Maszyna indukcyjna jest prądnicą, jeżeli prędkość wirnika jest większa od prędkości synchronicznej, czyli n > n 1 (s < 0).

Transkrypt

1 Temat: Wielkości charakteryzujące pracę silnika indukcyjnego. 1. Praca silnikowa. Maszyna indukcyjna jest silnikiem przy prędkościach 0 < n < n 1, co odpowiada zakresowi poślizgów 1 > s > 0. Moc pobierana z sieci prawie w całości jest zamieniana na moc mechaniczną i oddawana przez wał do napędzanego urządzenia; niewielka część mocy pobranej z sieci jest tracona na ciepło w miedzi i w stali. 2. Praca prądnicowa. Maszyna indukcyjna jest prądnicą, jeżeli prędkość wirnika jest większa od prędkości synchronicznej, czyli n > n 1 (s < 0). Może to się zdarzyć gdy maszyna indukcyjna jest połączona z inną maszyną, która ją napędza. Pręty wirnika przecinają pole w przeciwnym kierunku niż przy pracy silnikowej, zmienia się zwrot napięcia indukowanego w wirniku i kierunek prądu, a także kierunek momentu elektromagnetycznego M, który działa teraz w kierunku przeciwnym do kierunku prędkości. Maszyna indukcyjna podczas pracy prądnicowej oddaje do sieci moc czynną elektryczną, ale pobiera z tej sieci moc elektryczną bierną do wytworzenia strumienia magnetycznego. 3. Praca hamulcowa. Maszyna indukcyjna jest hamulcem, jeżeli prędkość wirowania wirnika n < 0, tzn. jeżeli moment elektromagnetyczny maszyny działa w kierunku zgodnym z kierunkiem wirowania pola, a więc przecie działa momentowi zewnętrznemu. Wirnik maszyny załączonej do sieci będzie obracany w kierunku przeciwnym do kierunku prędkości pola magnetycznego, pręty wirnika będą wirowały względem pola z prędkością większą od synchronicznej. Napięcie indukowane w wirniku będzie większe od E 20, a częstotliwość tego napięcia większa od f 1, gdyż przy n < 0 mamy s > 1. Maszyna pobiera moc mechaniczną i cała ta moc, łącznie z mocą elektryczną pobieraną z sieci, jest w maszynie zamieniana na ciepło. Maszyna jest w takim przypadku hamulcem elektrycznym. 4. Bieg jałowy silnika indukcyjnego. Biegiem jałowym silnika indukcyjnego nazywamy taki stan pracy, w którym obwód wirnika jest zamknięty, do uzwojeń stojana jest doprowadzone napięcie, a wał silnika nie jest obciążony żadnym momentem. W warunkach tych wirnik wiruje z bardzo dużą prędkością zbliżoną do prędkości synchronicznej, występuje niewielki poślizg s 0 = 0,001, w wirniku indukuje się siła elektromotoryczna i płynie prąd. Moc oddawana przez silnik biegnący jałowo jest równa zeru (wał silnika nie jest obciążony), a więc moc pobierana przez silnik P 0 w całości idzie na pokrycie strat. Cała moc pobrana przez silnik biegnący jałowo jest zużyta na pokrycie: strat w uzwojeniu stojana strat w stali str. 1

2 strat mechanicznych P m stąd Straty jałowe P 0, które nie zależą od obciążenia Prąd jałowy w typowych maszynach indukcyjnych przy zasilaniu napięciem znamionowym wynosi: Współczynnik mocy przy biegu jałowym: 0,25 0,5 0,1 0,2 Mały współczynnik mocy wskazuje, że silnik przy biegu jałowym pobiera z sieci niemal wyłącznie moc bierną indukcyjną. Znaczny w porównaniu ze znamionowym, prąd jałowy i mały współczynnik mocy stanowią zasadnicze wady silnika indukcyjnego. Pobierana przez silnik moc bierna: powoduje zwiększenie strat zasilania ogranicza pobór mocy ze źródła i sieci zasilającej UWAGA!!! SILNIKI INDUKCYJNE NIE OBCIĄŻONE POWINNY BYĆ WYŁĄCZONE Z SIECI. 5. Charakterystyka biegu jałowego. Przy zmianie napięcia zasilającego U 1 zmienia się prąd I 0, moc P 0 pobierana z sieci i cos 0. str. 2

3 6. Układ połączeń do badania silników indukcyjnych. Pomiary wykonuje się przy napięciu regulowanym od 1,3 U N do takiej wartości minimalnej przy której silnik zacznie wyraźnie zmniejszać prędkość obrotową. 7. Stan zwarcia silnika indukcyjnego. Stanem zwarcia silnika indukcyjnego nazywamy taki stan, w którym do uzwojenia stojana jest doprowadzone napięcie, a obwód wirnika jest zwarty i wirnik jest unieruchomiony. W takiej sytuacji n = 0, a więc s = 1, stąd prąd wirnika jest stosunkowo duży i może osiągnąć 4 10 I N. Pobrana przez silnik w stanie zwarcia moc elektryczna jest w całości zamieniana na ciepło na skutek strat (moc mechaniczna nie jest wydawana, ponieważ wirnik się nie obraca). Całkowita moc pobrana P z idzie na pokrycie strat obciążeniowych (w uzwojeniu stojana P Cu1 i w uzwojeniu wirnika P Cu2 ): Napięciem zwarcia u z maszyny indukcyjnej nazywamy takie napięcie, jakie należy doprowadzić do uzwojenia jednej ze stron, np. stojana, aby przy zwarciu uzwojenia drugiej strony i unieruchomionym wirniku popłynął prąd znamionowy po stronie zasilanej. Napięcie zwarcia, podobnie jak w transformatorze, podaje się w stosunku do napięcia znamionowego: % 100 Napięcie zwarcia typowych maszyn indukcyjnych wynosi 10 25% U N. Jeżeli maszynę indukcyjną w stanie zwarcia zasilimy napięciem znamionowym, to pobiera ona prąd zwarciowy I z = 4 10 I N, a jeżeli zasilimy ją napięciem zwarcia, to pobiera prąd znamionowy. Zależność między prądem zwarciowym I z, prądem znamionowym I N i napięciem zwarcia u z% jest następująca: 100 % W transformatorze stan zwarcia przy napięciu znamionowym występuje tylko jako stan awaryjny, natomiast w silnikach klatkowych występuje on przy każdym załączeniu (rozruchu) silnika do sieci, jeżeli nie stosuje się specjalnych urządzeń do obniżania napięcia. W silnikach pierścieniowych prąd zwarciowy (prąd rozruchowy) można zmniejszyć przez zwiększenie rezystancji obwodu wirnika. str. 3

4 8. Stan obciążenia silnika indukcyjnego. Stan obciążenia silnika indukcyjnego występuje wtedy, gdy silnik jest sprzężony z maszyną napędzaną przy jednoczesnym zasilaniu uzwojenia stojana napięciem z sieci. W stanie obciążenia ustala się prędkość obrotowa wirnika, przy jakiej występuje równowaga momentu wydawanego przez silnik M i hamującego M h. Przy każdej zmianie obciążenia moment wydawany przez silnik dostosowuje się do momentu hamującego, gdyż zmianie obciążenia towarzyszy zmiana prędkości obrotowej. Przy zmianie obciążenia zmienia się poślizg, a co za tym idzie zmienią się prądy płynące w uzwojeniach, współczynnik mocy maszyny, moc czynna pobierana oraz bilans mocy, a w konsekwencji moment wydawany przez silnik aż do ponownego ustalenia się równowagi momentów M = M h. a) Charakterystyki maszyny indukcyjnej pracującej przy U 1 = const, f 1 = const. b) Stabilność (stateczność) Z właściwościami ruchowymi maszyn pracujących pod obciążeniem ściśle wiąże się zagadnienie stabilności pracy zespołu silnik maszyna napędzana W pracy takiego zespołu można wyróżnić stany mechaniczne: ustalone nieustalone W stanie ustalonym prędkość obrotowa n zespołu jest stała. Stan ustalony, to taki w którym moment M rozwijany przez silnik jest równy co do wartości, lecz przeciwnie skierowany do statycznego momentu obciążenia M h maszyny napędzanej. Różnica między tymi momentami to tzw. moment dynamiczny M d. Jeżeli moment dynamiczny jest dodatni M d > 0 (moment wytworzony w silniku jest większy od momentu hamującego), to układ przyspiesza, natomiast jeżeli moment dynamiczny jest ujemny M d < 0 (moment wytworzony w silniku jest mniejszy od momentu hamującego), to układ zwalnia. str. 4

5 c) Stany nieustalone w pracy maszyny wirujących występują w różnych warunkach pracy, przy: rozruchu regulacji prędkości obrotowej zatrzymywaniu się układu zmianie obciążenia zmianie warunków zasilania d) Praca stabilna i niestabilna Po zaburzeniu stanu równowagi momentów zespołu pracującego dotychczas w stanie ustalonym mogą zaistnieć dwa przypadki: praca stabilna jeżeli po zniknięciu krótkotrwałego zaburzenia układ wraca do stanu równowagi praca niestabilna jeżeli w przypadku zaburzenia układ zatrzymuje się lub wykazuje tendencję do rozbiegania się (nieograniczonego wzrostu prędkości obrotowej) W zakresie pracy stabilnej następuje samoczynne dostosowanie parametrów pracy silnika do wartości momentu hamującego, powodując przy każdej wartości tego momentu odpowiedni stan ustalony. w zakresie poślizgów s k < s < 1 mamy zakres pracy niestabilnej silnika moment silnika jest proporcjonalny do kwadratu doprowadzonego napięcia, każde obniżenie napięcia w sieci spowoduje znaczne zmniejszenie momentu wytworzonego w silniku punkt pracy znamionowe silnika musi leżeć w zakresie pracy stabilnej dość daleko od momentu krytycznego, aby obniżenie napięcia nie spowodowało zahamowania silnika najczęściej moment znamionowy M N silnika indukcyjnego jest co najmniej 2 razy mniejszy od jego momentu krytycznego M k, czyli przeciążalność silnika 2 e) Zakres pracy stabilnej silnika indukcyjnego str. 5

6 str. 6 f) Pięć stanów pracy maszyny indukcyjnej