M. Dołęga
Wykład 10 1
Maszyny indukcyjne
maszyny,
w których napięcie do obwodu wirnika
nie jest doprowadzone od zewnÄ…trz,
nie jest doprowadzone od zewnÄ…trz,
lecz pojawia siÄ™ w wyniku indukcji elektromagnetycznej
Wykład 10 2
Maszyny indukcyjne
PROSTA BUDOWA
DUśA PEWNOŚĆ RUCHOWA
AATWOŚĆ OBSAUGI
NISKI KOSZT
Wykład 10 3
Maszyny indukcyjne - zastosowania
PRZESUWNIKI
FAZOWE,
TRANSFORMATORY
NASTAWNE,
PRZETWORNICE
PRZETWORNICE
CZSTOTLIWOÅšCI,
SPRZGAA INDUKCYJNE,
SERWOMECHANIZMY ...
Silniki o mocach
od kilku W
PRDNICE
do kliku MW,
ZWYKLE W MAAYCH
przy napięciach
ELEKTROWNIACH
zasilajÄ…cych
NP.: WODNYCH
od 100 V do 15 kV
SILNIKI
LUB
HAMULCE ELEKTRYCZNE
Wykład 10 4
Maszyny indukcyjne
DOBRE
właściwości
eksploatacyjne i ruchowe
Mo\liwość kształtowania charakterystyk poprzez:
Mo\liwość kształtowania charakterystyk poprzez:
zmianę warunków
zmianÄ™ impedancji
zasilania
zewnętrznej
przyłączanej do
uzwojeń maszyny
Wykład 10 5
Maszyny indukcyjne - podział
ze względu na SPOSÓB ZASILANIA
MASZYNY
MASZYNY
MASZYNY
MASZYNY
INDUKCYJNE
INDUKCYJNE
DWUFAZOWE
JEDNOFAZOWE
MASZYNY
INDUKCYJNE
TRÓJFAZOWE
Wykład 10 6
Maszyny indukcyjne - podział
ze względu na SPOSÓB WYKONANIA UZWOJENIA WIRNIKA
MASZYNY
MASZYNY
KLATKOWE
PIERÅšCIENIOWE
Wykład 10 7
Maszyny indukcyjne - podział
ze względu na RODZAJ RUCHU
MASZYNY
MASZYNY
INDUKCYJNE
INDUKCYJNE
LINIOWE
WIRUJCE
Wykład 10 8
Maszyny indukcyjne - budowa
stojan
szczelina powietrzna
szczelina powietrzna
wirnik
Wykład 10 9
Maszyny indukcyjne - budowa
Wykład 10 10
Maszyny indukcyjne - budowa
silnik klatkowy
Wykład 10 11
Maszyny indukcyjne - budowa
wirnik silnika pierścieniowego
Wykład 10 12
Maszyny indukcyjne - budowa
Części składowe
maszyny indukcyjnej wirujÄ…cej :
rdzeń ferromagnetyczny
stanowi obwód magnetyczny maszyny zło\ony
stanowi obwód magnetyczny maszyny zło\ony
z rdzenia stojana i rdzenia wirnika
uzwojenia stojana i wirnika
w uzwojeniach tych indukują się siły elektromotoryczne
i płyną prądy
elementów konstrukcyjnych
stanowiÄ… obudowÄ™ maszyny i umo\liwiajÄ… ruch obrotowy wirnika,
zapewniają odpowiednie chłodzenie maszyny,
zapewniają odpowiednią ochronę przed czynnikami zewnętrznymi
Wykład 10 13
Maszyny indukcyjne
porównanie silnika pierścieniowego i klatkowego
Silnik pierścieniowy
Silnik klatkowy
BUDOWA ZAOśONA
BUDOWA ZAOśONA
PROSTA BUDOWA WYśSZY KOSZT
i
NISKA CENA BOGATSZE WAAÅšCIWOÅšCI RUCHOWE
mo\liwość przyłączenia urządzeń
rozruchowych i regulacyjnych
Wykład 10 14
Oznaczenia podstawowych wielkości
Wielkości odnoszące się Wielkości odnoszące się
do stojana do wirnika
1 2
U2, f2,
2 2
U1, f1,
U1, f1,
ale prędkość wirowania wirnika n
n
prędkość wirowania pola magnetycznego stojana n1
Wielkości odnoszące się
0 P0, cosÕ0
Õ
Õ
Õ
do biegu jałowego
Wielkości odnoszące się
z Pz, cosÕz
Õ
Õ
Õ
do stanu zwarcia
Wykład 10 15
Prędkość synchroniczna
Maszyny indukcyjne trójfazowe
stanowią większość maszyn indukcyjnych.
Nieruchomy stojan z uzwojeniem 3-fazowym.
Wirnik z uzwojeniem takim jak w stojanie lub klatkowym.
60 f1
n1 =
n1 =
Zasilanie uzwojenia
Zasilanie uzwojenia
p
p
stojana prÄ…dem 3-fazowym
[obr/min]
powstanie pola magnetycznego
f1 częstotliwość
pochodzącego od uzwojeń stojana i
p liczba par biegunów uzwojenia
wirującego z prędkością
n1
Wykład 10 16
Prędkość synchroniczna
Wirnik z uzwojeniem
znajduje siÄ™ w wirujÄ…cym polu magnetycznym stojana.
Gdy wirnik jest jeszcze nieruchomy (n=0)
pole magnetyczne wiruje względem wirnika z prędkością n1 .
Siła elektromotoryczna indukowana w nieruchomym wirniku:
E20 = 4,44ku2 N2 f1Åš
ku2 współczynnik uzwojenia wirnika
(wspł. ten uwzględnia, \e uzwojenie wirnika jest rozło\one, a siła elektromotoryczna indukowana
w danej fazie jest sumą geometryczną wszystkich sem indukowanych w bokach zwojów nale\ących
do tej samej fazy)
N2 liczba zwojów uzwojenia wirnika
Ś strumień główny (wirujący)
Åš
Åš
Åš
f1 częstotliwość napięcia zasilającego stojan
Wykład 10 17
Prędkość synchroniczna
Strumień wirujący indukuje tak\e siłę elektromotoryczną E1 w uzwojeniu stojana:
:
E1 = 4,44ku1N1 f1Åš
ku2 współczynnik uzwojenia stojana
N1 liczba zwojów uzwojenia stojana
Ś strumień główny (wirujący)
Åš
Åš
Åš
f1 częstotliwość napięcia zasilającego stojan
Wykład 10 18
Prędkość synchroniczna
ZAMKNICIE
INDUKOWANIE
OBOWDU W UZWOJENIU
UZWOJENIA PAYNIE PRD
SEM E20
WIRNIKA
POLE
POWSTAJE
WIRNIKA
MAGNETYCZNE
JEśELI
MOMENT
ZACZYNA SI
ODDZIAAUJE NA SILNIK
M > Mh
ELEKTROMAGNETYCZNY
OBRACAĆ
PRZEWODNIK
M
Z PRDEM
Mh moment obcią\enia (hamujący) pochodzący od przyłączonej maszyny roboczej i od tarcia
Wykład 10 19
Prędkość synchroniczna
Zastosowanie reguły Lenza:
Wirnik podÄ…\a za obracajÄ…cym siÄ™ polem stojana
i wiruje w kierunku zgodnym z kierunkiem wirowania tego pola,
dą\ąc do osiągnięcia prędkości synchronicznej.
gdyby
NIE POWSTAABY
WIRNIK
NIE INDUKOWAAOBY NIE PAYNABY
MOMENT
osiÄ…gnÄ… SI NAPICIE PRD
ELEKTROMAGNETYCZNY *
n1
* pręty wirnika wirowałaby z prędkością zgodną i równą prędkości pola magnetycznego stojana
Wykład 10 20
Prędkość synchroniczna
MASZYNA WYTWARZA MOMENT ELEKTROMAGNETYCZNY M
PRZY WSZYSTKICH PRDKOÅšCIACH
RÓśNYCH OD PRDKOŚCI SYNCHRONICZNEJ!
nazwa: MASZYNY ASYNCHRONICZNE
Wykład 10 21
Maszyna indukcyjna
nazwa: MASZYNA INDUKCYJNA
Napięcie w obwodzie wirnika pojawia się w wyniku
INDUKCJI ELEKTROMAGNETYCZNEJ,
a nie jest doprowadzane z zewnÄ…trz, jak w innych
silnikach (synchronicznych, prądu stałego)
Wykład 10 22
Moment elektromagnetyczny
Moment elektromagnetyczny M powinien
podlegać takim samym zmianom
jak moment hamujÄ…cy (obciÄ…\enia) Mh
M > Mh
M < Mh
silnik będzie ciągle
silnik siÄ™ ZATRZYMA
PRZYSPIESZAA
Wykład 10 23
Moment elektromagnetyczny
Silniki indukcyjne
mają SAMOCZYNN zdolność przystosowywania się
do zmian obciÄ…\enia!
zmiana zmiana zmiana zmiana zmiana zmiana
obciÄ…\enia n f1 E2 J2 M
W stanie obciÄ…\enia znamionowego
wirnik wiruje z prędkością mniejszą od synchronicznej tylko o kilka procent!
Wykład 10 24
Poślizg
Stosunek prędkości pola względem wirnika do prędkości synchronicznej:
n2 n1 - n
s = =
n1 n1
n1 - n
s% = Å"100%
s% = Å"100%
n
n1
Poślizg przy obcią\eniu znamionowym:
n1 - nN
sN % = 2 ÷ 5%
sN % = Å"100%
n1
Wykład 10 25
Poślizg
Poślizg przy nieruchomym wirniku:
n1 - 0
s = = 1
n1
Poślizg przy prędkości synchronicznej:
n1 - n1
s = = 0
n1
Wykład 10 26
Prędkość wirnika a poślizg
n = n1(1- s)
Im większy poślizg
tym mniejsza prędkość wirnika.
Wykład 10 27
Prędkość wirnika a poślizg
n = n1(1- s)
Im większy poślizg
tym mniejsza prędkość wirnika.
Wykład 10 28
Stany pracy maszyny indukcyjnej SILNIK
0 < n < n1
1 > s > 0
Moc pobierana z sieci:
zamieniana jest na moc mechanicznÄ…
i oddawana przez wał do napędzanego urządzenia,
część mocy tracona jest na ciepło w miedzi i w stali.
Wykład 10 29
Stany pracy maszyny indukcyjnej PRDNICA
n > n1
s < 0
Maszyna indukcyjna połączona jest z inną maszyną, która ją napędza.
Pręty wirnika przecinają pole w przeciwnym kierunku ni\ przy pracy silnikowej.
Zmienia siÄ™ zwrot E2, kierunek I2, kierunek M
(działa w kierunku przeciwnym do kierunku prędkości).
Pobierana moc mechaniczna zamieniana jest na:
ciepło (straty w miedzi i stali),
moc elektrycznÄ… (oddawana do sieci).
Do sieci oddawana jest moc czynna,
ale w celu wytworzenia strumienia magnetycznego maszyna pobiera z sieci moc biernÄ…!
Wykład 10 30
Stany pracy maszyny indukcyjnej HAMULEC
n < 0
s > 1
Moment elektromagnetyczny maszyny działa w kierunku zgodnym z kierunkiem
wirowania pola, przeciwdziała momentowi zewnętrznemu.
Gdy wirnik maszyny załączonej do sieci jest obracany w kierunku przeciwnym
do kierunku prędkości pola magnetycznego,
pręty wirnika wirują względem pola z prędkością większą od synchronicznej.
Obrót wirnika w kierunku przeciwny do pola wywołany jest momentem
zewnętrznym.
Maszyna pobiera moc mechanicznÄ…, a z sieci moc elektrycznÄ….
Cała pobierana moc zamieniana jest na ciepło.
HAMULEC ELEKTRYCZNY
Wykład 10 31
Stany pracy maszyny indukcyjnej n = 0
n = 0
s = 1
Obwód uzwojenia wirnika otwarty:
stan podobny do stanu jałowego w transformatorze.
stan podobny do stanu jałowego w transformatorze.
Obwód uzwojenia wirnika zwarty:
stan podobny do stanu zwarcia w transformatorze.
Moc mechaniczna nie występuje.
Energia pobrana z sieci zmieniana jest na ciepło w obwodzie
elektrycznym i magnetycznym maszyny.
Wykład 10 32
Stany pracy maszyny indukcyjnej n = n1
n = n1
s = 0
W wirniku nie mo\e indukować się napięcie,
bo jego uzwojenia nie sÄ… przecinane przez wirujÄ…ce pole magnetyczne.
bo jego uzwojenia nie sÄ… przecinane przez wirujÄ…ce pole magnetyczne.
Aby wirnik obracał się z prędkością synchroniczną
konieczna jest moc na pokrycie strat mechanicznych.
Moc pobierana z sieci zamieniana byłaby na ciepło.
Prąd pobierany z sieci miałby du\ą składową bierną (na
wytworzenie strumienia) i małą składową czynną (straty są małe).
dławik, transformator w stanie jałowym
Wykład 10 33
Bilans mocy dla silnika indukcyjnego pierścieniowego
Przypadek ogólny: w silniku pierścieniowym mo\na włączyć dodatkowe rezystancje w obwód wirnika
lub go zewrzeć. W silniku klatkowym obwód wirnika jest trwale zwarty.
Silnik indukcyjny pobiera z sieci zasilajÄ…cej moc czynnÄ… Pin:
Pin = m1U1 f I1 cosÕ1
m1 liczba faz uzwojenia stojana
Wykład 10 34
Bilans mocy dla silnika indukcyjnego pierścieniowego
"PCu1 "PFe1
" "
" "
" "
"Pm
"
"
"
straty mechaniczne
(tarcie)
straty mocy
moc mechaniczna
w stojanie
(na wał silnika)
(na wał silnika)
moc ostateczna silnika
moc ostateczna silnika
P¨
¨
¨
¨
Pin Pm
P
moc pola magnetycznego wirujÄ…cego straty mocy
(moc idealna) w wirniku
P2
"PCu2 "PFe2
" "
" "
" "
pomijalnie małe
Wykład 10 35
WYKAADY S DOSTPNE NA STRONIE: http://metet.polsl.pl/~ddolega/dydaktyka.htm
Wykład 10 36
yródła rysunków
Symulacje i rysunki:
http://silnikielektryczne.prv.pl/assets/images/autogen/a_silnik_ind_przekroj.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/58/Stator_and_rotor_by_Zureks.JPG/180px-
http://www.zgapa.pl/zgapedia/data_pictures/_uploads_wiki/s/Squirrel_cage.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f5/Motor_laminations_by_Zureks.jpg
Wykład 10 37
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
page8 10Seminarium Wroclaw 6 8 10WSM 10 52 pl(1)VA US Top 40 Singles Chart 2015 10 10 Debuts Top 10010 35file8885401 (10)więcej podobnych podstron