UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNO-PRZYRODNICZY W BYDGOSZCZY

Wydział INŻYNIERII MECHANICZNEJ

INSTYTUT EKSPLOATACJI MASZYN I TRANSPORTU

Zakład Sterowania

Elektrotechnika i elektronika

Ćwiczenie:

Silniki klatkowe

MiBM UTP sem.VI

Piotr Wiśniewski

1.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 nie przewodzących 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

Regulacja obrotów silnika klatkowego

Regulację obrotów silnika klatkowego można przeprowadzić na kilka sposobów:

Regulacja napięciem zasilania.

Ma ona bardzo ograniczone zastosowania głównie z powodu wpływu obciążenia na obroty silnika oraz na spadek sprawności wraz ze zmniejszaniem obrotów możliwość. Stosowana jest w układach jednofazowych o niewielkiej mocy i określonym obciążeniu np małych wentylatorach, oraz do łagodzenie startu silnika z układem przełączania gwiazda - trójkąt lub elektronicznych układów łagodnego startu.

Regulacja za pomocą zmiany częstotliwości napięcia zasilającego.

Zmianę częstotliwości zasilania przeprowadza się za pomocą przemienników częstotliwości. Przemienniki częstotliwości są często nazywane falownikami (przemiennik częstotliwości to układ składający się z kilku elementów, falownik jest ostatnim podzespołem i stąd potoczna nazwa). Jest to obecnie najczęściej spotykana metoda regulacji prędkości obrotowej. Przy czym falowniki realizują regulację prędkości obrotowej zapewniają także odpowiednie napięcie zasilania, które jest zależne od częstotliwości napięcia (U/f = const dla częstotliwości większej od częstotliwości przy której rezystancja uzwojeń przestaje odgrywać większą rolę aniżeli reaktancja, oraz niższej niż wynika to z ograniczeń nakładanych przez izolację). Regulacja taka pozwala także na rozruch silnika z momentem obrotowym dobranym do warunków napędzanego urządzenia jak i ograniczonej mocy elektrycznej sieci zasilającej, dzięki czemu zmarginalizowany został problem rozruchu silnika klatkowego z odpowiednim momentem obrotowym i w sieciach o ograniczonej mocy.

Regulacja przez zmianę liczby par biegunów

Prędkość obrotową można ustalić na etapie konstruowania silnika zmieniając liczbę par biegunów. Istnieją także rozwiązania silników z większą ilością uzwojeń na jednym stojanie, aczkolwiek są one niepopularne zarówno ze względu na znacznie większe koszty, jak i znacznie większe gabaryty maszyny z kilkoma uzwojeniami. Rozwiązanie to stosowane było w pralkach automatycznych, gdzie silnik miał 2 prędkości obrotowe; jedną dla prania drugą dla wirowania.

Regulacja przez zmianę obciążenia.

Istnieje teoretyczna możliwość regulacji prędkości obrotowej obciążeniem maszyny - jeśli moment obciążenia maszyny przekroczy moment krytyczny, można stosunkowo łatwo zwiększając obciążenie zmniejszyć prędkość obrotową silnika. Jest to jednak rozwiązanie czysto teoretyczne i skrajnie nieekonomiczne ze względu na olbrzymie prądy pobierane przez maszynę asynchroniczną przy bardzo dużych poślizgach. Powstaje przy tym duża możliwość trwałego uszkodzenia silnika ze względu na duży prąd pobierany w takim stanie pracy przez silnik, a co za tym idzie rosnącą temperaturę silnika.

Prąd rozruchowy silników zawiera się w przedziale 3,5 - 8 krotności prądu pracy. W związku, z czym stosuje się różne sposoby zmniejszania prądu rozruchowego. Jednym z takich sposobów jest zastosowanie przełącznika trójkąt-gwiazda. Nowszymi sposobami są specjalne układy energoelektroniczne łagodzące rozruch typu soft start, bądź układy falownikowe.

Silnik indukcyjny klatkowy o budowie tradycyjnej posiada charakterystykę momentu opisaną w przybliżeniu równaniem Klossa:

	U1	I1	IH	P1	n	r	Alfa
	V	A	A	W	Obr/min	m	St
1	392	3.5	6	1480	1445	0.4	14
2	392	3.2	2.6	1240	1454	0.4	12.5
3	392	3	2.4	1120	1458	0.4	11
4	392	2.65	2	840	1470	0.4	8.5
5	392	2.4	1.6	600	1480	0.4	5.5
6	392	2.2	1.2	400	1488	0.4	3.5
7	392	2.2	0.8	320	1494	0.4	1.5
8	392	2.2	0	120	1499	0.4	0

I	A	2.2	3.1
n	Obr/min	1498	1496

J_r / J_h = 5

M_r / M_n=2.2

M_max / M_n=2.4

P=2

f=50 Hz

n=1500

P_n=1.5KW

U_h=380V

I_h=3.5A

---