POLITECHNIKA RZESZOWSKA

Im. Ignacego Łukasiewicza

Wydział Elektrotechniki i Informatyki

Katedra Elektrodynamiki i Układów Elektromaszynowych

PROJEKT

Napęd elektryczny

Opracował:

Krajewski Grzegorz

EDP IV, grupa L-06

Rzeszów 2008

Temat: Dany jest silnik szeregowy prądu stałego:

P_N=25kW

U_N=220V

I_N=134A

n_N=885obr/min

R_ta=R_t+R_w=0,155Ω

J_spr=12kgm²

Charakterystyka naturalna w jednostkach względnych jest następująca:

It/ItN	0,4	0,8	1,2	1,6	2,0
n/nN	2,0	1,16	0,90	0,76	0,64
M/MN	0,24	0,72	1,26	1,88	2,48

Zaprojektować układ rozruchowy silnika w funkcji czasu oraz dobrać

zabezpieczenie silnika wiedząc, że silnik obciążony jest momentem

M_m=M_N=const

Rozwiązanie:

Silnik obciążony jest stałym momentem. Moment ten jest równy momentowi znamionowemu silnika M_m=M_N. Rozruch tego silnika będzie więc rozruchem ciężkim.

Zakładam więc:

I_RMIN=1,2I_N=160,8A

I_RMAX=1,6I_N=214,4A

Doboru rezystorów rozruchowych dla silnika przeprowadzam metodą graficzną.

W tym celu wykreślam charakterystykę naturalną n=f(I) w pierwszej ćwiartce układu współrzędnych. W czwartej ćwiartce na osi rezystancji linią prostopadłą zaznaczam rezystancję obwodu twornika i wzbudzenia R_ta=R_t+R_w. Na osi prądu liniami prostopadłymi zaznaczam założone prądy rozruchowe. Punkty przecięcia linii z charakterystyką prędkościowo - prądową oznaczam odpowiednio A dla prądu I_RMAX i B dla prądu I_RMIN. Z punktów A i B prowadzę proste prostopadłe do osi prędkości przecinające prostą R_ta w punktach A1 i B1.

Obliczam rezystancje R_a i R_b odpowiadające założonym prądom rozruchowym i zaznaczam ich wartości na osi rezystancji:

=1,02

=1,37

Zaznaczone wartości R_a i R_b łączę prostą z punktami odpowiednio A1 i B1.

Pomiędzy tymi dwiema prostymi zmieniać się będzie skokowo rezystancja rozrusznika włączonego w obwód silnika. Z punktu R_a odpowiadającego sumarycznej rezystancji R_ta i włączonego rezystora rozruchowego, dla których prąd rozruchowy ograniczony będzie do wartości I_RMAX, prowadzę prostopadłą do osi rezystancji linię do momentu spotkania z prostą R_bB1 (punkt odpowiadający prądowi I_RMIN). Wracam linią poziomą do prostej R_aA1 i ponownie kreślę linię pionową do wysokości prostej R_bB1. Powtarzam te czynności do momentu osiągnięcia punktu A1, w którym przechodzimy na charakterystykę naturalną silnika. Przecięcia przedłużeń pionowych linii kreślonych pomiędzy prostymi R_aA1 i R_bB1 z osią rezystancji wskazują nam kolejne wartości rezystancji stopni rozruchowych rozrusznika powiększone o rezystancję uzwojeń maszyny.

R_I=R_I'-R_ta=1,02-0,155=0,87Ω

R_II= R_II'-R_ta=0,75-0,155=0,6Ω

R_III= R_III'-R_ta=0,51-0,155=0,36Ω

R_IV= R_IV'-R_ta=0,32-0,155=0,16Ω

Rozruch silnika rozpoczyna się przy załączonym pierwszym stopniu rozruchowym.

Schemat układu:

Rozruch silnika sterowany będzie układem przekaźnikowym z przekaźnikami czasowymi zwierającymi w funkcji czasu poszczególne sekcje rezystora rozruchowego.

Obliczanie nastaw czasowych :

Charakterystyka momentu i prędkości w funkcji prądu w zakresie od I_RMIN do I_RMAX jest praktycznie liniowa, więc czasy działania poszczególnych stopni rozruchowych można obliczyć korzystając ze wzoru:

Wartości prędkości na poszczególnych stopniach rozruchowych odczytuję z wykresu:

n_I=220obr/min

n_II=395obr/min

n_III=545obr/min

n_IV=675obr/min

Wartości momentu przy prądach I_RMIN i I_RMAX odczytuję z wykresu M_N=f(I_tN) lub z tabeli.

dla I_t/I_tN =1,2 ⇒ M/M_N =1,26

dla I_t/I_tN =1,6 ⇒ M/M_N =1,88

;

Obliczam czasy działania poszczególnych stopni rozrusznika:

Dla R_I=0,871Ω ⇒
0,66s

Dla R_II=0,6Ω ⇒
1,18

Dla R_III=0,36Ω ⇒
1,63

Dla R_IV=0,165Ω ⇒
2,028

Całkowity czas rozruchu (przy pominięciu czasu od chwili zwarcia wszystkich stopni rozrusznika do chwili osiągnięcia przez silnik prędkości ustalonej):

t_c=t_IV=2,03s

Schemat sterowania silnika:

Dodatkowo układ wyposażony jest w przekaźnik 5PC kontrolujący proces samoczynnego rozruchu. Czas nastawiony dla tego przekaźnika jest większy o 20% od całkowitego czasu rozruchu z udziałem rozrusznika. Jeżeli po upływie czasu nastawionego na przekaźniku 5PC ostatni rezystor rozruchowy nie zostanie zbocznikowany to przekaźnik odłączy zasilanie silnika (odłączając zasilanie cewki stycznika 1s). W przypadku, gdy rozruch odbędzie się prawidłowo styk przekaźnika 5PC zostanie zbocznikowany stykiem pomocniczym 6s.

dla 5PC ⇒ t_r=2,44s

Dobór zabezpieczeń:

Silniki dużych mocy zabezpiecza się od przeciążeń i zwarć za pomocą wyłączników samoczynnych wyposażonych w urządzenia zabezpieczające ; urządzenia zabezpieczające powinny zawierać dwa człony :

1. człon przeciążeniowy , który powoduje wyłączenie silnika ze zwłoką , chroniąc go w ten sposób przed przekroczeniem dopuszczalnego przyrostu temperatury.

2. człon zwarciowy , który powoduje natychmiastowe wyłączenie silnika w przypadku powstania w nim zwarcia ,chroniąc go w ten sposób przed skutkami przepływu prądu zwarciowego.

Wyłączniki dobiera się na prąd znamionowy większy od prądu rozruchowego silnika , zwykle przyjmuje się I =1,2 I_r .

Zabezpieczenia przeciążeniowe nastawia się na prąd wyłączenia wynoszący I = (1,1÷1,5) I_N

Dla rozruchu ciężkiego I_r =I_N

Dla rozruchu lekkiego I_r =(1,5 do 2) I_N

Rozruch ciężki:

I_N =134 [A]

I =1,2 I_r

I =1,2·134= 160 [A]

I = (1,1÷1,5) I_N

I = (1,1÷1,5) · 134 = (147÷201)

Dobieram wyłącznik silnikowy typu APU-30C o danych:

Wyposażenie podstawowe:

-napęd ręczny i elektromagnesowy

-wyzwalacz zwarciowy bezzwłoczny

Wyposażenie dodatkowe:

-wyzwalacz napięciowy i podnapięciowy

-wyzwalacz prądowy

Literatura:

1. H. Bitel, J. Majewski, S. Wysota - Zadania z napędu elektrycznego

2. S. Romaniuk, M. Sosnowski- Zbiór zadań z napędu elektrycznego

3. R. Schab - Napęd i automatyka napędu elektrycznego

1

8

U_N

M

2

3

4

5

R₄

R₃

R₂

R₁

1

1

R₁=0,165Ω

R₂=R_III-R_IV=0,36-0,16=0,19Ω

R₃=R_II-R_III=0,6-0,36=0,24Ω

R₄=R_I-R_II=0,87-0,6=0,27Ω

5PC

5PC

4PC

3PC

5s

1PC

2PC

4s

2s

1s

3s

1s

4PC

3PC

2PC

1PC

6s

1s

1s

W

AA

n

B

I

A1

R _ta

B1

R_b

R_a

I_{R MAX}

I_{R MIN}

R_IV

R_III

R_II

R_I

---