ZESZYTY HAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ S e r i a : E le k try k a z . 47
________ 1975 Nr k o l. 428
A leksan d er Żywiec, Władysław M iz ia , A ndrzej Boboń
Z-ikład Maszyn E lek try czn y ch P o lit e c h n ik i Ś l ą s k i e j
WŁASNOŚCI SILNIKA INDUKCYJNEGO
PRZY ZASILANIU Z KOMUTATORA TYRYSTOROWEGO
S t r e s z c z e n ie . P rzedstaw ion o w yniki badań w ła sn o śc i s i l n i k a induk- cy jn ego klatkow ego przy z a s i l a n i u n ap ięciem trójfazow ym o d k sz ta łc o nym otrzymywanym z kom utatora ty ry sto ro w eg o . W łasności s i l n i k a za
s ila n e g o z kom utatora ty ry sto ro w ego porównano z w łasn o ściam i s i l n i ka z a s ila n e g o n ap ięciem sin u so id aln y m z s i e c i przem ysłow ej. Podano podstawowe wytyczne budowy siln ik ó w in dukcyjnych przystosow an ych do z a s i l a n i a z kom utatora ty ry sto ro w eg o .
1. Wstęp
W napędach e le k try c z n y c h z s iln ik a m i indukcyjnym i m ałej i ś r e d n ie j mo
cy z n a jd u je z a sto so w an ie m etoda nastaw y p rę d k o śc i obrotow ej s i l n i k a p rzez zmianę w a r t o ś c i n a p ię c ia z a s i l a n i a s t o ja n a przy s t a ł e j c z ę s t o t liw o ś c i.f r z y tym sp o so b ie nastaw y p r ę d k o śc i obrotow ej s i l n i k a in dukcyjn ego o b ciążan ego stały m momentem w m iarę z m n ie jsz a n ia p rę d k o śc i obrotow ej m a le je w spółczyn
n ik sp raw n o ści s i l n i k a . Zatem p ra c a s i l n i k a w z a k r e s ie m ałych prędkości ob
rotow ych p rzy ciągły m o b c ią ż e n iu stały m momentem byłaby m ożliw a przy znacz
nym przewymiarowaniu mocy znamionowej s i l n i k a w stosu n k u do mocy o b c ią ż e n i a . Przewymiarowanie s i l n i k a z m n ie jsz a s i ę zn aczn ie w przypadku, gdy mo
ment o b c ią ż e n ia s i l n i k a m a le je w m iarę z m n ie jsz a n ia je g o p rę d k o śc i ob roto
w ej. D lateg o wymieniona metoda nastaw y p rę d k o śc i obrotow ej j e s t stosow ana głów nie w napędach u rząd zeń o kwadratowej z a le ż n o ś c i momentu o b cią ż e n ia od p r ę d k o śc i o b ro to w e j, a w s z c z e g ó ln o ś c i w napędach pomp i w entylatorów .
Metoda nastaw y p rę d k o śc i obrotow ej s i l n i k a in dukcyjnego p rzez zmianę w a r to śc i n a p ię c ia z a s i l a n i a s t o ja n a p rzy s t a ł e j c z ę s t o t li w o ś c i j e s t zna
na od dawna. Z n a la zły tu za sto so w an ie wzmacniacze m agnetyczne tran sd u k to ro - we, a ob ecn ie c o ra z pow szechn iej s t o s u je s i ę układ y półprzewodnikowe (k o m utatory ty r y sto r o w e ). P rzez za sto so w an ie komutatorów ty ry sto row y ch w miej
s c e wzmacniaczy m agnetycznych tran sduktorow ych otrzym uje s i ę znaczne zmniej
sz e n ie g a b a ry tu układu z a s i l a ją c e g o przy rów n oczesnej popraw ie Je g o w łas
n o ś c i re g u la c y jn y c h i e k sp lo a ta c y jn y c h . Układ z kom utatoram i ty ry sto ro w y mi c h a r a k te r y z u ją s i ę dużą pew nością d z i a ła n ia i w z a s a d z ie n ie wymagają k o n se rw a c ji.
108 A. Żywiec, W. M izia, A. Boboń
N a p ię c ie w yjściow e kom utatora ty ry sto ro w ego z a s ila n e g o z s i e c i przemy
sło w ej j e s t o d k sz ta łc o n e , p rzy czym s t o p ie ń o d k s z ta łc e n ia krzywej n a p ię c i a zm ien ia s i ę przy zm ianie w a r to śc i tego n a p ię c ia . Powoduje to p o g o rsz e n ie s i ę w ła sn o śc i ruchowych i e k sp lo a ta c y jn y c h s i l n i k a z a s ila n e g o z komu
t a t o r a ty ry sto ro w ego w porównaniu z w łasn o ściam i s i l n i k a p rzy z a s i l a n i u n ap ięciem sin u so id aln y m .
W n i n i e j s z e j p racy p rzed staw io n o w yniki pomiarów i badań s i l n i k a induk
cy jn ego klatkow ego p rzy z a s i l a n i u z kom utatora ty ry sto ro w ego o ra z z s i e c i p rzem ysło w ej. Badany s i l n i k in dukcyjny b y ł s iln ik ie m seryjnym p r z y s to s o wanym do z a s i l a n i a n ap ięciem sin u so id a ln y m . D la oceny wpływu o d k sz tałco n e go n a p i ę c ia z a s i l a n i a na w ła sn o śc i ru ch o w o -ek sp lo ata cy jn e s i l n i k a p rzep ro wadzono porów nanie wyników pomiarów s i l n i k a p rzy obu r o d z a ja c h z a s i l a n i a . Porównanie t a k i e pozw ala ponadto na prawidłowy dobór siln ik ó w in d u k c y j
nych o b ecn ie produkowanych z a s ila n y c h z kom utatora ty ry sto row ego do kon
k retn y ch układów napędowych o ra z na u s t a l e n i u podstawowych wytycznych do budowy siln ik ó w in dukcyjn ych klatkow ych przystosow an ych do z a s i l a n i a z kcr- m u tato ra ty ry sto ro w e g o .
2 . Przedm iot badań o ra z zastosow ane ź r ó d ła z a s i l a n i a
W łasn o ści ruchowe s i l n i k a in dukcyjn ego klatkow ego z a le ż ą od ro z w ią za
n ia ź r ó d ła z a s i l a n i a u zw ojen ia s t o ja n a o ra z od parametrów samego s i l n i k a . Względne w a r t o ś c i param etrów siln ik ó w in dukcyjnych n ie s ą s t a ł e a l e z a le żą od danych znamionowych s i l n i k a a w s z c z e g ó ln o ś c i od mocy znamionowej, n a p i ę c ia i p rę d k o śc i ob ro to w e j. Z te g o powodu ja k o przedm iot badań wybra
no se r y jn y s i l n i k in dukcyjny klatkow y o danych znamionowych» 11 kW, 380 V, 50 Hz, 960 ob r/m in , k tó ry można trak tow ać ja k o re p r e z e n ta n ta grupy s i l n i ków in dukcyjn ych powszechnego za sto so w an ia o mocach od k ilk u do k ilk u n a s t u kW.
B ad an ia i pom iary w ła sn o śc i ruchowych s i l n i k a in dukcyjn ego klatkow ego przeprow adzono p rzy z a s i l a n i u u zw ojen ia s to ja n a »
- n ap ięciem sin u so id a ln y m , k tó reg o źródłem b y ła tr ó jfa z o w a s i e ć przem ysło
wa o c z ę s t o t li w o ś c i 50 Hz p rz y łą c z o n a do s t o ja n a maszyny poprzez au to tra n sfo r m a to r tró jfa z o w y o n a s ta w ia ln e j p r z e k ła d n i,
- n ap ięciem od kształcon ym , k tó re g o źródłem b y ł kom utator ty ry sto row y t r ó j fazowy z a s il a n y z s i e c i przem ysłow ej p oprzez a u to tra n sfo rm a to r t r ó j f a zowy o n a s ta w ia ln e j p r z e k ła d n i.
I s t n i e j e s z e r e g rozw iązań tró jfa z o w y ch komutatorów n a p ię c ia ró ż n ią c y c h s i ę m iędzy so b ą l i c z b ą ty ry sto ró w o ra z sposobem ic h p o łą c z e n ia z s i e c i ą z a s i l a j ą c ą i od b io rn ik iem . Z te g o powodu z o sta n ę p rzed staw io n a z a sa d a d z ia ł a n i a komutatorów ty ry sto row y ch o ra z ro z w ią z a n ie schematowe i ogóln e w łas
n o ś c i tró jfa z o w e g o kom utatora ty ry sto ro w ego zastosow anego przy pom iarach s i l n i k a in dukcyjn ego badanego. Znajomość ro z w ią z a n ia schematowego z a s t o -
W łasn ości s i l n i k a In d u k c y jn e g o ,. 109
sowanego kom utatora ty ry sto ro w ego p ozw oli na w łaściw ą tr a n s p o z y c ję wyników pomiarowych, podanych w n i n i e j s z e j p rac y na p rzy p ad k i z a sto so w a n ia innych ro zw iązań komutatorów ty ry sto ro w y ch do z a s i l a n i a s i l n i k a in d u k cy jn ego .
Z asada d z i a ł a n ia komutatorów ty ry sto ro w y ch wynika z m o żliw o śc i nastaw y w a r to śc i sk u te c z n e j ( i ś r e d n i e j) n a p i ę c ia przem iennego p rzy ło ż o n ego do od
b io r n ik a za pomocą w y łączn ik a szybko d z i a ła ją c e g o w łączonego pom iędzy sie ć z a s i l a j ą c ą i o d b io rn ik . W kom utatorach ty ry sto ro w y ch r o l ę w y łączn ik a szy b ko d z i a ła ją c e g o s p e ł n i a j ą t y r y s t o r y . Jednofazow y kom utator ty ry sto ro w y sta
nowi u k ład p rzeciw rów n o ległego p o łą c z e n ia dwu ty ry sto ró w ( r y s . 1 a )., W s t a n ie przew odzenia dowolnego z ty ry sto ró w n a p ię c ie o d b io rn ik a j e e t równe na
p ię c iu s i e c i z a s i l a j ą c e j , n a to m ia st j e ś l i obydwa ty r y s to r y p r a c u ją w s t a n ie zaporowym lu b w s t a n ie b lo k a d y , o d b io rn ik j e s t od łączon y od s i e c i z a s i l a j ą c e j . T y ry sto ry spolaryzow ane n ap ięciem s i e c i z a s i l a j ą c e j w kierun ku przew odzenia p rzech o d zą w s ta n przew odzenia w c h w ili doprow adzenia im pul
sów prądowych I 32 generowanych w u k ła d z ie zapłonowym UZ - r y s . 1 ) do ic h bramek. Przewodzące t y r y s t o r y p rzech od zą w s ta n zaporowy w wyniku z m n ie jsz e n ia ic h prądów anodowych (p o n iż e j tzw. "prąd u p o d trz y m u ją c e g o ") spowodowanego n a t u r a ln ą zm ianą biegu n ow o ści n a p ię c ia anodowego wymuszane
go p rzez s i e ć z a s i l a j ą c ą . Czas przew odzenia ty ry sto ró w j e s t wyrażany za pomocą tzw . k ą ta przew odzenia il . Kąt przew odzenia (¡1) z a le ż y od k ą ta o p ó ź n ie n ia zapłonu ( « ) o ra z od w spółczyn n ika mocy o d b io rn ik a ( c o s ^ ) .
Rys. 1. Jednofazow y ty ry sto ro w y kom utator n a p ię c ia p rzy o b c ią ż e n iu o cha
r a k t e r z e czynno-indukcyjnym
a ) schemat ideow y; b ) , c ) , d ) p r z e b ie g i czasowe prądów i n a p ię ć
b) uzk
(
110 A. Żywiec. W. M izia. A. Boboń
Na r y s . 1 b ,c ,d p rzed staw ion o p r z e b ie g i czasowe prądów i n a p ię ć dla przy
padku sym etrycznego stero w an ia ty ry sto ró w . W u k ła d z ie jednofazow ego komu
t a t o r a n a p i ę c ia n astaw ę n a p ię c ia o d b io rn ik a w z a k r e s ie od z e ra do n a p ię c i a s i e c i z a s i l a j ą c e j otrzym uje s i ę p rzez zmianę k ą ta o p ó źn ien ia zapłonu w z a k r e s ie J > « > ij>
U kład jednofazow ego kom utatora n a p ię c ia p rzed staw ion y na r y s . 1 sta n o wi podstaw ę do budowy układów tró jfa zo w y ch i w ielofazow ych . Układy t r ó j fazowe komutatorów tyrysto row ych w o g ó ln o śc i d z i e l ą s i ę na układy syme
try c z n e i n iesy m etry cz n e. Do układów sym etrycznych z a l i c z a s i ę t a k ie komu- t a t o r y ty ry sto ro w e , k tó re przy sym etryczn ej i s in u s o id a ln e j s i e c i z a s i l a j ą c e j u m o ż liw iają otrzym anie na z a c isk a c h sym etrycznego o d b io rn ik a n a p ię c i a o d k sz ta łco n e g o tró jfa z o w e g o , jednakowego k s z t a ł t u we w szy stk ich fa z a c h o d b io rn ik a , l e c z o wzajemnym p r z e su n ię c iu fazowym równym j ok resu n a p ię c i a s i e c i z a s i l a j ą c e j . Układy sym etryczne tró jfa zo w y ch komutatorów ty r y storow ych z n a jd u ją s z e r s z e z a sto so w an ie w s z c z e g ó ln o ś c i do nastaw y pręd
k o ś c i obrotow ej siln ik ó w in dukcyjnych . Z asad n icze ro z w ią z a n ia symetrycznych tró jfa z o w y c h komutatorów tyrysto row ych s ą szczegółow o omawiane w l i t e r a t u r z e te c h n ic z n e j ( [ i] , [3] , [ 5 ] ) .
Do z a s i l a n i a s i l n i k a in dukcyjnego j e s t wskazane za sto so w an ie układu ko
m u tato ra ty ry sto ro w e g o , k tó ry zapewnia n a jm n ie jsz e o d k s z ta łc e n ie krzywej n a p ię c ia p rzy łożon ego do s i l n i k a . Wyższe harm oniczne n a p ię c ia z a s i l a n i a s i l n i k a s ą n ie p o ż ąd an e , bowiem powodują pow stan ie momentów p aso ż y tn icz y c h ora z w zro st s t r a t mocy czynnej w s i l n i k u . Z te g o powodu przy badan iach s il
n ik a in du kcyjn ego zastosow ano tró jfa z o w y sym etryczny kom utator ty r y s t o r o wy zbudowany z s z e ś c i u ty ry sto ró w ,k tó ry z a s ila n o z s i e c i t r ó j fa z o w e j- tr ó j- przewodowej poprzez a u to tra n sfo rm a to r o n a s ta w ia ln e j p r z e k ła d n i ( r y s . 2 a ) . Kom utator tró jfa z o w y zaw iera tr z y pary ty ry sto ró w p ołączon ych przeciw rów - n o le g le o ra z u k ład zapłonowy g e n e ru jący im pulsy prądowe p otrzeb n e do s t e row ania bramek ty ry sto ró w .
W u k ła d z ie kom utatora ty ry sto ro w ego z r y s . 2a przy z a s i l a n i u z s i e c i tró jfa z o w e j-tró jp rz e w o d o w e j w y stęp u je wzajemna z a le ż n o ść procesów zacho
dzących w p o szczegó ln y ch fa z a c h . Z s i e c i z a s i l a j ą c e j może dopływać prąd do o d b io rn ik a , j e ś l i w s t a n i e przew odzenia będą pracować co n ajm n iej dwa ty r y s t o r y p rzy n a leż n e od s ą a ie d n ic h f a z k om utatora, przy czym przy przewodze
n iu t y r y s t o r a oznaczonego numerem n ieparzy sty m (p a rzy sty m ) w je d n e j z fa z układu m usi p rzew odzić t y r y s t o r oznaczony numerem parzystym (n iep arzystym ) s ą s i e d n i e j fa z y kom utatora. Przy t a k i e j p racy kom utatora tyrysto row ego wy
s t ę p u je n ie s y m e tr ia prądów o d b io rn ik a , gdyż p rąd p ły n ie je d y n ie w dwóch fa z a c h o d b io rn ik a i J e s t wymuszany p rzez odpow iednie n a p ię c ie m iędzyprze- wodowe s i e c i z a s i l a j ą c e j . Do o d b io rn ik a może dopłynąć prąd z s i e c i t r ó j f a zowej trójprzew odow ej rów nież wówczas, gdy w s t a n i e przew odzenia będą p ra
cować tr z y t y r y s t o r y p rzy n ależn e do tr z e c h f a z k om utatora, przy czym przy przew odzeniu w w ybranej f a z i e t y r y s t o r a oznaczonego numerem n ieparzy sty m (p a rzy sty m ) muszą przew odzić t y r y s to r y oznaczone numerem parzystym (n ie p a rz y sty m ) obu s ą s ie d n ic h f a z kom utatora. Erzy t a k i e j p racy kom utatora t y -
W łasności s i l n i k a in d u k c y jn e g o .. 111
Rys. 2. T rójfazow y sym etryczny kom utator ty ry sto row y p rzy o b cią ż e n iu o cha r a k t e r z e czynno-indukcyjnym
a ) schem at ideow yj b ) , c ) p r z e b ie g i czasow e prądów i n a p ię ć
Odbiornik Siać zasilająca komutator tyrystorom/
rysto row ego w y stęp u je sy m e tria prądów o d b io rn ik a , ponieważ p rąd p ły n ie w tr z e c h fa z a c h o d b io rn ik a i j e s t wymuszany p rzez sym etryczne n a p ię c ie t r ó j fazowe s i e c i z a s i l a j ą c e j .
Na r y s . 2 b ,c p rzed staw ion o p r z e b ie g i czasow e prądów i n a p ię ć t r ó jf a z o wego kom utatora ty ry sto ro w ego z r y s . 2a ob ciążo n ego od biorn ikiem symetrycz
nym o c h a ra k te rz e czynno-indukcyjnym p ra c u ją c e g o p rzy dwóch w a rto śc ia c h k ą ta o p ó ź n ie n ia zapłon u. Zaznaczono rów nież (n a o s i c z a s u ) p rz e d z iały prze
w odzenia prądu p o d a ją c num erację przew odzących ty ry sto ró w . W łasności ko
m u tato ra ty ry sto ro w ego o k r e ś la s i ę na p od staw ie tzw. u n iw e rsa ln e j ch arak t e r y s t y k i przew odzenia p r z e d s ta w ia ją c e j z a le ż n o ść k ą ta przew odzenia (A) od k ą ta o p ó źn ien ia zapłonu (®c) i w spółczyn n ika mocy o d b io rn ik a ( co s if). Ta
ką c h a ra k te ry sty k ę wyznacza s i ę metodą o b lic z e ń cyfrowych na podstawie ana
l i z y przebiegów czasowych przed staw ion y ch na r y s . 2 b ,c [ 3 ] . Z o b lic z e ń wy
n ik a , że w omawianym trójfazow ym kom utatorze tyrystorow ym pełn y z a k re s na
p i ę c i a o d b io rn ik a od z e r a do n a p ię c ia s i e c i z a s i l a j ą c e j otrzym uje s ię przy zmianach k ą ta o p ó ź n ie n ia zapłonu w z a k r e s ie ^ X > cc > ip
P r z e b ie g i czasowe prądów i n a p ię ć kom utatora ty ry sto ro w ego z r y s .2 a ma
j ą inny c h a r a k te r , j e ś l i obciążen iem j e s t s i l n i k in dukcyjn y tró jfa z o w y . Wynika to z fa k tu i s t n i e n i a sp rz ę ż e ń magi etyczn ych p o szczegó ln y ch f a z u- zw o jen ia s t o ja n a i w irn ik a s i l n i k a , p rzy czym t e s p r z ę ż e n ia s ą z a le ż n e od p rę d k o śc i obrotow ej w irn ik a . Powoduje to indukowanie s i ł y elek tro m o to ry cz n e j r o t a c j i w fa z a c h uzwojeń s i l n i k a . Ponadto przy zm ianach p rę d k o śc i ob
rotow ej zm ien ia s i ę w spółczynnik mocy (c o sif) s i l n i k a . A n a liz a p racy komu
t a t o r a ty ry sto ro w ego z a s i l a ją c e g o s i l n i k in dukcyjny z w irującym w irnikiem j e s t skomplikowana i w ykracza poza ramy n i n i e j s z e j p ra c y .
3. Porównanie w ła sn o śc i s i l n i k a in dukcyjn ego p rzy z a s i l a n i u z kom utatora ty ry sto ro w ego o ra z ze ź r ó d ła n a p ię c ia sin u so id a ln e g o
W łasności s i l n i k a in dukcyjn ego klatkow ego p rzy z a s i l a n i u z kom utatora ty ry sto ro w ego badano w u k ła d z ie ste ro w a n ia o ra z w u k ła d z ie r e g u l a c j i pręd
k o ś c i obrotow ej z ujemnym prędkościowym sp rzężen iem zwrotnym. Podczas ba
dań s i l n i k a w u k ła d z ie ste ro w an ia p rę d k o śc i obrotow ej utrzymywano s t a ł ą w arto ść k ą ta o p ó źn ien ia zapłonu ty ry sto ró w kom utatora i wykonano pom iary p rzy p aram etry czn ie n a sta w ia n e j w a rto śc i te g o k ą ta d la « - 6 0 °, 7 0 ° , 8 0 ° , 9 0 °, 1 0 0 °. Przy badan iach s i l n i k a w u k ła d z ie r e g u l a c j i p rę d k o śc i ob ro to wej przeprowadzono pom iary przy p aram etry czn ie nastawianym poziom ie pręd
k o ś c i obrotow ej a zatem przy zm iennej w a r to śc i k ą ta o p ó ź n ien ia zapłon u ty ry sto rów kom utatora.
C h a ra k te ry sty k i s i l n i k a in dukcyjnego zm ierzone w u k ła d z ie stero w an ia p rę d k o śc i obrotow ej można wyzyskać do oceny zmian w ła sn o śc i s i l n i k a z a s i lan ego z kom utatora ty ry sto row ego w porównaniu z z a sila n ie m ze ź r ó d ła na
p i ę c i a sin u s o id a ln e g o . D la obu typów z a s i l a n i a zm ierzono c h a r a k te r y sty k i s i l n i k a przy b iegu jałowym, zw arciu i p rzy o b c ią ż e n iu .C h a r a k te r y sty k i b ie - 112______________________________________________ A. Żywiec, W. M iz ia, A. Boboń
W łasn ości s i l n i k a in d u k c y jn e g o .. 113
gu jałow ego i zw a rcia d la obu rodzajów z a s i l a n i a s i l n i k a z d ję to w fu n k c ji w a r t o ś c i sk u te c z n e j n a p i ę c ia z a s i l a n i a fa z y u zw ojen ia s t o ja n a s iln ik a .C h a r a k t e r y s t y k i w s t a n i e o b c ią ż e n ia s i l n i k a p rzy z a s i l a n i u n ap ięciem s in u s o i
dalnym zm ierzone d la znamionowego n a p ię c ia z a s i l a n i a u w zojen ia s t o ja n a ,n a to m ia st p rzy z a s i l a n i u z kom utatora ty ry sto ro w ego zm ierzono j e d la s t a ł e j w a r to śc i n a p ię c ia z a s i l a n i a kom utatora równej n a p ię c iu znamionowemu s i l n ik a . W c e lu z ilu s t r o w a n ia wpływu z a s i l a n i a odkształconym n ap ięciem z ko
m u tato ra ty ry sto ro w ego na w ła sn o śc i s i l n i k a in dukcyjn ego wyznaczono cha
r a k t e r y s t y k i s i l n i k a o b lic z o n e z z a le ż n o ś c i:
W - W.
ÓW » ---- - 100 s
w k t ó r e j :
ÓW - odchyłka procentow a ro zp atry w an ej w ie lk o ś c i (p rą d u , n a p i ę c ia , mo
cy i t p . ) ,
W0 - rozpatryw an a w ie lk o ść przy z a s i l a n i u n ap ięciem sin u so id a ln y m , W^ - rozp atryw an a w ie lk o ść p rzy z a s i l a n i u z kom utatora ty ry sto ro w eg o .
P rz e b ie g t a k ic h c h a r a k te r y sty k badanego s i l n i k a in dukcyjn ego klatkow e
go p rz e d sta w io n o : na r y s . 3 - d la b ie g u ja ło w e g o , na r y s . 4 - d la zw arcia o ra z na r y s . 5 - d la o b c ią ż e n ia s i l n i k a in d u k cy jn ego .
Z p rzed staw io n y ch c h a r a k te r y sty k badanego s i l n i k a in dukcyjn ego wynika, że z a s i l a n i e s i l n i k a z kom utatora ty ry sto ro w ego w porównaniu z z a sila n ie m n ap ięciem sin u so id a ln y m pow oduje:
- p o w ięk szen ie prądu jało w ego s i l n i k a o około 7430% o ra z s t r a t jałow ych o około 40480%, przy czym w obu przypadkach odchyłka r o ś n ie w miarę zmniej
s z a n ia k ą ta o p ó ź n ie n ia zapłonu ty ry sto ró w kom utatora w z a k r e s ie 100-60°, - z m n ie jsz e n ie prądu z w racia o około 5430% o ra z momentu rozruchow ego o o- k oło 13455% w m iarę p o w ięk szan ia k ą ta o p ó ź n ie n ia zapłonu ty ry sto ró w ko
m u tato ra w z a k r e s ie 7 0 4 1 0 0 °,
- p o w ięk szen ie o około 20*2% lu b z m n ie jsz e n ie o około 17437% mocy p o b ie ra n e j p rzy zw arciu s i l n i k a w z a le ż n o ś c i od w a r t o ś c i k ą ta o p ó ź n ie n ia za p ło nu ty ry sto ró w k om u tato ra,
- znaczne pow ięk szen ie prądu p o b ieran ego z s i e c i w s t a n i e o b c ią ż e n ia s i l - n ik a j p rąd s i l n i k a o g r a n ic z a je g o moc u ży tecz n ą i np. s i l n i k o sią g a prąd znamionowy p rzy mocy u ż y te c z n e j z m n iejsz o n ej o około 35480% odpowiednio w m iarę p o w ięk szan ia k ą ta o p ó ź n ie n ia zapłon u ty ry sto ró w kom utatora w za
k r e s i e 6 0 4 1 0 0 °,
- znaczne z m n ie jsz e n ie sp raw n o ści s i l n i k a , p rzy czym spraw ność maksymalna zm n ie jsz a s i ę o około 30*50% w m iarę p o w ięk szan ia k ą ta o p ó ź n ie n ia za p ło nu ty ry sto ró w kom utatora w z a k r e s ie 6 0 *1 0 0 °,
114 A. Żywiec, W. M izia, A. Boboń
Rys.
a
a)
[%]-35
-W
- 5
0
50
« > 60°
450 2 00
JJłfo
[V]
b)
3. Procentowa odchyłka c h a ra k te ry sty k b iegu jałow ego s i l n i k a induk
cyjn ego badanego z a s ila n e g o z kom utatora tyrysto row ego ) c h a r a k te r y s ty k i prądu s t o ja n a , b j c h a r a k te r y sty k i mocy ja ło w e j
W łasności s i l n i k a in d u k c y jn e g o .. 115
R y s . 4 . Procentowa odchyłka c h a ra k te ry sty k zw arcia s i l n i k a in dukcyjnego badanego z a s ila n e g o z kom utatora tyrysto row ego
a ) c h a r a k te r y s ty k i prądu s t o ja n a , b ) c h a r a k te r y s ty k i mocy czynnej p o b ie ra n e j , c ) c h a r a k te r y s ty k i momentu rozruchowego
116 A. Żywiec, W. M iz ia , A. Boboń
Rya. 5. Procentowa odchyłka c h a ra k te ry sty k przy o b c ią ż e n iu s i l n i k a induk
cy jn ego badanego z a s ila n e g o z kom utatora tyrysto row ego
a ) c h a r a k te r y s ty k i prądu pob ieran ego z s i e c i , b ) c h a r a k te r y s ty k i sprawno
ś c i ,
W łasn o ści s i l n i k a In d u k c y jn e g o .. 117
Rys. 5. Procentowa odchyłka c h a ra k te ry sty k p rzy o b c ią ż e n iu s i l n i k a induk
cy jn ego badanego z a s ila n e g o z kom utatora ty ry sto ro w ego c ) c h a r a k te r y s ty k i p o ś l iz g u , d ) c h a r a k te r y s ty k i m echaniczne
- znaczne zm n ie jsz e n ie szty w n o ści s t a b i l n e j c z ę ś c i c h a r a k te r y sty k i mecha
n ic z n e j s i l n i k a o ra z je g o momentu krytyczn ego w m iarę p ow iększan ia k ą ta o p ó ź n ie n ia zapłon u ty ry sto ró w kom utatora w z a k r e s ie 6 0 f1 0 0 °.
Powyższe w n io sk i ilo śc io w e p o z w ala ją na ocenę wpływu o d k sz tałco n ego na
p i ę c i a z a s i l a n i a otrzymywanego z kom utatora tyrysto row ego na w ła sn o śc i ru
chowe siln ik ó w in dukcyjnych klatkow ych ob ecn ie produkowanych. S z c z e g ó ln ie n ie k o rz y stn y wpływ n a p ię c ia o d k sz tałco n ego u w idaczn ia s i ę d la w szy stk ich stanów p racy s i l n i k a in dukcyjnego klatkow ego. Z tego między innymi wynika
j ą o g r a n ic z e n ia odnośnie sto so w an ia i doboru siln ik ó w indukcyjnych z a s i l a nych z kom utatora tyrysto row ego do konkretnych układów napędowych.
S i l n i k in dukcyjn y z a s ila n y z kom utatora ty ry sto row ego p r a c u je zwykle w u k ła d z ie r e g u l a c j i p rę d k o śc i obrotow ej z ujemnym prędkościowym sprzężeniem zwrotnym. W takim u k ła d z ie można n a sta w ia ć p ręd k ość obrotową s i l n i k a in dukcyjnego w z a k r e s ie od p o s to ju do p rę d k o śc i sy n c h ro n ic z n e j. W c e lu wy
zn a c z e n ia d o p u szczaln ego o b c ią ż e n ia s i l n i k a in dukcyjnego wyposażonego w u k ład r e g u l a c j i przy n a sta w ie p rę d k o śc i obrotow ej wykonano próby nagrzewar n i a s i ę s i l n i k a d la obu rodzajów ź r ó d e ł z a s il a ją c y c h s i l n i k . Próby n a g rz e wania s i ę s i l n i k a przeprowadzono p rzy w e n ty la c ji w łasn ej ( z a pomocą wen
t y l a t o r a w łasnego maszyny w iru ją ce go z p r ę d k o śc ią obrotową w irn ik a ) o ra z p rzy w e n ty la c ji wymuszonej ( z a pomocą w e n ty la to ra w łasnego maszyny napędza
nego s iln ik ie m pomocniczym ze s t a ł ą p r ę d k o śc ią równą p rę d k o śc i znamiono
wej s i l n i k a b ad an ego ). D opuszczalne te rm ic z n ie w a r to śc i prądu i mocy ob
c ią ż e n ia s i l n i k a p rzy n a sta w ia n e j p rę d k o śc i obrotow ej wyznaczono z warun
ku utrzym an ia p r z y r o stu tem peratury u zw ojen ia s t o ja n a na w a r to śc i odpowia
d a ją c e j p rzyrostom tem peratu ry te g o uzw ojen ia przy znamionowych warunkach p racy s i l n i k a z a s ila n e g o n ap ięciem sin u so id aln y m . Podczas pomiarów komu
t a t o r ty ry sto ro w y z a s ila n o z tr ó jfa z o w e j s i e c i przem ysłow ej 50 Hz o n ap ię c iu równym znamionowemu n a p ię c iu s i l n i k a badanego. Wyniki pomiarów p rzed staw ion o na r y s . 6 p o d ając wykresy z a le ż n o ś c i!
- stosu n k u te rm ic z n ie dop u szczaln ego prądu s t o ja n a s i l n i k a do prądu zna
mionowego od p rę d k o śc i obrotow ej ( r y s . 6 a ) ,
- stosu n k u te rm ic z n ie d o p u sz c z a ln e j mocy u ż y te cz n e j do mocy znamionowej s i l n i k a od p r ę d k o śc i obrotow ej ( r y s . 6 b ),
d la w e n ty la c ji w łasn ej i w e n ty la c ji wymuszonej. Z r y s . 6 wynika, że d la badanego s i l n i k a in dukcyjn ego p ra c u ją c e g o w u k ła d z ie r e g u l a c j i p rę d k o śc i obrotow ej z komutatorem tyrystorow ym !
- p rąd te rm ic z n ie d op u szczaln y p rzy znamionowej p rę d k o śc i obrotow ej w ir
n ik a j e s t n ie c o w iększy (o około 2%) od prądu znamionowego s i l n i k a , - p rąd te rm ic z n ie d op u szczaln y m a le je w m iarę z m n ie jsz a n ia p rę d k o śc i obro
tow ej w irn ik a i w s z c z e g ó ln o ś c i przy wirowaniu w irn ik a z p r ę d k o śc ią rów ną 10% p rę d k o śc i znamionowej p rąd te rm ic z n ie dopu szczaln y (wyrażony w % prądu znamionowego) wynosi około 80% - d la w e n ty la c ji w łasn ej o ra z oko
ło 95% - d la w e n ty la c ji wymuszonej,
118______________________________________________ A. Żywiec, W. M izia, A. Boboń
W łasn ości s i l n i k a in d u k c y jn e g o .. 119
Rys. 6. C h a ra k te ry sty k i prądu s t o ja n a te rm ic z n ie dop u szczaln ego ( a) o ra z mocy u ż y te cz n e j te rm ic z n ie d o p u sz c z a ln e j ( b j p rzy zm ianach p rę d k o śc i ob
rotow ej s i l n i k a in dukcyjn ego badanego p ra c u ją c e g o w u k ła d z ie r e g u l a c ji pręd
k o ś c i obrotow ej z komutatorem tyrystorow ym
120 A. Żywiec, W. M iz ia , A. Boboń
- moc u ży tecz n a te rm ic z n ie d o p u szcza ln a p rzy znamionowej p rę d k o śc i ob roto
wej w irn ik a w ynosi około 65% mocy znamionowej s i l n i k a ,
- moc u ży tecz n a te rm ic z n ie d o p u szcza ln a s i l n i e m a le je w m iarę zm n iejsza
n i a p rę d k o śc i obrotow ej w irn ik a i w sz c z e g ó ln o ś c i ju ż przy wirowaniu w irn ik a z p r ę d k o śc ią równą 80% p rę d k o śc i znamionowej moc u ży teczn a t e r m ic z n ie d o p u szcza ln a (w yrażona w procentach, mocy znam ionow ej) wynosi j e
dynie oko ło 8% - d la w e n ty la c ji w łasn e j o ra z około 10% d la w e n ty la c ji wymuszonej.
Podane o g r a n ic z e n ia prądu s t o ja n a i mocy u ż y te cz n e j w yn ik ające z prób n agrzew an ia s i ę s i l n i k a stan o w ią wytyczne odn o śn ie za k re su z a sto so w an ia siln ik ó w in dukcyjn ych ob ecn ie produkowanych z a s ila n y c h z kom utatora ty r y storow ego i p ra c u ją c y c h w u k ła d z ie r e g u l a c j i p rę d k o śc i obrotow ej o ra z od
n o śn ie doboru mocy znamionowej s i l n i k a w konkretnym u k ła d z ie napędowym.
Przeprowadzono rów nież pom iary u sta lo n e g o p r z y r o stu tem peratury k l a t k i w irn ik a s i l n i k a in dukcyjn ego z a s ila n e g o z kom utatora ty ry sto row ego p racu ją c e g o w s t a n i e o b c ią ż e n ia mocą u ży teczn ą te rm ic z n ie d o p u szcza ln ą przy na
sta w ia n e j p rę d k o śc i o b ro to w e j. S tie rd z o n o p ow ięk szan ie s i ę u sta lo n e g o p rzy
r o s t u tem peratu ry k l a t k i w m iarę z m n ie jsz a n ia p rę d k o śc i obrotow ej s i l n i k a . Przy wirowaniu s i l n i k a ob ciążo n ego mocą te rm ic z n ie d o p u szcza ln ą z prędko
ś c i ą obrotow ą równą 10% znamionowej p rę d k o śc i obrotow ej u sta lo n y p r z y r o st tem peratu ry k l a t k i w irn ik a pow iększa s i ę o około 15%- d la w e n ty la c ji w łas
n e j o ra z o około 12% - d la w e n ty la c ji wymuszonej w porównaniu do p rzy ro s tu tem peratu ry k l a t k i odpow iadającego znamionowej p rę d k o śc i ob ro to w ej.
4 . Podstawowe wytyczne k o n stru k cy jn e budowy siln ik ó w in dukcyjn ych k la tk o wych przystosow an ych do z a s i l a n i a z komutatorów tyrystorow ych
Z przeprow adzonych badań wynika s z c z e g ó ln ie n ie k o rz y stn y wpływ z a s i l a n ia s i l n i k a in dukcyjn ego klatkow ego z kom utatora ty ry sto row ego na s t r a t y p rzy b ie g u jałowym, moment rozruchow y, sztyw ność c h a r a k te r y s ty k i mechanicz
n e j o ra z na spraw ność s i l n i k a . J e s t to spowodowane o d k sz tałcen iem krzywej n a p ię c ia otrzymywanego z kom utatora ty ry sto ro w e g o , p rzy czym według l i t e r a tu r y [ 4] w n a p ię c iu wyjściowym kom utatora u w idaczn ia s i ę głów nie u d z ia ł
5-harm onicznej o ra z 7 -h arm o n iczn ej. Chcąc zatem popraw ić w ła sn o śc i s i l n i ka in dukcyjn ego z a s ila n e g o z kom utatora ty ry sto ro w ego tr z e b a p r z y ją ć ta k ą budowę obwodu m agnetycznego i e le k try c z n e g o s i l n i k a , k tó r a um ożliw ia o g ra
n ic z e n ie n ie k o rz y stn e g o wpływu wyższych harm onicznych w n a p ię c iu z a s i l a n ia s i l n i k a . Z te g o powodu u s t a l a s i ę n a s tę p u ją c e podstawowe wytyczne do
ty c z ą c e budowy s iln ik ó w in dukcyjnych klatkow ych przystosow an ych do z a s i l a n i a z kom utatora ty ry sto row ego t
- do budowy obwodu m agnetycznego s i l n i k a n a le ż y stoso w ać c ie ń s z e blach y wykonane z m a te r ia łu o m n ie jsz e j s t r a t n o ś c i i w ię k sz e j stro m o śc i ch arak t e r y s t y k i m agnesowania,
W łasn o ści s i l n i k a In d u k c y jn e g o .. 121
- b lach y m agnetyczne powinny być s t a r a n n ie izolow ane w c e lu u n ik n ię c ia zwarć pomiędzy b lach am i, p rzy czym, aby n ie pow iększać wymiarów maszyny, z a le c a s i ę sto so w ać i z o l a c j ę tlenkow ą lu b i z o l a c j ę za pomocą lak ie ró w d a ją c y c h n a jm n ie jsz e p r z y r o s ty g r u b o śc i i z o l a c j i ,
- l ic z b ę żłobków n a le ż y ta k d o b ie r a ć , aby o g ra n ic z y ć momenty p a so ż y tn ic z e wywołane wyższymi harmonicznymi (w s z c z e g ó ln o ś c i harmonicznymi rzęd u 5 1 7 ) n a p i ę c ia z a s i l a ją c e g o o ra z wyższymi harmonicznymi ro z k ła d u p rz e strz e n n e g o p o la m agnetycznego,
- n a le ż y d o b ie ra ć uzw ojen ie s t o ja n a , d la k tó re g o otrzym u je s i ę maksymalny sto su n e k w spółczynników uzw o jen ia o b licz o n y ch d la podstawowej harm onicz
n e j ro z k ła d u p rz e strz e n n e g o p ó l m agnetycznych wytworzonych p rze z p o d sta wową harm oniczną i p rz e z harm oniczne rzęd u 5 i 7 n a p ię c ia z a s i l a j ą c e g o , - ż ło b k i s t o ja n a i w irn ik a o ra z p o łą c z e n ia czołow e u zw o jen ia s t o ja n a po
winny m ieć k s z t a ł t i wymiary ta k d obran e, by r e a k t a n o je r o z p r o sz e n ia u - zw o jen ia s t o ja n a i k l a t k i w irn ik a były m ożliw ie m ałe,
- g ę s t o ś ć prądu w k l a t c e w irn ik a powinna być n ie c o obniżona w porównaniu z o b ecn ie sto so w an ą,
- n a le ż y sto so w ać r o z w ią z a n ia k o n stru k c y jn e prow adzące do z m n ie jsz e n ia g ł o ś n o ś c i p racy s i l n i k a .
P rzedstaw io n e wytyczne d o ty czą ce budowy siln ik ó w in dukcyjn ych k la tk o wych przysto sow an ych do z a s i l a n i a z kom utatora ty ry sto ro w ego m ają ch arak
t e r zb yt ogólny i mogą być wyzyskane do budowy siln ik ó w eksperym entalnych.
U ś c iś l e n i e wytycznych b ę d z ie m ożliwe d o p iero po przeprow adzeniu prób s z e re g u siln ik ó w eksperym entalnych s p e c ja ln e j k o n s t r u k c ji.
LITERATURA
[1] K o e lit in Ł ,t R abota tr ie c h fa z n o g o t i r i s t o r n o g o r e g u l a t o r a n a p r ia ż e n i- j a na aktiw n o -in du ktiw n u ju n agruzku . Trudy M. E. I . , Moskwa, 1966.
[2] K ozłow ski H. S . , Turowski E. 1 S i l n i k i in d u k cy jn e , p ro je k to w a n ie , kon
stru o w a n ie , w ytw arzan ie. WNT, Warszawa, 1961.
[ 3] P ietrow Ł. P . , Ł adien son W. A ., Obuohowskij M. P , , Podzołow R. 0 . : A sin - ohronnyj e le k tro p riw o d s t i r is t o r n y m i kom utatoram i. E łiie r g ia , Moskwa, 1970.
[4] Potapow W. 1 A n a liz a z a w a r to śc i harm oniczych w 3-fazowym n a p ię c iu wyj
ściowym kom utatora ty ry sto ro w ego p rzy rezy stan ey jn o -in d u k cy jn y m o b cią że n iu . Z eszy ty Naukowe P o lit e c h n ik i Ś l ą s k i e j "E le k tr y k a " Nr 38, 1973.
[5I Tunia H ., W in ia rsk i B. j Układy e le k tr o n ic z n e w autom atyce napędow ej.
WNT, Warszawa, 1968.
P r z y ję to do druku w czerwcu 1974 r .
CBO iiCTBA ACHHXPOHHOrO iB M rA T E Jlfl, IIHTAEMOrO OT THPHGTOPHOrO KOMMYTATOPA
P e 3 b m e
M3J I0a c e H H p e3y j I b i a T U H C C J i e f l O B H H S C B O f t C T B a C H H X p O H H O r O K0p0T K0 3a i l K H V T0r0 f l B H - r a T e j i a n p H n m a H H H T p e x $ a3H U M H e c H H y c o H ^ a j i b H H M H a n p a a c e H H M o t m p H C T o p H o r o K O M M y T a T o p a . C B O f t c T B a j B H r a T e j i a , n n T a e u o r o o t t h p h o t o p h o t o K O M M y T a T o p a , c p a B n e H b i c o C B o t t c T B a M H ^ B H r a T e J i a , n H T a e M o r o C H H y c o H x a j i b H H U H a n p n s c e H n e M o t T p e x -
$ a3H0ft c e T H .
l a H H n p a K T H ' i e c K H e p e K O M e H j t a n m i no B o p o o a a K O H C T p y a p o B a H Ha a c H H x p o H H u x . B B H r a i e a e S , n p n c n o c o6: i e H H U x ¿ y i a n u i a H a s o t t h p h c t o p k o t o K O M M y T a T o p a .
122______________________________________________ A. Zywiec, W. M izla, A. Bobon
PROPERTIES OP THE INDUCTION MOTOR SUPPLIED THROUGH THYRISTOR COMMUTATOR
S u m m a r y
I n v e s t ig a t io n r e s u l t s o f th e in d u ctio n s q u ir r e lc a g e m otor s u p p lie d through sy m m etrically t r ig g e r e d SCR from th re e -p h a se AC su p ply a r e p resen te d and compared w ith p r o p e r t ie s o f a motor su p p lie d from a s in u s o i
d a l th re e ph ase sym m etrical v o lta g e so u rc e . P r a c t ic a l o u t lin e s a r e giv en f o r th e d e sig n in g o f in d u c tio n m otors ad ap ted to be s u p p lie d from a thy
r i s t o r commutator.
