ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ S e r i a : ELEKTRYKA z . 38
________ 1972 Nr k o l . 357
CZESŁAW MYRCIK
I n s t y t u t Podstawowych Problemów E l e k t r o t e o h n i k i 1 E n e r g o e l e k t r o n i k i
ROZRUCH CZĘSTOTLIWOŚCIOWY SILNIKA SYNCHRONICZNEGO - - POMIARY W UKŁADZIE RZECZYWISTYM
S t r e s z c z e n i e . W p ra o y za m ie szoz ono osoylogram y z pomia
rów “ dókóóańyoEw u k ł a d z i e : p r ą d n i c a s y n o h r o n io z h a o r e g u lo w a n e j p r ę d k o ś o i o b r o to w e j - s i l n i k s y n o h r o n i o z n y . Wnios
k i z uzysk an y o h prze biegów p o z w a l a j ą o o e n ió m o ż liw o śo i ro z - r u o h u c z ę s t o t l i w o ś c i o w e g o małych s i l n i k ó w 's y n c h r o n io z n y o h
o r a z z n a c z n i e u p r o ś c i ć r ó w n a n ia s i l n i k a p rz y o b l i c z a n i u t a k i e g o r o z r u c h u n p . na maszynie a n a l o g o w e j .
1 . Wstęp
P ra oa j e s t k o n t y n u a o j ą a r t y k u ł u " A n a liz a m o ż liw o ś o i r o z r u c h u o z ę s t o t l i wośoicwego s i l n i k a s y n o h r o n io z n e g o " - J e s t o d p o w la d a ją o ą mu o z ę ś o l ą pomia
rową.
Celem pomiarów b y ło w yznaozenle maksymalnej s z y b k o ś c i w z r o s t u p u l s a o j l n a p i ę o i a z a s i l a j ą c e g o s i l n i k , p r z y k t ó r e j n i e n a s t ę p u j e w y p a d n ię - o ie z synohronlzm u po d c z a s r o z r u o S S 1 r e g u l a c j i p r ę d k o ś o i obroto we j . P r zed- miotem badań b y ł mały s i l n i k s y n c h r o n i c z n y z a s i l a n y z p r ą d n i c y , k t ó r e j prędkośó obrotow ą reg u lo w a n o w u k ł a d z i e L e o n a r d a .
Dane maszyn s y n c h r o n i c z n y c h :
S i l n i k P r a d n l o a
p s 15 kW S - 18 kVA
u
s 380 V U s 400 7I 8 2 6 ,5 A I » 26 A
*w - 17 A 8 26 A
n = 1000 o b r/m in n = 1000 ol
o o s'!1 s 1 o o s i » 1
S i l n i k prądu s t a ł e g o , n a p ę d z a ją c y p r ą d n l o ę p o s i a d a moo 15 kW i p rę d k o ś ó znamionową 1000 o b r / m i n . Układ pomiarowy p r z e d s t a w i o n o na r y s . 1 .
Podozas rozruchów s i l n i k b y ł o b c i ą ż a n y a s y n c h ro n ic z n y m hamulcem p r a c u j ą - oym w u k ł a d z i e ihamowanla dy n am icz n eg o . C h a r a k t e r y s t y k ę momentu o b c i ą ż e n i a w f u n k o j l p r ę d k o ś o i o b r o to w e j p r z e d s t a w i a r y s . 2.
252 C z e s ł a w M y r o l k
I—'tfznrw'—j
Ui/BL
R y s . 1 . Układ pomiarowy
- n R y s . 2 . C h a r a k t e r y s t y k a momentu o b o i ą -
ż e n i a w f u n k c j i p r ę d k o ś c i o b r o t o w e j : 1. - M 0 - ClD , 2 - U O = C,n
N iedom iar mooy u k ł a d u L e o n a r d a , j a k t e ż je g o i n e r c j a pow odują, że s y g n a ł z a d a n e j c z ę s t o t l i w o ś c i n i e r o ś n i e w o z a s i e lin i o w o - - l e o z wedłu g krzywych wykład
n i c z y c h . D la t e g o t e ż k a ż d o r a z o wo o k r e ś l o n o ś r e d n i ą i maksymal
ną ohwilową w a r t o ś ć o z ę s t o t l i w o ś o i (j£-)
poohodnej / d f - ( 3 i ° • ś r — mx Osoylogramy 1 t 5 o b e j m u ją r o z r u c h y i hamowania s i l n i k a po
cząwszy od pewnej c z ę s t o t l i w o ś c i (10 Hz) n a t o m i a s t 6 , 7 - x o z - ru o h y od p o s t o j u u k ł a d u . I s t o t na r ó ż n i c a w s p o s o b i e prowadze
n i a r o z r u o h u w ty o h p rz y p a d k a o h wynika s t ą d , że w o b s z a r z e ma
ł y c h o z ę s t o t l i w o ś o i n a p i ę o l e na z a c l s k a o h silnika j e s t zbyt m ałe.
R y s . 3 p r z e d s t a w i a z a l e ż n o ś ć n a p i ę o i a od o z ę s t o t l i w o ś o i w t r z e o h p r z y p a d kaoh :
a ) Wymagany k s z t a ł t n a p i ę o i a , u w z g l ę d n i a j ą c y kom pensację spadku na r e z y s t a n c j i u z w o j e n i a t w o r n i k a ,
b ) z a l e ż n o ś ć I d e a l n a d l a Rg = O
o ) z a l e ż n o ś ć n a p i ę o i a od o z ę s t o t l i w o ś o i w u k ł a d z i e pomiarowym.
Poniew aż r e z y s t a n c j e tw ornik ćw s ą d l a małych maszyn dość znaczne (w tym p r z y p a d k u o k . 10% wpływ i c h d l a c z ę s t o t l i w o ś c i O f 10 Hz J e s t d e o y - d u j ą c y .
Rozruch, c z ę s t o t l i w o ś c i o w y s i l n i k a s y n c h r o n i c z n e g o . . . 253
1 I
R y s . 3
We w s z y s t k l o h p r z y p a d k a o h z a r e j e s t r o w a n o s z e ś ć w i e l k o ś o i : f - c z ę s t o t l i w o ś ć zadawana
- n a p i ę o l e w zb u d z en ia n - p r ę d k o ś ć obrotow a s i l n i k a i - p r ą d w zbudz enia s i l n i k a
Vł
i - p r ą d f a z y s i l n i k a (podwójna a m p l i t u d a ) t - c z a s w s e k u n d a c h .
P r ą d n i o a s y n o h r o n i b z n a w o z a s i e w s z y s t k i c h pomiarów b y ł a wzbudzona z n a - mionowo.
2 . O p is osoylogramów O soylo gram nr 1
S i l n i k s y n o h r o n lc z n y n i e o b o i ą ż o n y M0 = O Wzbudzenie znamionowe l w = I w!}
C z ę s t o t l i w o ś ó zadana r o ś n i e od 11 Hz do 46 Hz> a n a s t ę p n i e m a le j e do 10 Hz.
Czas r o z r u o h u t r s 2 , 5 s Czas hamowania = 2 , 3 s
P rą d maksymalny I » 7 A = 0 , 2 7 XH p rzy o z ę s t o t l i w o ś c i r o s n ą c e j I «i 9 A - 0 , 3 5 Ijj p r z y c z ę s t o t l i w o ś c i m a l e j ą c e j . Ś r e d n i a poohodna
o z ę s t o t l i w o ś o i
254- Czesław Myroik
^ fi i1 |i \S t5
Oso. 1
Z o s c y lo g ra m u w y n ik a , że 15 g— n ie J e s t bynam niej maksymalną możliwą prędr TTz k o ś c i ą w z r o s t u o z ę s t o t l i w o ś c i .
P rą d t w o r n i k a j e s t b a r d z o m a ły, co św iadczy o n i e w i e l k i m k ą c i e mocy w s t a n ie p r z e j ś c i o w y m . Nie widać k o ł y s a ń w p r ą d z i e i n a p i ę c i u w zbudzenia - k ą t mocy w c z a s i e r e g u l a c j i j e s t zmienny w n i e w i e l k i c h g r a n i c a o h .
O scylogram n r 2
J e s t t o r o z r u c h a s y n c h r o n i c z n y od p o s t o j u do 500 o b r / m i n . Spadek c z ę s t o t l i w o ś c i w początkowym o k r e s i e r o z r u o h u j e s t spowodowany u s t ę p l i w o ś c i ą
Nr. Z fclO iih 4%fflrtoł&taąi,
~ " T s — - T
J»* «*
-
n |
.Lu.
....
„ 1*4i ( , l i
* a) I ugtA ■
¥ ■ &:Vt.* * H * r
i i ♦! 5l f t ii *t
O so. 2
c h a r a k t e r y s t y k i u k ła d u Leonarda.
N a p i ę c i e na ro zw artym uz w o je n iu wzbudz enia wykazuje dość z n a o z - ną a m p l i t u d ę - ponad 100 V.
P rą d t w o r n i k a n i e z n a c z n i e p r z e wyższa p r ą d znamionowy, co dowo
d z i znacznego spadku n a p i ę c i a na p r ą d n i o y i r e z y s t a n c j i tw o r n i k a s i l n i k a , przy z a s i l a n i u bo
wiem z s i e o l p r ą d r o z r u o h u p r z e k r a c z a 3 , 5 I j j . W momencie t p « 7 a n a s t ę p u j e s y n c h r o n i z a c j a . P orćwnanie t e g o r o z r u o h u z pop rze d n im u w id a o z n ia z a l e t y r o z r u c h u o z ę s t o t l i w o ś o l o w e g o :
tj, w 4 s , oo odpowiada 04 ^
Rozruoh c z ę s t o t l i w o ś c i o w y s i l n i k a s y n c h r o n i c z n e g o « . 255
Czas r o z r u c h u J e s t więc d w u k ro t n ie w i ę k s z y , z a ś p r ą d rozruohow y - około 3- k r o t n i e w i ę k s z y , n i ż w wypadku 1.
O scylogram n r 3
Rozruoh c z ę s t o t l i w o ś c i o w y od 10 Hz do 45 Hz, po czym spa dek do 10 Hz, S i l n i k J e s t o b o ią żo n y momentem l i niowo zależnym od n ,
Momx * 0 ,6 % p r z y 1000 o b r / !Din Wzbudzenie o s ł a b i o n o I w = 0 , 8 t r w 4 s
(!!■) = 8 , 5 P rzy c z ę s t o t l l — w o ś c l r o s n ą c e j
i i
r r
Oso. 3
, d f (J F ł ( i i *
mx
23 mx
Hz
» 25 p r z y c z ę s t o t l i w o ś c i m a l e j ą o e j 0 ,6 Ijj co ś w ia d c z y o n i e
w y k o r z y s t a n i u p e ł nych m o ż l i w o ś c i . Na p o c z ą t k u r o z r u c h u poohodna d fjg- J e s t n a j w i ę k s z a - wpływa t o na p r ą d w z b u d z e n ia , k t ó r e g o o s o y l a o j e wskazu
j ą na znaozne w ah a n ia k ą t a mooy.
O soylogram n r 4
R ozruoh i hamowanie w g r a n i o a c h 10 t65 Hz.
O so. 4
Czesław Myroik
Moment o b c i ą ż e n i a a n a l o g i c z n y j a k w ( 3 ) z ty m, że maksimum o k . 1 , 3 x w ię k s z e , Momx
Wzbudzenie s i l n i k a z n a o z n l e o s ł a b i o n e l w = 0 , 7 I flK t = 4 s
r
= 14 p r z y w z r o ś o ie
2 , 5 a , d f.
ś r
22 Hz p rz y m a leniu
( | r l = 25 ~ o z ę s t o t l i w o ś o i mx
P rą d t w o r n i k a I a 0 , 8 I,N
/ d f •.
mx 35 o z ę s t o t l i w o ś o i
Widać w y r a ź n i e d r g a n i a k ą t a mocy (w p r ą d z i e w z b u d z e h ia ) p r z y p o c z ą t k u r o z - r u o h u (max o r a z w o b s z a r z e 1000 o b r /m in (na t ą p r ę d k o ś ć p rz y p a d a ma
ksimum M u). J e s t t o r o z r u o b na g r a n i c y s t a b i l n o ś c i .
B ardzo duża poobodna o z ę s t o t l l w o ś c i - 35 g— - p r z y hamowaniu tłu m a c z y s i ę Hz w s p ó ł d z i a ł a n i e m momentu o b c i ą ż a j ą o e g o z polem t w o r n i k a .
O scylogra m nr 5
J e s t t o p rz y p a d e k z e r w a n ia s y n o h r o n iz m u .
P rz y w z r o ś c i e o z ę s t o t l l w o ś c i do
* 9 ^ 37 HZ 3 l l Q i b W7Pada z »*««>*»01* * -
w„-c,n, 0,61* \ mu. W poozątkowym o k r e s i e r o z r u -
t L » V olm s i l n e d r g a n i a k ą t a mooy
l e c z u k ł a d u tr z y m u je s t a b i l n o ś ć ; po o k o ło 2 ; 5 s n a s t ę p u j e gwałtow
ny w z r o s t t? i u t r a t a s y n o h r o n i z mu. Spowodowane J e s t t o rosnąoym
( a n a l o g i o z n i e j a k w p . 4 ) momen
tem o b c i ą ż e n i a , pochodna o z ę s t o - t l i w o ś o i n i e J e s t bowiem w tym ob
s z a r z e zb y t w i e l k a . W n a s tę p n y c h t r z e c h se kundaoh moment hamujący z a tr z y m u j e s i l n i k . W p r ą d z i e p r a — oy a s y n o h r o n i o z n e j widać o h a r a k t e - Oao* 5 r y s t y o z n e z d u d n i e n i a w p o b l i ż u cj ts 0 - n a k ł a d a n i a s i ę b l i s k i o h c z ę s t o t l i w o ś o i i o r a z (1 - s ) f 0 . P rąd d o c h o d z i do 1 , 8 I j j .
W n i o s e k : W t y n przypadku p i e r w s z o r z ę d n e z n a c z e n i e p o s i a d a moment o b c i ą ż e n i a M0 i je g o k s z t a ł t w z a l e ż n o ś c i od cc . Moment b e z w ła d n o ś c i J e s t mały i pozwala na b a r d z o zuaozne pochodne §§■ - n p . 25 o b o i ą ś e n i e zaś d o ś ć poważnie o g r a n i c z o n a p r ę d k o ś ć w z r o s t u f .
Rozruoh c z ę s t o t l i w o ś c i o w y s i l n i k a s y n o h r o n l o z n e g o . . . 257
Osoylogramy 6 , 7
J e s t to s e r i a rozruchów i r e g u l a c j i p r ę d k o ś c i o b r o to w e j począw szy od po
s t o j u s i l n i k a . S i l n i k b y ł n i e o b o i ą ż o n y M0 = 0 . Wzbudzenie znamionowe 1^ = I wN.
5O Hi
*_•0 , Th.
m m %
f ''rSM fi
V *
2 S
■ H P -
» w - '
~ TS~
mk m *
j*»
. , # | « j * j * jiff ^
O so . 6
W yraźnie widać t r u d n o ś c i zw iązane z s y n o h r o n i z a o j ą w stę p n ą i p r z y s p i e s z a niem p o l a tw o r n l k a w o b s z a r z e małyoh o z ę s t o t l i w o ś o i . W tym o k r e s i e r o z r u o h u z byt sz ybka zmiana f pro w a d zi do wypad
n i ę c i a z synohronizm u - s i l n i k k o ły s z e s i ę n i e n a b i e r a j ą c p r ę d k o ś c i .
Do 10 - 15 Hz r o z r u c h t r z e b a pro w a d zić b a rd z o w o ln o , n a s t ę p n i e można j u ż zmie
n i a ć c z ę s t o t l i w o ś ć s z y b c i e j . Główną p r z y c z y n ą t r u d n o ś c i w początkowym okre
s i e r o z r u o h u j e s t n i e d o b ó r n a p i ę c i a t w o r n l k a — o k r e ś l o n e g o z a l e ż n o ś c i ą ( o ) z r y s . 3 .
P rz y prawidłowym k s z t a ł c i e U = krzyw a ( a j na r y s . 3I byłoby możliwe O s o . 7 dużo s z y b s z e zadawanie c z ę s t o t l i w o ś c i
od p o c z ą t k u r o z r u o h u .
Podsumowanie
Badany s i l n i k s y n o h r o n io z n y m a łe j mocy, p rz y znamionowym poziom ie wzbu
d z e n i a j e s t układem b a r d z o s t a b i l n y m . Spowodować wypadnięcie z synchrordzmu
258
Czesław Myrolkp r z y o s ią g a l n y c h , w u k ł a d z i e L eona rda p r z y r o s t a c h c z ę s t o t l i w o ś c i , t r z e b a b y ł o o b n iż y ć wzbudzenie do 0 ,6 I wt}.
Rozruch c z ę s t o t l i w o ś c i o w y ma w i e l k ą przewagę nad a s y n c h r o n ic z n y m - p r ą dy ro z r u c h o w e s ą k i l k a k r o t n i e m n i e j s z e , n p . p rz y M =o 0, I oz « r o z 0,w3. I asr o z s z y b k o ś ć r o z r u c h u J e s t dużo w i ę k s z a . Nie w y s t ę p u j e na g rz e w a n ie uzwojeń t ł u m i ą c y c h , s t r a t y s ą dużo m n i e j s z e . Ś r e d n i p r z y r o s t p r ę d k o ś o l obrotow ej' p r z y r o z r u c h u a s y n ch ro n icz n y m od p o w ia d a ł t u o k . 6 — , gdy p rzy o z ę s t o t l i -Hz wościowym nawet pod o b c i ą ż e n ie m znamionowym może w ynosić 15 t 20 Hz b y le t y l k o I w I ^ j j . Na b i e g u jałowym o s i ą g a l n e p r z y s p i e s z e n i a s ą o k . 5 x wię
k s z e od p r z y s p i e s z e ń p r z y r o z r u c h u a s y n c h r o n ic z n y m .
Pod o b o ią ż e n ie m momentem s ta ły m p o c z ą t e k r o z r u c h u w in ie n być ła g o d n y , wy
s t ę p u j ą t u bowiem duże o s c y l a c j e k ą t a mooy, n a t o m i a s t po l o h u s t a l e n i u można z m ie n i a ć f s z y b c i e j . Dla z a p e w n ie n ia praw idłow ego s z y b k ie g o r o z r u - ohu k o n i e c z n a J e s t kompensaoja spadku n a p i ę c i a na r e z y s t a n c j i t w o r n i k a .
Z pomiarów w y ra ź n i e w y n ik a , że o i l e w ięź magnetyozna przepływów tw o r n i k a i m agneśnicy n i e j e s t z e r w a n a , n ie w y s t ę p u j ą z j a w i s k a t ł u m i e n i a , a wpływ małych zmian prądu t w o r n i k a na w z b u d z e n ie , j a k t e ż wpływ d rg ań p r ą du w zb u d z en ia na t w o r n i k j e s t p o m i j a l n y .
W a n a l i z i e t a k i e j praoy można z b a r d z o dobrym p r z y b l i ż e n i e m z a s t ą p i ć z a l e ż n o ś c i ró ż n ic z k o w e między V , i - a l g e b r a i c z n y m i , oo n i e z m i e r n i e u ł a t w i a r o z w i ą z a n i e u k ła d u równań s i l n i k a , n p . na maszynie a n a lo g o w e j Q(J . Sposób r o z w i ą z a n i a musi je d n a k zapew nić w ta k im wypadku małą zm ienność ką
t a mocy w całym p r o o e s i e .
LITERATURA
1 . L a b o r a t o r i u m napędu e l e k t r y c z n e g o - p r a o a z b i o r o w a , s k r y p t P o l i t e c h n i k i Ś l ą s k i e j . G liw ioe 1971.
2 . M y r c ik C z . : A n a l i z a m o ż liw o śo i r o z r u o h u c z ę s t o t l i w o ś c i o w e g o s i l n i k a s y n c h r o n i c z n e g o . Z e s z y ty Naukowe P o l i t e c h n i k i Ś l ą s k i e j , E l e k t r y k a . 38 3 . K uczewski Z . , Gogolewski Z . s Napęd e l e k t r y o z n y , WNT, Warszawa 1971.
HACTfcTHłfii JlyCK UfcffitPCHHOrO flBforATEJUi - L3MEPEHK.5i 3 PEAUbHOłi ChCTEME
P e 3 n M e
3 CTHTfce noMemeHH ocuum orpauM u MsuepeHHK, BtuioJiHeHHije b c m c teMe• c h h- z p o h k u ż reH epaT op c p e r y J i M p y e M o k c k o p o c t ł b B p a m e H u a - c k h x p o h h h m . n B H r a -
rezfc.
Rozruoh o z g s t o t l i w o é c i o w y s i l n i k a s y n o h r o n i c z n e g o . . 259
3h b o»k H 3 n p o B e s e i i h O C u c c j i e ^ o B a H H M n o B B o a a i o T o u o h v i tb b o b m o x h o c t k u a c - T c T H o r o n y c K a a a n u x c h h x p o h h h x j B H r a T e j i e ü a T a i a c e y n p o c T H Tb y p a a H e B a a x b* - r a T e J i a , T p e O y e M h i e , . k n p a u e p y , x j i h p a c u e t a T a K c r o n y c x a H a a H a j i o r O B O H u a -
BlHHe.
A FREQUENCE STARTING OF SYNCHRONOUS MO TO R-MEASUTEMANTS IN REALLY CIRCUIT
S u m m a r y
The o s o i l l o g r a p h r e c o r d s t a k e n i n t h e l a b o r a t o r y sy stem c o n s i s t i n g o f synchronous g e n e r a t o r w i t h o o n t r o l e d r o t a t i o n a l sp e ed and sy n c h ro n o u s mo
t o r a r e g iv e n i n t h e p a p e r . The a n a l y s i s o f t h e r e c o r d s p e r m i t s t o e s t i mate p o s s i b i l i t i e s o f a f r e q u e n o y s t a r t i n g o f t h e s m a l l s y n c h r o n o u s mo
t o r s and t o s i m p l i t y t h e e q u a t i o n s o f t h e motor f o r a n a l o g c o m p u t a t i o n o f the f r e q u e n o y s t a r t i n g .
