Jeśli jesteś właścicielem tej strony, możesz wyłączyć reklamę poniżej zmieniając pakiet na PRO lub VIP w panelu naszego hostingu już od 4zł!
Strona wykorzystuje pliki cookies, jeśli wyrażasz zgodę na używanie cookies, zostaną one zapisane w pamięci twojej przeglądarki. W przypadku nie wyrażenia zgody nie jesteśmy w stanie zagwarantować pełnej funkcjonalności strony!

Regulacja pędkości silników



Z powyższego wzoru wynikają następujące możliwości regulacji:
1. Przez zmianę napięcia U zasilania twornika,
2. przez zmianę oporności Rt w obwodzie twornika,
3. przez zmianę strumienia magnetycznego Φ.

Wszystkie metody znajdują praktyczne zastosowanie. Różnią się od siebie pod względem zakresu, kierunku oraz ekonomii regulacji.

Regulacja szeregowa
Polega ona na włączeniu w obwód twornika dodatkowej rezystancji. Przez powiększenie oporności (włączanie coraz to większej rezystancji dodatkowej Rd regulujemy prędkość obrotową w dół od prędkości znamionowej do zera. Regulacja szeregowa jest regulacją nieekonomiczną - chcąc zmiejszyc prędkość obrotową do połowy tracimu na oporniku regulacyjnym do 50% mocy. Z tego powodu tej metody nie stosujemy dla silników średniej i dużej mocy oraz w układach, gdzie jest wymagana ciągła zmiana prędkości. Na poniższych rysunkach przedstawiono wpływ zmiany oporności na prędkość obrotową silnika bocznikowego i szeregowego.



Regulacja równoległa

Polega ona na osłabieniu pola magnetycznego, czyli na osłabieniu strumienia Φ. W tym celu włączamy w obwód wzbudzenia rezystor dodatkowy Rd. W silniku bocznikowym rezystancję regulacyjną łączymy szeregowo ze wzbudzeniem a w szeregowym bocznikujemy (łączymy równolegle) obwód wzbudzenia. Wracając do równania na prędkość widzimy, że osłabienie pola wpływa na wzrost prędkości obrotowej. Regulacja bocznikowa jest regulacją w górę od prędkości znamionowej (nN) do 3nN.
Mówiąc o regulacji bocznikowej należy zwrócić uwagę na skutki wynikające z nadmiernego osłabienia pola lub nawet jego zaniku. Jeżeli przy biegu jałowym strumień osiągnąłby wartość strumienia remanentu, a silnik utrzymałby się w ruchu, to jego prędkość wzrosłaby wielokrotnie (silnik zacząłby się rozbiegać). Dlatego też obwodu wzbudzenia silnika bocznikowego nie można rozwierać, a w silniku szeregowym zwierać.
Wpływ zmiany oporności na prędkość obrotową silnika bocznikowego i szeregowego przedstawiono poniżej.



Regulacja przez zmianę napięcia
Układ trakcyjny
Duża zależność prędkości obrotowej od momentu oraz duży moment rozruchowy zadecydowały o tym, że silniki szeregowe znalazły duże zastosowanie w trakcji elektrycznej. Najbardziej rozpowszechnionym układem jest układ dwóch silników szeregowych, które w celu regulacji prędkości obrotowej raz łączy się szeregowo a drugi raz równolegle. W pierwszym momencie na każdy z silników przypada połowa napięcia zasilającego. Po przełączeniu na układ równoległy, oba silniki zasilane są pełnym napięciem. Skokowa zmiana napięcia wywołuje duże uderzenia prądu oraz gwałtowne skoki prędkości. Aby zminimalizować te zjawiska wprowadza się regulatory (rozruszniki) Rr.

Układ Leonarda


Regulacja prędkości polega tu na zmianie napięcia U zasilania twornika silnika roboczego M2. Źródłem zasilania silnika jest prądnica P przeznaczona wyłącznie do tego celu. Jest ona napędzana przez silnik asynchroniczny M1 ponieważ z reguły mamy do dyspozycji sieć prądu zmiennego. Prądnica sterująca pracuje więc przy stałej prędkości obrotowej. Zarówno prądnica P jak i silnik roboczy M2 są maszynami obcowzbudnymi, których wzbudzenia zasilane są zwykle z oddzielnej wzbudnicy W, osadzonej na wspólnym wale z silnikiem M1. Regulując prąd wzbudzenia prądnicy P za pomocą regulatora Rrw1 mamy możność zmieniać w sposób ciągły napięcie U tej prądnicy (a więc i napięcie przekazywane do silnika roboczego M2) w granicach od 0 do napięcia znamionowego. Zmianie napięcia odpowiada zmiana prędkości obrotowej silnika M2 od 0 do n = nN. Regulacja taka jest ekonomiczna, albowiem polega wyłącznie na regulacji prądu wzbudzenia prądnicy sterującej. Zmianę kierunku wirowania silnika M2 przeprowadza się przez zmianę kierunku prądu wzbudzenia prądnicy P (regulator Rrw1). Chcąc uzyskać prędkości większe niż ta, która występuje przy napięciu znamionowym, możemy zastosować regulację przez osłabienie pola silnika roboczego M2(regulator Rrw2).

Silniki prądu stałego

Praca każdego silnika charakteryzowana jest przez wielkości takie jak:

U – napięcie twornika,
I – prąd obciążenia,
M – moment obciążenia,
n – prędkość obrotowa

Właściwości silników określa się na podstawie zależności:

 cM,  cE - stałe konstrukcyjne silnika, Φ - strumień magnetyczny, Ia - prąd twornika, Rac - rezystancja obwodu twornika

Właściwości ruchowe silników można również określić graficznie przy pomocy charakterystyk:
– mechanicznych n=f(I) lub n=f(M) przy U = const, Rf = const
– oraz ch-ki momentu M=f(I) przy U = const, Rf = const

Silniki tak samo jak prądnice dzieli się na obcowzbudne i samowzbudne: bocznikowe, szeregowe, szeregowo-bocznikowe.


 

Silnik bocznikowy i obcowzbudny


Charakterystyka bocznikowa jest nazywana charakterystyką sztywną, gdyż zmiana momentu obciążenia w niewielkim stopniu wpływa na zmianę prędkości obrotowej. W silniku bocznikowym I = If + Ia.

Charakterystyka mechaniczna silnika bocznikowego.

 

 Charakterystyka momentu silnika bocznikowego.

 

 

Silnik szeregowy

W silniku szeregowym I = If = Ia. Należy pamiętać, że silnik szeregowy nie może pracować bez obciążenia i musi być połączony z maszyną roboczą przy pomocy sprzęgła. Silnik pracujący w stanie jałowym lub przy małych obciążeniach osiąga bardzo duże prędkości obrotowe, co może doprowadzić do uszkodzenia silnika ze względu na przekroczenie jego wytrzymałości konstrukcyjnej.

Charakterystyka mechaniczna silnika szeregowego.

 

Charakterystyka momentu silnika szeregowego.

Porównanie charakterystyk momentu silnika szeregowego i bocznikowego.

 

Oddziaływanie twornika

Obraz pola magnetycznego wytworzonego przez bieguny główne oraz rozkład indukcji przedstawiono poniżej.

Obraz pola magnetycznego wytworzonego przez twornik oraz rozkład indukcji twornika przedstawiono na poniższym rysunku.

Strumień twornika jest skierowany prostopadle do strumienia głównego. Nakładając się na strumień główny, zniekształca go dając strumień wypadkowy. Obraz wypadkowego pola przedstawiono poniżej

Zniekształcenie głównego pola magnetycznego przez pole magnetyczne twornika jest nazywane oddziaływaniem twornika. Wskutek oddziaływania twornika:
• zmienia się rozkład indukcji magnetycznej pod biegunami,
• indukcja jest równa zeru nie w osi neutralnej maszyny, lecz w punkcie przesu­niętym w stosunku do niej o pewien kąt,
• zmniejsza się w wypadkowy strumień w maszynie nasyconej.

Zniekształcenie indukcji magnetycznej przedstawia krzywa

Zniekształcenie przebiegu indukcji pod biegunami powoduje, że w niektórych zezwojach znajdujących się w polu o większej indukcji, indukuje się większe napięcie niż przy biegu jałowym; może to być powodem zwiększenia napięcia międzywycinkowego do takiej wartości, że wystąpi iskrzenie na komutatorze.
Przesunięcie osi neutralnej powoduje, że w osi poprzecznej, gdzie są umieszczone szczotki, występuje pole magnetyczne o pewnej indukcji magnetycznej, a wiec w zwojach zwartych przez szczotkę indukuje się napięcie, co powoduje przepływ znacznego prądu w tych obwodach i pojawienie się iskrzenia pod szczotkami.
Zmniejszenie strumienia powoduje spadek indukowanego napięcia.

Komutacja

Zezwój, przemieszcza się ze strefy jednego bieguna głównego i wchodzi w strefę neutralną, w której znajdują się szczotki. Przechodząc z jednej gałęzi równoległej do drugiej następuje w nim zmiana kierunku prądu na przeciwny. Zmiana kierunku prądu następuje w chwili, gdy zezwój jest zwierany przez szczotkę. W związku z powyższym proces zmiany kierunku prądu w zezwoju i występujący przy tym zespół zjawisk nazywamy komutacją. Zła komutacja wywołuje iskrzenie, które może prowadzić do zniszczenia szczotek i komutatora. Komutację uważa się za zadowalającą, gdy szczotki nie iskrzą. Rozróżnia się mechaniczne i elektryczne przyczyny iskrzenia szczotek.

Do przyczyn mechanicznych zalicza się przede wszystkim nierównomierność powierzchni, zanieczyszczenie lub niecentryczność komutatora, złe przyleganie szczotek oraz ich drgania. Natomiast do przyczyn elektrycznych zaliczamy gęstość prądu na styku między szczotką a komutatorem.
Podstawą do oceny komutacji jest tzw. krzywa komutacji przedstawiająca przebieg prądu Ia w okresie komutacji. Najbardziej korzystna jest tzw. komutacja prostoliniowa, w czasie której zmiana prądu w zezwoju zwartym przez szczotkę przebiega liniowo, a przy tym w połowie okresu komutacji prąd Ia jest równy zeru (poniższy rysunek).

Przebieg prądu w okresie komutacji l - komutacja prostoliniowa, 2 - komutacja opóźniona, 3 - komutacja przyspieszona, 4 -komutacja idealna

Budowa maszyny prądu stałego

Każda maszyna składa się z dwóch podstawowych części: nieruchomego stojana i wirującego wirnika. Stojanjest najczęściej magneśnicą, ponieważ w nim jest wytwarzane pole magnetyczne. W skład stojana wchodzą: jarzmo, bieguny główne z uzwojeniem wzbudzającym, bieguny pomocnicze (komutacyjne) z uzwojeniem, tarcze łożyskowe i trzymadła szczotkowe.

1- twornik, 2 - jarzmo stojana, 3 - biegun główny, 4 – nabiegunnik, 5 - biegun pomocniczy(komutacyjny), 6 - uzwojenie wzbudzenia, 7 - uzwojenie biegunów pomocniczych, 8 - uzwojenie twornika, 9 - komutator, 10 - szczotki.

Jarzmo stojana, które jest odlewem żeliwnym lub staliwnym, jest jednocześnie częścią obwodu magnetycznego i elementem konstrukcyjnym pełniającym rolę kadłuba, do którego są przymocowane pozo­stałe elementy.
W maszynach prądu stałego, z wyjątkiem małych maszyn, pole magnetyczne jest wytwarzane przez elektromagnes – uzwojenie nawinięte na bie­gunach głównych. Pole magnetyczne wytworzone w rdzeniu bieguna jest prawie stałe, za wyjątkiem nabiegunnika, gdzie występuje pewna pulsacja strumienia spowodowana przez otwarte żłobki wirnika. Z tego względu nabiegunniki i rdzenie biegunów (aby zmniejszyć straty wiroprądowe), wykonuje się z pakietu blach.
Bieguny pomocnicze są elektromagnesami, których uzwojenie jest umieszczo­ne na litym, rzadziej pakietowanym rdzeniu stalowym. Uzwojenie to jest zawsze połączone szeregowo z uzwojeniem twornika.
Wirnik jest najczęściej twornikiem, w skład którego wchodzą: rdzeń wykonany z pakietu blach (ze względu na prądy wirowe), uzwojenie twornika umieszczone w żłobkach rdzenia oraz komutator. Komutator jest osadzony na wale wirnika, składa się z wielu wycinków miedzianych umieszczonych na piaście. Wycinki komutatora są odizolowane od siebie i piasty mikanitem. Grubość izolacji miedzywycinkowej wynosi od 0,2-2 mm (w zależności od napięcia). Szerokość wycinka wynosi zwykle kilka milimetrów. Szczelina miedzy twornikiem i biegunem głównym jest stosunkowo duża ze względu na zjawisko oddziaływania twornika (kilka mm). Natomiast szczelina miedzy twornikiem a biegunem pomocniczym może mieć nawet kilka centymetrów.

 

Na poniższych rysunkach przedstawiono kilka elementów silnika prądu stałego:

  • biegun główny wraz z nabiegunnikiem

 

 

  • uzwojenie wzbudzenia

 

  • komutator