Data wykonania: 31,01,2013	Data oddania sprawozdania: 02,02,2013	GiG ZOD Jaworzno	Dawid Kucharski
Temat: Charakterystyka silnika pierścieniowego

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

Silnik klatkowy - rodzaj silnika elektrycznego asynchronicznego, w którym wirnik jest walcem zbudowanym z pakietu blach ferromagnetycznych ze żłobkami wypełnionymi aluminiowymi lub miedzianymi prętami przyłączonymi z pierścieniami czołowymi z tego samego metalu. Pręty razem z pierścieniem tworzą rodzaj metalowej klatki.

Na ogół części aluminiowe tworzące klatkę są formowane bezpośrednio przez odlew ciśnieniowy. Pręty klatki są na ogół ustawione skośnie do osi wirowania, co sprzyja równomierności pracy silnika. Klatka z prętów nie jest połączona elektrycznie z korpusem wirnika. Powierzchnia blach pokryta jest warstwą nieprzewodzących prądu tlenków. Taka konstrukcja ma na celu ograniczenie występowania prądów wirowych powodujących straty cieplne.

Stojan silnika klatkowego również zbudowany jest z pakietu blach. Wewnątrz stojana w tzw. żłobkach umieszczone są cewki wykonane z drutu nawojowego miedzianego. Cewki rozmieszczane są w żłobkach i łączone są ze sobą według ustalonego schematu tworząc wewnątrz pole magnetyczne o określonej liczbie par biegunów magnetycznych. Końce cewek wyprowadzone są na zewnątrz stojana do tabliczki zaciskowej, do której doprowadzane jest zasilanie.

Soft start - urządzenie służące do ograniczenia udaru prądowego (dużego natężenia prądu w krótkim czasie) w momencie włączania urządzeń elektrycznych.

Stosowane w układzie zasilania urządzeń dużej mocy, w szczególności silników elektrycznych (zwłaszcza klatkowych), lamp halogenowych, zasilaczy, prostowników zawierających kondensatory o dużej pojemności i innych urządzeń, które w momencie rozruchu mogą pobierać prąd wielokrotnie przewyższający prąd znamionowy. Udar prądu grozi przeciążeniem sieci i może spowodować zadziałanie zabezpieczeń nadprądowych.

Układy soft startu dawniej wykonywano przy wykorzystaniu elementów biernych oporowych i indukcyjnych, włączanych szeregowo w obwód prądowy za pomocą łączników elektrycznych takich jak przełączniki ręczne, przekaźniki czy styczniki. Obecnie są one realizowane przez układy energoelektroniczne sterowane mikroprocesorowo.

Układ elektronicznego soft startu silników asynchronicznych klatkowych zbudowany jest z modułu energetycznego wykonanego w oparciu o tyrystory lub triaki oraz układu załączania tyrystorów w odpowiednim momencie fazy zależnym od pobieranego prądu i prędkości obrotowej.

Jak zachowuje się silnik bez jednej fazy

Traci moment - charakterystyka staje sie znacznie bardziej "miekka" -
pod obciazeniem znacznie latwiej traci obroty i latwo go zatrzymac,
zatrzymany samoczynnie juz nie ruszy - trzeba go mechanicznie
popchnac. Przy malych obciazeniach potrafi sie krecic bez jednej fazy
o ile przy rozruchu mial trzy albo jesli zostal popchniety
mechanicznie.

Silnik pierścieniowy rodzaj silnika asynchronicznego, o uzwojonym wirniku, w którym końce uzwojeń wirnika wyprowadzone są poprzez pierścienie ślizgowe i szczotki na zewnątrz maszyny.

Wyprowadzenie uzwojeń daje możliwość podłączenia do nich tzw. rozrusznika, czyli opornika o liczbie faz odpowiadającej liczbie faz silnika. Pozwala to na rozruch poprzez regulację prędkości obrotowej, a głównie momentu obrotowego. Im większa rezystancja rozrusznika tym maksymalny moment obrotowy przesuwa się w kierunku niższych obrotów kosztem strat energii w rozruszniku i znacznym spadku mocy przy obrotach znamionowych. W praktyce stosuje się rozruszniki stopniowe, dające możliwość skokowej zmiany impedancji, przez co silnik pracuje z prawie że maksymalnym momentem obrotowym w całym zakresie obrotów. Po zakończeniu rozruchu uzwojenie wirnika zwiera się odpowiednim przełącznikiem (lub bezpośrednio w rozruszniku).

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 wytworzyć stały strumień magnetyczny. W wirniku wirującym w tym stałym polu indukują się napięcia i płyną prądy, które wytwarzają moment skierowany przeciwnie do kierunku wirowania wirnika. Wartość tego momentu można regulować zmieniając wartość prądu stałego zasilającego stojan lub włączając odpowiednią rezystancję dodatkową Rd.
Przy stosowaniu hamowania dynamicznego nie można doprowadzić 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.

Prostownik jest to element lub zestaw elementów elektronicznych służący do zamiany napięcia przemiennego na napięcie jednego znaku, które po dalszym odfiltrowaniu może być zmienione na napięcie stałe.

Dioda – dwuzaciskowy element elektroniczny, który przewodzi prąd elektryczny w sposób niesymetryczny, to jest bardziej w jednym kierunku niż w przeciwnym.

Słowniczek indeksów: F,D - (forward,direct) w kierunku przewodzenia np.:UF R - (reverse) ÷ zaporowym; występuje samotnie lub na pierwszej pozycji np.:URWM R - (repeatable) powtarzalne; występuje na drugim miejscu np.:URRM M - (maximum) dopuszczalne W - (work) robocze, podczas pracy S - (single) pojedyncze tzn. niepowtarzalne np.:URSM (TO) - (treshold) próg zatrzaśnięcia (BR) - (breakdown) przebicie! BO - (breakover) przełączenie (OV) - (overload) przeciążenie RMS - (real mean square) wartość skuteczna AV - (avarage) wartość śred

Tyrystor - element półprzewodnikowy składający się z 4 warstw w układzie p-n-p-n. Jest on wyposażony w 3 elektrody, z których dwie są przyłączone do warstw skrajnych, a trzecia do jednej z warstw środkowych. Elektrody przyłączone do warstw skrajnych nazywa się katodą (K) i anodą (A), a elektroda przyłączona do warstwy środkowej – bramką (G, od ang. gate – bramka)

Prostowniki Jednopołówkowe (półokresowe)

Najprostszym prostownikiem jest pojedyncza dioda prostownicza wpięta w układ napięcia przemiennego. Pomimo prostoty takiego układu jest on bardzo rzadko stosowany z uwagi na występowanie dużego tętnienia napięcia wyjściowego. Dodatkowo, energia dostarczana przez źródło wykorzystywana jest tylko przez pół okresu - podczas drugiej połowy okresu napięcie jest po prostu blokowane i prąd w układzie nie płynie. Wprowadza to niesymetrię obciążenia układu prądu przemiennego, co jest niekorzystne dla sieci prądu przemiennego. Z powyższych powodów rozwiązanie stosowane tylko w układach niewielkiej mocy. Rozwiązanie to jest powszechnie stosowane w zasilaczach impulsowych małych mocy

Prostowniki Dwupołówkowe (pełnookresowe)

Prostowniki dwupołówkowe umożliwiają wykorzystanie mocy źródła napięcia przemiennego przez cały okres. Napięcie wyjściowe takiego prostownika charakteryzuje się mniejszymi tętnieniami niż w przypadku prostowników jednopołówkowych. Jedyną wadą jest to, że układ elektryczny jest nieznacznie bardziej skomplikowany. Układ mostkowy, tzw. mostek Graetza, wykorzystuje cztery diody prostownicze, i pozwala na prostowanie napięcia z dowolnego źródła przemiennego. Istnieje również konstrukcja oparta na dwóch diodach, jednak wymaga ona specjalnego zasilania - uzwojenie wtórne transformatora musi być podzielone na dwie jednakowe części. Obecnie układy takie stosuje się niezwykle rzadko, ponieważ koszt dzielonego uzwojenia jest znacznie większy niż koszt diod użytych w układzie mostkowym.

Obecnie jednym z najczęściej stosowanych prostowników jednofazowych jest mostek Graetza. Proces prostowania napięcia przebiega w dwóch etapach. W pierwszej połówce okresu przewodzą tylko dwie diody tak jak to pokazano na rysunku obok (pozostałe dwie diody są spolaryzowane zaporowo). W drugiej połówce okresu sytuacja ulega odwróceniu - przewodzą dwie pozostałe diody . Napięcie wejściowe jest napięciem przemiennym czyli zmienia swój kierunek na dodatni i ujemny, natomiast układ mostka jest tak skonstruowany, że napięcie wyjściowe jest jednokierunkowe - płynie tylko w kierunku dodatnim (patrz również rysunek powyżej). Pomimo faktu, że napięcie wyjściowe prostownika jest jednokierukowe to jednak nie jest ono napięciem stałym i wykazuje znaczne tętnienie - dlatego też prostowniki najczęściej stosuje się z odpowiednimi filtrami dolnoprzepustowymi wygładzającymi przebieg.

Prostowniki trójfazowe

Prostowniki trójfazowe wykorzystuje się tam, gdzie dostępne jest trójfazowe zasilanie. Generalnie charakteryzują się one znacznie mniejszym tętnieniem napięcia wyjściowego niż prostowniki jednofazowe.

Jednopołówkowe

Trójdiodowy prostownik jednopołówkowy

Napięcie wyjściowe prostownika jednopołówkowego

Trójfazowy prostownik jednopołówkowy może działać tylko w układzie trójfazowym z przewodem neutralnym.Oznacza to, że układ źródeł napięcia (lub uzwojeń wtórnych transformatora) musi być połączony w gwiazdę (połączenie w trójkąt nie ma przewodu zerowego). Rozróżnia się układ prostownika trójfazowego jednopołówkowego z gwiazdą katodową lub gwiazdą anodową.

Prostowniki Dwupołówkowe

Sześciodiodowy prostownik dwupołówkowy

Napięcie wyjściowe prostownika dwupołówkowego

Trójfazowy prostownik dwupołówkowy może być stosowany w dowolnym układzie napięcia trójfazowego - zarówno z przewodem neutralnym jak i bez niego. Napięcie wyjściowe wykazuje bardzo małe tętnienie (w porównaniu do prostowników opisanych powyżej). Energia źródeł zasilania jest wykorzystywana w największym zakresie, co jest szczególnie istotne w przypadku urządzeń dużej mocy, jak np. spawarki transformatorowe. Często prostowniki w tego typu urządzeniach posiadają możliwość sterowania wartością prądu wyjściowego - zobacz poniżej opis prostowników sterowanych.

Charakterystyka silnika pierścieniowego

	Ias [A]	n [obr/min]	Ip [A]	Up [V]	Pp [W]	W [w/s]	M
1	3	1496	1,4	9	12,6	156,66075	0,080429
2	4	1468	10,5	73	766,5	153,7286	4,98606		naturalna 580 V
3	6	1428	17	117	1989	149,53981	13,30081
4	8	1395	20,8	144	2995,2	146,08406	20,50326
5	10,5	1356	20,8	168	3494,4	141,99999	24,60845
1		1495	1,4	10	14	156,55603	0,089425
2		1452	10,2	472	4814,4	152,05308	31,66263		obniżone nap 300 V
3		1361	18,3	128	2342,4	142,52359	16,43517
4		1263	22	154	3388	132,26105	25,61601
1		1459	1,3	9	11,7	152,78612	0,076578
2		1214	12	84	1008	127,12978	7,928905		rezystanca dodatkowa
3		990	14,5	101	1464,5	103,67256	14,12621
4		766	14,8	103	1524,4	80,215332	19,00385