Wirnik silnika asynchronicznego pierścieniowego ma uzwojenie trójfazowe połączone w gwiazdę. Końce faz tego uzwojenia są połączone z pierścieniami ślizgowymi, umieszczonymi na wale silnika, skąd też pochodzi nazwa silnika pierścieniowego. Szczotki przylegające do pierścieni połączone są z rozrusznikiem (rys. 1).
Rys. 1 Układ połączeń silnika asynchronicznego pierścieniowego z rozrusznikiem
Rozruch za pomocą rozrusznika w obwodzie wirnika ma bardzo dużo zalet. Przede wszystkim rezystancje rozrusznika ograniczają wartość prądu rozruchowego wirnika; Impedancja Z2 jest powiększona o rezystancję Rd, przy czym Rd jest rezystancją rozrusznika na fazę.
Wartość momentu krytycznego Mk nie maleje przez włączenie oporu rezystancji do obwodu wirnika, natomiast poślizg, przy którym występuje Mk , wzrasta.
Bez Rd w obwodzie wirnika:
a z rezystancją Rd poślizg wyniesie:
Wskutek tego punkt Mk przesunie się w kierunku mniejszych wartości prędkości obrotowej i przebieg charakterystyki M = f(n) ulegnie zmianie. Można nawet osiągnąć, że:
czyli tak dobrać rezystancje rozrusznika, by moment maksymalny wystąpił przy s = 1, czyli przy n = 0, tj. w pierwszej chwili rozruchu. Gdyby próbować uruchomić silnik pierścieniowy bez rozrusznika, z uzwojeniem wirnika zwartym, wówczas, uzyskano by mimo bardzo dużego prądu rozruchowego mały moment rozruchowy.
Ze wzoru Klossa wyrażenie początkowego momentu rozruchowego wynosi:
Przy projektowaniu rozruszników należy wyznaczyć granice rozruchowe, tj. określić wartości maksymalnego i minimalnego momentu rozruchowego. Maksymalny moment rozruchowy powinien być mniejszy, a co najwyżej równy momentowi krytycznemu Mrmax £ Mk Obniżamy moment maksymalny do 10 – 20%
Minimalny moment rozruchowy powinien być większy od momentu oporowego. Zazwyczaj się obiera
Moment minimalny podnosimy do 10- 20%
Przebieg rozruchu projektujemy w ten sposób, aby na każdym stopniu rozruchowym rozpocząć rozruch od tej samej stale maksymalnej wartości momentu rozruchowego Mrmax i przechodzić do następnego stopnia po zmniejszeniu się wartości momentu do tej samej stale minimalnej wartości momentu rozruchowego Mrmin.
W obliczeniach należy posługiwać się nie momentami, lecz prądami obwodu wirnika.
Przy rozruchu silnika pierścieniowego praca przebiega na tzw. „prostoliniowej” części charakterystyki mechanicznej, tzn. przy poślizgach mniejszych od poślizgu krytycznego, co można wyrazić nierównością
czyli:
Wynika stąd, że jeśli rozruch przebiega na tzw. „prostoliniowej” części charakterystyki mechanicznej, to spadki napięcia na rezystancji w obwodzie wirnika są zawsze większe od spadków napięcia na reaktancji. Można przyjąć, że prąd pozorny obwodu wirnika jest prawie równy prądowi czynnemu, a wobec tego, że moment rozwijany przez silnik , przy Φ = const i Ψ 0, będzie proporcjonalny do prądu wirnika. Na tej zasadzie można napisać, że
Rys.2 Charakterystyki rozruchowe trójfazowego silnika asynchronicznego pierścieniowego
Pomijając reaktancję można napisać równanie odpowiadające pierwszej chwili rozruchu (punkt a na rys. 2)
bo s=1 (1)
w którym:
· E20 -sem transformacji w obwodzie wirnika (na fazę),
· R2 -rezystancja uzwojenia wirnika (na fazę),
· Rd1 -rezystancja dodatkowa na pierwszym stopniu rozruchowym.
Na końcu pierwszego stopnia rozruchowego analogicznie równanie (w p. b)
przybiera postać
(2)
Dzieląc stronami równanie (2) i (1) otrzymano
Podobnie postępujemy biorąc pod uwagę punkty c i d
a dzieląc odpowiednie równania stronami otrzymujemy
skąd
Postępując analogicznie z następnymi charakterystykami rozruchowymi, a w szczególności m-go stopnia, gdy m oznacza sztuczna charakterystykę rozruchową, znajdziemy, że
(3)
W odniesieniu do charakterystyki naturalnej:
maksymalny prąd rozruchowy wynosi
a w punkcie znamionowym
Dzieląc stronami oba ostatnie wyrażenia otrzymamy, że
a stad, że
(4)
Przyrównujemy do siebie równania (3) oraz (4)
i wyznaczamy stąd liczbę stopni rozruchowych
Liczbę stopni rozruchowych zaokrąglamy, np.
Jeśli 5,2 ~ 5
Jeśli 5,6 ~ 6
Ustaliwszy liczbę stopni rozruchowych należy obliczyć wartość rezystancji dodatkowych poszczególnych stopni.
Pierwszemu stopniowi rozruchowemu i prędkości n = 0 odpowiada równanie:
z którego można wyznaczyć dodatkową rezystancję pierwszego stopnia rozruchowego (symetryczną dla każdej fazy)
Chcąc wyznaczyć wartość liczbową Rd1 należy obliczyć rezystancję wirnika R2 i reaktancjęSx. Rezystancję R2 można obliczyć biorąc za punkt wyjścia równanie mocy dla obwodu wirnika przy pominięciu strat stali wirnika różnica mocy wejściowej i wyjściowej wirnika równa będzie tylko stratom w obwodzie elektrycznym. W warunkach pracy znamionowej:
a stąd:
Reaktancję dla punktu znamionowego można wyznaczyć ze wzoru Klossa:
przy czym przeciążalność momentem.
Posługując się uproszczonym równaniem poślizgu krytycznego można wyznaczyć reaktancję
Ponieważ poślizg znamionowy, przeciążalność momentem, sem E20, znamionowy prąd wirnika i moc znamionowa silnika są wartościami znanymi, więc można obliczyć wartość rezystancji dodatkowej na pierwszym stopniu rozruchowym
Rezystancje dodatkowe następnych stopni rozruchowych obliczamy na podstawie strat w obwodzie wirnika. Na początku rozruchu, gdy n=0, a straty w stali wirnika są pominięte
Analogicznie na początku drugiego stopnia rozruchowego
Dzieląc stronami oba powyższe wyrażenia i porządkując, otrzymamy rezystancję dodatkową na stopniu drugim
Równanie strat w obwodzie wirnika na początku m-tego stopnia
Dzieląc to równanie stronami przez podobne równanie na stopniu pierwszym i porządkując wyrazy otrzymamy wyrażenia rezystancji dodatkowej m-tego stopnia rozruchowego (rys. 3):
Rys. 3. Oznaczenie rezystancji dodatkowych w odwodzie wirnika silnika pierścieniowego
Obliczyć rozrusznik dla trójfazowego pierścieniowego silnika asynchronicznego o następujących danych znamionowych:
(między pierścieniami),
Moment oporowy jest zależny od prędkości obrotowej i wynosi:
Zakłada się, że
1. Obliczenie liczby stopni rozruchowych
Poślizg znamionowy
Obieramy cztery stopnie rozruchowe.
2. Obliczanie rezystancji dodatkowych poszczególnych stopni rozrusznika:
Rezystancja jednej fazy uzwojenia wirnika
Poślizgi na końcu poszczególnych stopni rozruchowych
Rezystancje dodatkowe następnych stopni rozruchowych
Ciekawostka
damiano_80