Silniki elektryczne w praktyce elektronika, cz. 5.pdf

(103 KB) Pobierz

K U R S

Silniki elektryczne w praktyce

elektronika, część 5

Silniki prądu zmiennego

W†erze elektroniki podzia³

na silniki AC i†DC nie jest

zbyt úcis³y - szczegÛlnie

w†przypadku traktowania jako

ca³oúÊ zestawu: silnik + ste-

rownik. Tradycyjnie do silni-

kÛw AC zalicza siÍ wszyst-

kie silniki zasilane bezpo-

úrednio z†sieci energetycznej

1-fazowej lub 3-fazowej.

W†pierwszej czÍúci cyklu

omÛwiliúmy juø uniwersalne

silniki komutatorowe, po-

wszechnie stosowane w†urz¹-

dzeniach gospodarstwa domo-

wego. Pozosta³e†silniki pr¹du

zmiennego maj¹ jedn¹ wspÛl-

n¹ cechÍ: wiruj¹ce pole mag-

netyczne, powsta³e w†wyniku

przep³ywu†pr¹du sinusoidal-

nie zmiennego przez uzwoje-

nia stojana. W†zaleønoúci od

prÍdkoúci obrotowej wyrÛø-

niamy silniki asynchroniczne

i†synchroniczne. Silniki syn-

chroniczne maj¹ prÍdkoúÊ ob-

rotow¹ wprost proporcjonaln¹

do czÍstotliwoúci sieci zasi-

laj¹cej (prÍdkoúci wirowania

Zapowiadany przed miesi¹cem koniec cyklu jednak nie nast¹pi³.

Wielu CzytelnikÛw domaga³o siÍ przedstawienia w†jego ramach

takøe silnikÛw AC, co z†przyjemnoúci¹ czynimy.

pola). W†silnikach asynchro-

nicznych wystÍpuje zjawisko

poúlizgu - prÍdkoúÊ obrotowa

wirnika jest mniejsza od

prÍdkoúci wirowania pola.

Przyk³adowo dla czÍstotliwoú-

ci 50 Hz silnik synchronicz-

ny moøe mieÊ†obroty znamio-

nowe 3000 obr./min., a†sil-

nik†asynchroniczny 2750 obr./

min. PrÍdkoúÊ wirowania po-

la zaleøy od konstrukcji

(liczby biegunÛw) stojana

i†dla 50 Hz wynosi 6000/n,

gdzie

- oznacza liczbÍ bie-

gunÛw.

W†zaleønoúci od liczby

biegunÛw (2, 4, 6†lub 8)

moøna uzyskaÊ prÍdkoúci wi-

rowania pola 3000, 1500, 750

i†375 obr./min. PrÍdkoúci ob-

rotowe silnika asynchroniczne-

go bÍd¹ oczywiúcie odpowied-

nio mniejsze - typowy poúlizg

moøe wynosiÊ ok. 10%.

je siÍ wewn¹trz stalowego

wype³nienia wirnika i†zwykle

nie jest widoczne, wirniki

czÍsto wygl¹daj¹ jak by by³y

wykonane z†jednego kawa³ka

metalu. Budowa stojana zale-

øy od rodzaju silnika. Naj-

proúciej jest w†silniku trÛjfa-

zowym: trzy uzwojenia zasi-

lane z†trzech faz napiÍciem

sinusoidalnym w†naturalny

sposÛb wytwarzaj¹ wiruj¹ce

pole magnetyczne. W†silniku

1-fazowym wystÍpuj¹ trud-

noúci z†uzyskaniem odpo-

wiednio duøego momentu

rozruchowego przy niejedno-

rodnym wirowaniu pola. Naj-

czÍúciej stosuje siÍ trzy pod-

stawowe rozwi¹zania:

- Zasilanie kondensatorowe

(rys.

38a).

Kondensator po-

woduje przesuniÍcie o†90

fazy pr¹du w†uzwojeniu B.

Asynchroniczne silniki

indukcyjne

Najbardziej rozpowszech-

nionym rodzajem silnika

asynchronicznego jest sil-

nik†indukcyjny. Jego zasadni-

cz¹ cech¹ jest brak po³¹cze-

nia elektrycznego uzwojenia

wirnika z†zasilaniem - prze-

p³yw pr¹du w†uzwojeniu wir-

nika jest wywo³any indukcj¹

elektromagnetyczn¹ (pewn¹

analogi¹ dla zasady dzia³ania

silnika indukcyjnego moøe

byÊ transformator ze zwartym

uzwojeniem wtÛrnym). Zwyk-

le uzwojenie wirnika ma

konstrukcjÍ klatkow¹ (rys.

37).

Uzwojenie wykonane

z†prÍtÛw miedzianych znajdu-

Rys. 37

Rys. 38

Elektronika Praktyczna 4/2004

K U R S

wym zastosowaniem jest

np. agregat w†lodÛwce

sprÍøarkowej. Czasami

w†szereg z†uzwojeniem roz-

ruchowym jest w³¹czany

kondensator - wtedy mo-

ment rozruchowy moøe byÊ

rzÍdu 200% przy niøszym

pr¹dzie rozruchowym.

moc tych silnikÛw nie prze-

kracza kilkudziesiÍciu wa-

tÛw. Zastosowanie: wentyla-

tory, pompy wody w†pralce

automatycznej, dawniej

takøe†w†magnetofonach szpu-

lowych i†gramofonach.

- Silnik z†od³¹czanym uzwo-

jeniem rozruchowym (rys.

38c).

Uzwojenie rozrucho-

we jest od³¹czane przez

przekaünik pr¹dowy po

rozpÍdzeniu silnika do ok.

70% obrotÛw nominalnych.

Silniki tego typu maj¹

wiÍkszy moment rozrucho-

wy od pozosta³ych silni-

kÛw

indukcyjnych

(90...150%), ale teø naj-

wiÍkszy pr¹d rozruchowy,

5...8-krotnie przewyøszaj¹cy

pr¹d znamionowy. Typo-

nie stosowane - g³Ûwn¹ ce-

ch¹ uøytkow¹ tych silnikÛw

jest utrzymywanie stabilnych

obrotÛw bez uk³adÛw elektro-

nicznych. Silniki synchro-

niczne s¹ obecnie rzadziej

spotykane, poniewaø zanika

ich typowy obszar zastoso-

waÒ czyli elektromechaniczne

uk³ady programatorÛw czaso-

wych. Tylko jedna podgrupa

silnikÛw synchronicznych

zyskuje popularnoúÊ - s¹ to

tzw.

AC Servo Motors.

By³a

juø o†nich mowa w†drugiej

czÍúci artyku³u, dotycz¹cej

trÛjfazowych silnikÛw BLDC.

S¹ to silniki z†wiruj¹cym

magnesem, trudne do sklasy-

fikowania. Jeøeli maj¹ zain-

stalowane czujniki Halla

i††sterowanie impulsowe - to

s¹ to silniki BLDC, ale ten

sam silnik zasilany z†falow-

nika jest trÛjfazowym silni-

kiem synchronicznym AC.

CzÍsto producenci oferuj¹ ten

sam silnik w†rÛønych wyko-

naniach: podstawowej (bez

czujnikÛw), z†czujnikami Hal-

la lub z†enkoderem, nazywa-

j¹c go po prostu

serwomotor.

Rys. 39

Silnik dysponuje momen-

tem rozruchowym rÛwnym

50...90% momentu obroto-

wego, ale jego wad¹ jest

koniecznoúÊ stosowania

doúÊ duøego i†ciÍøkiego

kondensatora. Silniki tego

typu s¹†stosowane np.

w†pralkach wirnikowych

i†automatycznych, szlifier-

kach, ma³ych kompreso-

rach.

- Silnik ze zwart¹ faz¹ rozru-

chow¹ (rys.

38b).

Dodatko-

we uzwojenie rozruchowe

B†ma postaÊ zwartego zwo-

ju, w†ktÛrym indukuje siÍ

pr¹d. Prostota konstrukcji

okupiona jest ma³ym mo-

mentem rozruchowym (ok.

40%). Ze wzglÍdu na straty

w†uzwojeniu rozruchowym

Silniki synchroniczne

Obroty silnika synchro-

nicznego nie zaleø¹ od ob-

ci¹øenia, a†wy³¹cznie od

czÍstotliwoúci napiÍcia zasila-

j¹cego tzn. poúlizg jest

rÛwny zeru. Silniki te s¹

stosowane wszÍdzie tam

gdzie wymagana jest bardzo

dobra stabilnoúÊ obrotÛw, np.

w†elektromechanicznych uk³a-

dach czasowych, programato-

rach pralek itp. Konstrukcja

silnikÛw synchronicznych

jest zbliøona do opisanych

w†poprzedniej czÍúci artyku³u

silnikÛw krokowych reluktan-

cyjnych i†z†wiruj¹cym magne-

sem. Elektroniczne sterowanie

obrotami silnika synchronicz-

nego jest moøliwe (przy po-

mocy falownika) ale raczej

Elektronika Praktyczna 4/2004

K U R S

leje wspÛ³czynnik mocy. Nis-

kie wartoúci wspÛ³czynnika

mocy powoduj¹ niepotrzebne

zuøywanie energii elektrycz-

nej, a†w†przypadku silnikÛw

duøej mocy - zak³Ûcenia na-

piÍcia sieci mog¹ niekorzyst-

nie wp³ywaÊ†na inne urz¹-

dzenia.

Przydatne linki

Polscy producenci i dystrybutorzy

silników indukcyjnych:

- www.tamel.pl/oferta/silniki

- www.cantonimotor.com.pl

- www.wamel.com.pl/indexpl.htm

Polskie strony producentów

falowników:

- www.europe.omron.com/PL_pl/

cor/iab/home/product_catalog/

Mechatronics

- www.danfoss.com.pl/main/

falowniki.html

Linki zagraniczne:

- www.irf.com/technical-info -

International Rectifier (podzespo³y

dla energoelektroniki)

- www.ab.com/support/abdrives -

Allen-Bradley (silniki i falowniki)

PorÛwnanie silnikÛw

indukcyjnych

i†komutatorowych AC

Rys. 40

Silniki indukcyjne charak-

teryzuj¹ siÍ cichsz¹ prac¹

i††wiÍksz¹ niezawodnoúci¹

(w†praktyce ograniczon¹ g³Ûw-

nie trwa³oúci¹ ³oøysk wirni-

ka). Silniki komutatorowe

uniwersalne maj¹

znacznie

wyøszy moment rozruchowy,

korzystniejszy stosunek mocy

do wielkoúci i†wagi silnika

oraz moøliwoúÊ uzyskiwania

wiÍkszych prÍdkoúci obroto-

wych (dla silnikÛw indukcyj-

nych gÛrn¹ granic¹ jest 3000

obr./min. przy czÍstotliwoúci

sieci 50 Hz). Z†punktu widze-

nia elektronika istotna jest

rÛønica metod regulacji prÍd-

koúci obrotowej. Silnik komu-

WspÛ³czynnik mocy

WspÛ³czynnik mocy, czyli

tak nie lubiany przez niektÛ-

rych cos

jest waønym pa-

rametrem silnikÛw indukcyj-

nych. SprÛbujmy potraktowaÊ

silnik jako rÛwnoleg³e po³¹-

czenie indukcyjnoúci uzwoje-

nia L i†rezystancji R. Rezys-

tancja zmienia swoj¹ wartoúÊ

w†zaleønoúci od obrotÛw

i†obci¹øenia silnika. Pr¹d ca³-

kowity Is jest sum¹ pr¹du

p³yn¹cego przez indukcyjnoúÊ

(Id) i†pr¹du rezystancji (Iq),

ale ze wzglÍdu na wystÍpu-

j¹ce przesuniÍcie fazowe jest

to suma wektorowa -

rys.

39.

Moøna przyj¹Ê,øe pr¹d Iq

wytwarza moment obrotowy,

a†pr¹d Id wytwarza strumieÒ

magnetyczny silnika - wtedy

uøytecznym dla nas pr¹dem

jest tylko Iq. WspÛ³czynnik

mocy cos

= Iq/Is

powi-

nien byÊ jak najbliøszy war-

toúci 1†(tzn.

= 0 oraz

Id=0). Z†rozk³adÛw wektoro-

wych przedstawionych na

rys. 39 widzimy, øe przy

ma³ym obci¹øeniu silnika

roúnie wartoúÊ Id, czyli ma-

tatorowy daje siÍ ³atwo regu-

lowaÊ poprzez zmianÍ napiÍ-

cia zasilaj¹cego, zachowuj¹c

duøy moment obrotowy

w†szerokim zakresie prÍdkoúci

obrotowych. Regulacja obro-

tÛw silnikÛw†indukcyjnych

jest znacznie trudniejsza. Nie-

wielki zakres regulacji prÍd-

koúci obrotowej silnikÛw in-

dukcyjnych 1-fazowych moøna

Elektronika Praktyczna 4/2004

K U R S

uzyskaÊ poprzez zmianÍ

poúlizgu. Bardziej efektywna

ale skomplikowana metoda, to

zmiana czÍstotliwoúci napiÍcia

zasilaj¹cego silnik przy pomo-

cy falownika.

uk³ad za³¹czania w†zerze sie-

ci i†poprzez rezystor ograni-

czaj¹cy R1 powoduje wyzwo-

lenie triaka mocy. Wejúcie

steruj¹ce jest odizolowane od

sieci i†moøe wspÛ³pracowaÊ

bezpoúrednio z†uk³adami cyf-

rowymi (pobÛr pr¹du ok. 10

mA). Projektuj¹c uk³ad za³¹-

czania silnikÛw przy pomocy

przekaünikÛw SSR naleøy pa-

miÍtaÊ o†dwÛch waønych za-

gadnieniach:

- Triak mocy musi mieÊ

pr¹d maksymalny przynaj-

mniej 3-krotnie wiÍkszy od

pr¹du znamionowego silni-

ka (ze wzglÍdu na pr¹d

rozruchowy).

- W†silnikach indukcyjnych

wystÍpuje opÛünienie fazy

pr¹du wzglÍdem napiÍcia -

w†chwili przejúcia napiÍcia

sieci przez zero triak jest

jeszcze w†fazie przewodze-

nia z†poprzedniego pÛ³okre-

su. Dlatego teø impuls

bramkowy powinien byÊ

opÛüniony wzglÍdem przej-

úcia napiÍcia przez zero

oraz musi mieÊ wystarcza-

j¹co d³ugi czas trwania,

dotyczy to przypadku pra-

cy z†pe³n¹ prÍdkoúci¹ tj.

k¹ta przewodzenia triaka

zbliøonego do 180

. Dla

niewielkich silnikÛw††wy-

starczy

opÛünienie

300...600

µs

i†czas trwania

impulsu bramkowego 300

µs,

(najlepiej dobraÊ odpo-

wiedni¹ wartoúÊ do kon-

kretnego silnika). Stosuje

siÍ teø wyzwalanie triaka

seri¹ nastÍpuj¹cych po so-

bie impulsÛw†bramkowych.

Fabryczne przekaüniki SSR

zwykle radz¹ sobie z†tym

problemem, ale warto

sprawdziÊ w†danych katalo-

gowych, czy wybrany typ

jest przeznaczony do pracy

z†obci¹øeniami indukcyjny-

mi. Nie przestrzeganie tego

warunku spowoduje za³¹-

czanie triaka co drugi pÛ³-

okres sieci i†w†konsekwen-

cji pojawienie siÍ w†obci¹-

øeniu sk³adowej sta³ej -

czego silniki indukcyjne

bardzo nie lubi¹.

Fabryczne przekaüniki

pÛ³przewodnikowe do celÛw

przemys³owych s¹ elementa-

mi doúÊ duøymi i†kosztowny-

mi. Znani producenci to

Omron, Crydom, Crouzet,

ostatnio takøe polski Relpol.

Do w³asnych konstrukcji Czy-

telnikÛw poleci³bym taÒsze

i†dobrej jakoúci przekaüniki

SSR firmy Sharp: S202S02

(pr¹d do 8†A) i†S216S02

(pr¹d†do 16 A). Uk³ady mon-

towane s¹ w†jednorzÍdowych

4-koÒcÛwkowych obudowach

zbliøonych do TO247, maj¹

wbudowany uk³ad wyzwala-

nia w†zerze dobrze radz¹cy

sobie z†obci¹øeniami induk-

cyjnymi oraz transoptor sepa-

ruj¹cy (pr¹d†diody LED ok.

10 mA). Do pracy z†pe³nym

obci¹øeniem wymagany jest

radiator.

W†zakresie pr¹dÛw 1...3

A oferta producentÛw jest

znacznie szersza, ceny i†wy-

miary przekaünikÛw SSR s¹

porÛwnywalne z†odpowiedni-

kami elektromechanicznymi.

Przyk³adowe typy: PS2601E

(CP Clare), S201S02 (Sharp),

AO241 (Crydom), V23100-

S302 (Siemens).

Jacek Przepiórkowski

Elektronicznie

sterowane za³¹czanie

i†wy³¹czanie silnikÛw

indukcyjnych

Bardzo czÍsto nie jest ko-

nieczna regulacja obrotÛw

a†jedynie mikroprocesorowe

sterowanie za³¹czaniem silni-

ka. Do tego celu nadaj¹ siÍ

przekaüniki elektroniczne SSR

(Solid

State Relay).

Przekaü-

nik SSR pr¹du zmiennego

sk³ada siÍ z†triaka mocy,

uk³adu wyzwalania przy prz-

ejúciu sieci przez zero oraz

transoptora separuj¹cego ob-

wody wejúciowe. Wiele firm

produkuje gotowe modu³y

przekaünikÛw SSR na pr¹dy

obci¹øenia 1...100 A†, ale

moøna teø wykonaÊ taki

przekaünik z†elementÛw

dyskretnych (rys.

40).

Zasto-

sowany optotriak typu

MOC3062 ma wbudowany

Elektronika Praktyczna 4/2004

Plik z chomika:

sim1234

Inne pliki z tego folderu:

Silniki elektryczne w praktyce elektronika, cz. 1.pdf (148 KB)
Silniki elektryczne w praktyce elektronika, cz. 2.pdf (306 KB)
Silniki elektryczne w praktyce elektronika, cz. 3.pdf (147 KB)
Silniki elektryczne w praktyce elektronika, cz. 4.pdf (163 KB)
Silniki elektryczne w praktyce elektronika, cz. 5.pdf (103 KB)

Silniki elektryczne w praktyce elektronika, cz. 5.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: