2tom209

5. MASZYNY ELEKTRYCZNE 420

Rys. 5.150. Charakterystyki mechaniczne (a) i sterowania (b):_amplitudowe,    fazowe.

------— amplitudowo-fazowc

cł_m współczynnik sterowania, przy którym dla danego napięcia sieci spełnione jest równanie napięć obwodu wzbudzenia {JJ_ — Uj+Ujc), ^a kondensator dobrany jest tak. że przy zahamowanym wirniku występuje wirujące pole kołowe

Na rysunku 5.150 przedstawiono w celu porównania charakterystyki mechaniczne i charakterystyki sterowania silników dla omówionych sposobów sterowania. Z ich przebiegu wynika, że niezależnie od sposobu sterowania, współczynnik sygnału, przy którym silnik rusza (napięcie startu) jest proporcjonalny do momentu obciążenia. Prędkości stanu jałowego natomiast są różne przy różnych sposobach sterowania i maleją ze wzrostem eliptyczności pola. Jak widać, największe odchylenie charakterystyk do przebiegu liniowego mają silniki o sterowaniu amplitudowo-fazowym.

Przy założeniu, że charakterystyki mechaniczne silników m =/(v) mają przebieg prostoliniowy, transmitancję silnika wykonawczego dwufazowego można wyrazić podobnie jak silników wykonawczych prądu stałego sterowanych napięciem twornika. Z porównania wartości katalogowych stałych czasowych elektromechanicznych T_m z elektromagnetycznymi T_e (dla obwodu sterowania) wynika, że dla silników o częstotliwości / = 400-:-1000 Hz, T, = (0,01 -i-0,02) T_m\ natomiast przy częstotliwościach / = 50 Hz stałe te są porównywalne.

Orientacyjnie można podać, że elektromechaniczne stale czasowe silników o częstotliwości 50 Hz, w przypadku średnicy korpusu nie przekraczającej 100 mm, wynoszą dla silników klatkowych 2h-3 ms, a dla kubkowych 5-i-8 ms; dla silników o częstotliwości 400 Hz odpowiednio 10-^30 ms i 5-^40 ms w miarę wzrostu średnicy.

5.6.3.5. Silniki synchroniczne i skokowe

Silniki synchroniczne

Silniki te. stosowane w napędach małej mocy, można podzielić na trzy zasadnicze grupy:

—    silniki ze wzbudzeniem stałym strumieniem magnetycznym (prawdę wyłącznie przez magnesy trwałe), tzw. permasyny;

—    silniki histerezowe;

—    silniki reluktancyjne.

Silniki te są zasilane najczęściej z sieci jednofazowej, a rzadziej — trójfazowej. Stojany wszystkich odmian, z wyjątkiem silników najmniejszych mocy o jednofazowych uzwojeniach skupionych i polu oscylacyjnym, niczym nic różnią się od stojanów maszyn indukcyjnych. W żłobkach stojana jest rozłożone symetryczne uzwojenie dwu- (przy zasilaniu jednofazowym) lub trójpasmowe (przy zasilaniu trójfazowym) wytwarzające w szczelinie pole wirujące. W przypadku zasilania jednofazowego, szeregowo z jednym z pasm jest włączony kondensator zapewniający przy obciążeniu znamionowym pole kołowe (rzadko stosuje się wymagający odłączania dodatkowy kondensator rozruchowy).

Rozruch permasynów i silników reluktancyjnych, przy zasilaniu ze źródła o stałej częstotliwości, zapewnia moment indukcyjny wytworzony przez prądy indukowane w klatce rozruchowo-tłumiącej wirnika, a w silnikach histerezowych — niezależny od prędkości kątowej wirnika — moment histerezowy. Wielobiegunowe (wolnoobrotowe) (p = 8—12) silniki najmniejszych mocy o jednofazowych uzwojeniach skupionych i polu oscylacyjnym są wyposażone w proste urządzenia pomocnicze blokujące sprężyście ruch wirnika w kierunku przeciwnym do zamierzonego. Wskutek działania momentu oscylacyjnego wirnik spolaryzowany magnetycznie zostaje wprawiony w ruch drgający o wzrastającej amplitudzie, co doprowadza do wpadu silnika w synchronizm.

Niezależnie od typu silnika możliwy jest oczywiście rozruch częstotliwościowy. Źródła zasilania o regulowanej częstotliwości i napięciu są obecnie powszechnie dostępne. Umożliwiają one nie tylko łatwy rozruch, ale przede wszystkim sterowanie prędkości obrotowej silników.

Zasilając poszczególne pasma uzwojenia silnika synchronicznego impulsami prądu stałego, można wytworzyć pole magnetyczne, którego położenie w przestrzeni zmienia się dyskretnie (skokowo). Pociąga to za sobą skokowy ruch wirnika. Tak sterowane silniki synchroniczne noszą nazwę silników skokowych.

Ogólne wyrażenie na moment elektromagnetyczny silników synchronicznych małej mocy o stałym wzbudzeniu i asymetrii magnetycznej można wyprowadzić na podstawie wykresu wektorowego silnika. Pomija się wówczas wpływ oddziaływania twornika na strumień magnesów, co jest dopuszczalne szczególnie dla najnowszych materiałów magnetycznych z domieszkami ziem rzadkich — samaru lub neodymu — których natężenie powściągające pola magnetycznego _BH_C osiąga 1000 kA,/m.

Moment elektromagnetyczny silnika, [5.20], [5.30], jest wyrażony zależnością

p

R

(x_dx„+R²y

(R^+x²)+^-(x_d-xy +

+ UU,

+ -

R²(X_d-X_q)+X_d(R² + X²)^

(X_dX. + R²

RX_q(X_d-X_q)-R(R² + X²)    H .

T    ,    ł.i    COSvr I “ł“

^L    (X_dX,+ R²)²    ŁJ

U²

2 (X_dX. + R²y

-[(X_d-X_q)(X_dX_q-R²)śm2l)_L+R(X²d-X²t)cos2l>_L]

(5.184a)

w której: U — napięcie zasilania, U_t — napięcie indukowane strumieniem wzbudzenia, ⁿⁱ — liczba faz, R — rezystancja uzwojenia twornika, X_d(X_q) — reaktancja synchroniczna podłużna (poprzeczna), S_L — kąt obciążenia.

Wyrażenie (5.184) można napisać w postaci uproszczonej

M_e = A +jBsin$_Ł-t- Ccosł),-t-DsinŻ^+iEcosŻ,¹-),    (5.184b)

Moment histerezowy, wykorzystywany w silnikach synchronicznych histerezowych, powstaje w wyniku opóźnienia obrotu domen magnetycznych materiału wirnika względem osi pola wirującego wywołanego prądami stojana. Dla wirnika z warstwą histerezową ⁰ znanej pętli histerezy można — np. metodami graficznymi — wyznaczyć kąt fazowy o