Zastosowanie silników indukcyjnych w kopalniach (z wykresem)
Po przeczytaniu tego artykułu dowiesz się o: - 1. Silnikach indukcyjnych w kopalniach 2. Zasada działania silnika indukcyjnego w kopalniach 3. Efekt indukcji w wirniku 4. Uruchomienie silnika indukcyjnego 5. Uruchamianie urządzeń dla silników indukcyjnych 6 . Slipringowe silniki indukcyjne 7. Silniki synchroniczne stosowane w kopalniach 8. Rezystancja izolacji silnika indukcyjnego.
Zawartość:
- Silniki indukcyjne w kopalniach
- Zasada działania silnika indukcyjnego w kopalniach
- Efekt indukcyjny w wirniku
- Uruchamianie silnika indukcyjnego
- Uruchamianie urządzeń do silników indukcyjnych
- Slipringowe silniki indukcyjne
- Silniki synchroniczne używane w kopalniach
- Rezystancja izolacji silnika indukcyjnego
1. Silniki indukcyjne w kopalniach:
W kopalniach silniki indukcyjne są najczęściej używane w obudowie ognioszczelnej. Poza obudową wydajność silników indukcyjnych jest taka sama, jak w przypadku innych silników, zgodnie z konkretną konstrukcją. Wiemy z naszego doświadczenia i wiedzy, że wśród silników indukcyjnych typy klatek wiewiórek są najprostszymi ze wszystkich silników elektrycznych.
Silniki indukcyjne składają się tylko z dwóch części. Jednym z nich jest stojan, stacjonarne uzwojenie, które jest połączone z zasilaniem, a drugie jest wirnikiem-obrotowym uzwojeniem, które obraca się w stojanie i napędza obciążenie.
Silniki klatkowe mogą być zaprojektowane do pracy z zasilaniem jedno- lub trójfazowym. Trójfazowy silnik indukcyjny uruchomi się pod obciążeniem zaraz po włączeniu zasilania. Rozruszniki są używane tylko wtedy, gdy konieczne jest zmniejszenie prądu rozruchowego.
Ze względu na swoją prostotę silniki klatkowe są szeroko stosowane w kopalniach, a także w innych gałęziach przemysłu. Są używane pod ziemią do prowadzenia wiertarek, przecinarek do węgla; ładowarki, przenośniki i transportery, a także można je znaleźć w szerokim zakresie w pompach, wentylatorach pomocniczych i małych sprężarkach.
Stojan składa się z wydrążonego cylindra zbudowanego z laminowania miękkiego żelaza. Wnętrze cylindra jest rozcięte, aby przyjąć przewody trójfazowego uzwojenia. Przewody uzwojenia są izolowane od siebie, a cała izolacja stojana jest odpowiednio impregnowana lakierem lub żywicą o specjalnym gatunku elektrycznym, aby zapobiec wnikaniu, wilgoci i zabrudzeń oraz wszelkich innych ciał obcych.
Rdzeń i cewka są wykonane w jarzmie stalowym lub żeliwnym. Rys. 11.1 (a) pokazuje szkic stojana.
Rys. 11.1 (b) pokazuje szkic wirnika klatkowego. Wirnik składa się z cylindrycznej klatki z prętów miedzianych lub prętów aluminiowych (odlanych w przypadku małych silników) i zwartych pierścieniem z miedzi lub mosiądzu na każdym końcu, co nadaje mu kształt klatki. Dlatego silniki indukcyjne nazywane są również silnikami klatkowymi, ponieważ wyglądają jak klatka wiewiórkowa.
Alternatywnie cała klatka może być odlewana w jednym kawałku ze stopu aluminium. Klatka jest osadzona w cylindrycznym rdzeniu, zbudowanym z miękkich, żelaznych warstw, która jest kluczowana do wału, już odpowiednio obrobionego. Wirnik jest podparty za pomocą łożysk na każdym końcu wału.
Jest dopasowany do stojana, tak że występuje bardzo mała szczelina powietrzna o wielkości kilku tysięcznych cala (generalnie zmieniająca się od 0, 015 do 0, 028 na każdej stronie) pomiędzy powierzchnią wirnika i wewnętrzną powierzchnią stojana.
Mała, ale jednakowa szczelina powietrzna jest niezbędna do sprawnego działania silnika indukcyjnego jako całości. W rzeczywistości znaczenie szczeliny powietrznej jest tak duże, że jeśli nie jest ona prawidłowo obrabiana, cały silnik zmienia swoją charakterystykę i wydajność.
2. Zasada działania silnika indukcyjnego w kopalniach:
Podobnie jak w przypadku wszystkich innych silników elektrycznych, silnik klatkowy wytwarza moc mechaniczną za pośrednictwem zasady silnika, jak opisano w reakcji prądów przenoszących prąd w wirniku z polem magnetycznym. Cechą charakterystyczną silnika indukcyjnego jest to, że prądy w przewodach wirnika są indukowane przez to samo pole, z jakim reagują.
Wydajność i działanie silnika indukcyjnego zależy od możliwości wytworzenia pola magnetycznego, które się obraca, a uzwojenia, które go wytwarzają, pozostają nieruchome.
Takie pole może być wytwarzane tylko przez uzwojenie podłączone do zasilania prądem przemiennym, podczas gdy, jeśli prąd stały jest doprowadzany do uzwojenia w celu wytworzenia pola elektromagnetycznego, położenie pola w przestrzeni jest ustalane w całości przez położenie meandrowy. Pole można obrócić tylko obracając same uzwojenia.
Możemy zaprojektować stojan silnika indukcyjnego w celu wytworzenia wirującego pola o dwóch, czterech, sześciu lub dowolnej parzystej liczbie biegunów, a następnie projekt uzwojenia będzie zależał od wymaganej liczby biegunów. Każda faza zasilania jest połączona z uzwojeniem w stojanie.
Uzwojenia są tak zaprojektowane, że każdy z nich zapewnia wymaganą liczbę biegunów, a uzwojenia są połączone w gwiazdę lub trójkąt. W formacji gwiazdy trzy końce uzwojeń niepołączonych z zasilaniem są ze sobą połączone.
Uzwojenia w każdej fazie są rozmieszczone w taki sposób, że w każdym pół cyklu swojej fazy jedna połowa uzwojenia wytwarza bieguny północne, podczas gdy druga połowa wytwarza bieguny południowe. Biegunowość każdego uzwojenia zmienia się w każdym półcyklu.
Uzwojenia są równomiernie rozmieszczone wokół stojana w kolejności faz. Uzwojenia wytwarzają biegun północny podczas dodatniego półcyklu ich fazy. Typowy układ uzwojeń pokazano schematycznie na ryc. 11.2 (a).
Jednak rys. 11.2 (b) pokazuje, jak dwubiegunowe pole wirujące jest wytwarzane przez stojan mający sześć zwojów. Z powodu zależności między przemiennymi cyklami w trzech fazach natężenie prądu osiąga wartość szczytową w kolejnych zwojach wokół stojana.
Wtedy biegun pola kruszyw będzie w pewnym momencie nawijał 1A (północ) i IB (południe), następnie będą one nawijać 3B (północ) i uzwojenie IB (północ) i 1A (południe) i tak dalej. Efekt podłączenia zasilania trójfazowego do stojana mającego sześć zwojów polega na wytworzeniu dwubiegunowego pola magnetycznego, które uzupełnia jeden obrót dla każdego cyklu zasilania.
Prędkość rotacji pola:
W przypadku pola dwubiegunowego w celu ukończenia jednego obrotu każde uzwojenie w stojanie musi mieć polaryzację północną raz i polaryzację południową tylko jeden raz. Pole dwubiegunowe obraca się raz na cykl, ponieważ każde zwojów zmienia biegunowość raz w trakcie cyklu.
Aby pole czterobiegunowe wymagało jednego obrotu, każde uzwojenie musi mieć każdą polaryzację dwukrotnie. W przypadku sześciobiegunowego pola jeden obrót wymaga, aby uzwojenie miało trzy biegunowość i tak dalej.
Teraz, gdy widzimy, że uzwojenia zmieniają biegunowość tylko raz na cykl, wynika z tego, że im więcej biegunów, tym wolniejszy będzie obrót pola i prędkość wirnika. Na przykład po podłączeniu do 50 c / s. zasilanie, pole dwubiegunowe obraca się z prędkością 3000 obrotów na minutę, pole czterobiegunowe z prędkością 1500 obrotów na minutę, pole sześciobiegunowe z prędkością 1000 obrotów na minutę i pole ósmego pola z prędkością 750 obrotów na minutę.
Prędkość tego obrotu pola nazywana jest prędkością synchroniczną i można to opisać za pomocą formuły;
Pole można obrócić zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. W rzeczywistości, aby odwrócić kierunek obrotu, wystarczy zmienić kolejność dowolnych dwóch faz. Na przykład, jeśli połączenia fazowe mają wartość 1-2-3 i obrót zgodny z ruchem wskazówek zegara, wówczas obrót przeciwnie do ruchu wskazówek zegara zostanie uzyskany poprzez połączenia 3-2-1, 2-1-3 lub 1-3-2.
3. Efekt indukcyjny w wirniku:
Kiedy uzwojenie stojana jest podłączone do stojana, wirujące pole magnetyczne przesuwa się po przewodach wirnika. Te przewody są zatem w zmiennym polu magnetycznym. Każdy przewodnik ma indukowany w nim emf, a ponieważ wszystkie przewody wirnika są zwarte, a zatem połączone ze sobą za pomocą pierścieni końcowych, prądy mogą krążyć.
Efekt jest dokładnie taki sam, jak gdyby pola były nieruchome, a przewody wirnika były odwrócone w kierunku przeciwnym do kierunku, w którym obraca się pole stojana.
Kierunek przepływu prądu w przewodach wirnika można zatem znaleźć, stosując zasadę prawej ręki Fleminga dla generatorów. Ryc. 11.3 ilustruje wyraźnie wyjaśnienie indukcji prądu i jego działania powodującego siłę i ostatecznie obrót wirnika.
Ze względu na zasadę indukcji prądy są indukowane w przewodach wirnika, zasada działania silnika jest uruchamiana, a siła jest wywierana na każdy przewodnik. Stosując zasadę lewostronnych Flemings dla silników, można zauważyć, że w każdym przewodniku siła silnika działa w kierunku przeciwnym do kierunku, w którym przewodnik musi się poruszać w celu indukowania prądu motywującego.
W silniku indukcyjnym siła działająca na każdy przewodnik ma tendencję do przemieszczania go w tym samym kierunku, w którym obraca się na nim wirujące pole stojana. Zjawisko to wyjaśniono na ryc. 11.4. Siły działające na połączone z sobą przewodniki wytwarzają moment obrotowy, który obraca wirnik w kierunku obrotu pola, a zatem wirnik obraca się tak długo, jak uzwojenie stojana jest połączone ze zdrowym zasilaniem.
Moment obrotowy wytwarzany przez silnik zależy od natężenia prądu płynącego w wirniku. Prądy ciężkie reagują z wirującym polem, aby wytworzyć duży moment obrotowy; i, zgodnie z tą samą zasadą, prądy świetlne wytwarzają tylko mały moment obrotowy.
Siła prądu indukowanego w wirniku zależy z kolei od prędkości, z jaką wirujące pole przesuwa się po przewodach, tj. Po względnym ruchu między wirnikiem a polem, który nazywany jest poślizgiem.
W rzeczywistości duża ilość poślizgu powoduje duży indukowany prąd, ale jeśli wirnik zbliża się do prędkości synchronicznej, indukowane prądy są zmniejszane, a moment obrotowy spada. Wirnik nigdy nie osiągnie prędkości synchronicznej, ponieważ przy tej prędkości nie ma względnego ruchu między wirnikiem a polem i nie zapewniono żadnego momentu obrotowego.
Wielkość poślizgu, a tym samym prędkość silnika są bezpośrednio związane z momentem obrotowym wymaganym do napędzania ładunku. W czterobiegunowej maszynie działającej w 50 c / s. system zasilania i rozwój powiedzmy 50 koni mechanicznych, prędkość pola stojana będzie 1500 rpm.
Teraz, pracując przy pełnym obciążeniu, prędkość silnika będzie wynosić od 1450 do 1470 obr./min., W zależności od wydajności silnika. Jednakże, gdyby obciążenie zostało zmniejszone, silnik przyspieszyłby nieznacznie, a przy braku obciążenia silnik pracowałby z prędkością poniżej 1500 obr./min., Powiedzmy przy około 1490 do 1495 obr./min.
Prędkość silnika zależy więc przede wszystkim od prędkości synchronicznej pola stojanu i jest nieznacznie modyfikowana przez napędzane obciążenie. Nie ma zadowalających i udowodnionych skutecznych sposobów kontrolowania lub zmieniania prędkości prostego silnika indukcyjnego, tak, że ze wszystkich praktycznych zastosowań jest to silnik o stałej prędkości.
Z tego powodu silnik indukcyjny stał się tak popularny, że większość napędu wymaga stałej prędkości. Współczesna cywilizacja przemysłowa powinna dziękować naukowcom w napięciu za swój wynalazek silnika indukcyjnego w 1885 roku.
4. Uruchomienie silnika indukcyjnego:
Silnik indukcyjny klatkowy uruchomi się pod obciążeniem, jeśli zostanie bezpośrednio włączony, aby uzyskać pełniejsze napięcie zasilania. Metoda uruchamiania jest określana jako przełączanie lub uruchamianie bezpośrednie-on-line (DOL). W momencie rozruchu, poślizg (a zatem indukowany prąd wirnika) jest największy, tak że silnik pobiera prąd z zasilania, aż osiągnie normalną prędkość roboczą.
Silnik klatkowy może mieć od pięciu do sześciu razy więcej niż normalny prąd pełnego obciążenia.
Wszystkie mniejsze silniki klatkowe używane w kopalni, takie jak te w sprzęcie czołowym, są uruchamiane przez bezpośrednie przełączanie linii. Aby uwzględnić prąd rozruchowy, wszystkie urządzenia zabezpieczające w obwodzie silnika są tak zaprojektowane, aby nie zadziałały podczas okresu rozruchu.
W okresie, w którym silnik jest uruchamiany i pracuje z dużą prędkością, pobierany prąd ciężki zmniejsza moc dostępną dla innych maszyn współdzielących linie dystrybucyjne. Z tego powodu wirniki wielu podziemnych silników są zaprojektowane tak, aby maksymalnie ograniczyć początkowy przypływ prądu.
Jedną z metod ograniczania prądu rozruchowego jest zapewnienie wirnikowi podwójnej, a nawet potrójnej klatki. Prąd może być również ograniczony przez staranne zaprojektowanie prętów klatki.
Ryc. 11.5 pokazuje szkic wirnika z podwójnym klatką, a na ryc. 11.6 pokazano przekroje Pręty wirnika stosowane zwykle w wirnikach z podwójną klatką. W rzeczywistości, rotor z podwójną klatką jest skonstruowany z klatką o wysokiej rezystancji osadzoną w powierzchni rdzenia, a klatka miedziana o niskiej rezystancji osadzona jest głęboko w rdzeniu.
W momencie rozruchu, gdy wirnik jest nieruchomy, częstotliwość emf indukowana w prętach klatki, która zależy od różnicy między prędkością wirnika i wirującego pola, wynosi około 50 c / sie częstotliwości zasilania.
Na tej częstotliwości miedziana klatka otoczona żelazem ma bardzo wysoką reaktancję indukcyjną, która zapobiega przepływowi w nim ciężkiego prądu. Prąd indukowany w klatce zewnętrznej jest wystarczający, aby umożliwić rozruch silnika z wysokim momentem obrotowym (do dwukrotności normalnego momentu obciążenia), ale rezystancja klatki ogranicza prąd rozruchowy.
Gdy silnik gromadzi prędkość, różnica pomiędzy prędkością wirnika i wirującego pola jest znacznie zmniejszona, a częstotliwość wywołanego siły elektromotorycznej staje się znacznie mniejsza. Reaktancja klatki miedzianej jest zatem znacznie mniejsza, indukowane w niej prądy są w konsekwencji silniejsze (chociaż wywołany emf staje się znacznie mniejszy), a klatka przejmuje główną rolę w wytwarzaniu momentu obrotowego.
Istnieje również potrójny wirnik klatkowy, który ma trzy oddzielne klatki. Zaczyna się na klatce o bardzo wysokiej odporności, a druga klatka pośrednia przejmuje kontrolę, zanim główna klatka będzie w pełni działać. Istnieje jednak inny typ wirnika z pojedynczą klatką, który działa w sposób bardzo podobny do wirnika z podwójnym klatką. Posiada pręty o specjalnie zaprojektowanych przekrojach, jak pokazano na Rys. 11.6, pokazujące dwa możliwe kształty.
Duża część każdego pręta jest osadzona głęboko w rdzeniu, a ta część ma wysoką reaktancję na rozruch. Prąd płynie tylko w małych sekcjach w pobliżu powierzchni, które oferują wysoką odporność na silne prądy. Dlatego silnik zaczyna się od wysokiego momentu obrotowego i umiarkowanego prądu rozruchowego.
Gdy silnik gromadzi prędkość, zmniejsza się reaktancja głęboko ustawionych części prętów, dzięki czemu prąd może swobodnie przepływać przez cały pręt. Klatka działa wtedy jako klatka o niskiej oporności.
Omówmy w skrócie wyrażenia momentu rozruchowego (T s ) i prądu rozruchowego (I s ), zgodnie z równoważnym schematem przedstawionym na rysunku 11.7. Wyrażenia te podano, ponieważ będą pomocne inżynierom elektrykom w zrozumieniu działania i problemów silników indukcyjnych.
Jeśli P 1 = Wejście zasilania, V 1 = Napięcie wejściowe do stojana, a I 1 = prąd wejściowy do stojana, a cos φ 1 to współczynnik mocy, a następnie
Pobór mocy na fazę
Z tego I 12R jest rozpraszany w uzwojeniach stojana, a strata (-E 1 ) I 1 ogrzewa rdzeń, z powodu histerezy i prądów wirowych. Tutaj R 1 = Rezystancja stojana, a E 1 = Emfor indukowany przez stojana na fazę.
Dlatego P 1 można wyrazić w następujący sposób:
Kąt pomiędzy wektorami (-E 1 ) i (-) I 2 jest (jak pokazano na rys. 11.7 (b), przedstawiający wykres wektorowy silnika indukcyjnego) pomiędzy E 2 i I 2 w wirniku, pokazany jako φ 2 . Ponieważ (-E 1 ) jest komponentem napięciowym związanym ze strumieniem wzajemnym, a (-I 2 ) jest składową prądową równoważną prądowi wirnika, wówczas (-E 1, ) (-I 2 ) Cos φ 2 musi być moc dostarczana przez transformator do wirnika, tzn.
Można to wyjaśnić, że z mocy dostarczonej do wirnika, część s jest wykorzystywana w samym rotorze i traci w wirniku jako ciepło. Teraz pozostałe (1-s) P 2 nie pojawiają się na wykresie wektorowym wśród wielkości wirnika.
W rzeczywistości jest on przekształcany w moc mechaniczną i rozwijany na wale wirnika, co można zatem wyrazić jako:
P m = (ls) P 2 (a to obejmuje tarcie i moc wiatrową).
. . . Całość można wyrazić jako:
Oznacza to, że moc wirnika zawsze będzie dzielona w tym stosunku. W rzeczywistości moment obrotowy jest wprost proporcjonalny do mocy wejściowej wirnika, P2; i który sam w sobie jest proporcjonalny do wkładu stojana, biorąc pod uwagę, że straty stojana są niewielkie. Dlatego też sygnał wejściowy silnika jest wprost proporcjonalny do momentu obrotowego dla danego strumienia głównego i napięcia stojana.
5. Uruchamianie urządzeń dla silników indukcyjnych:
Urządzenia rozruchowe są wymagane głównie w celu zmniejszenia prądu rozruchowego silników. A to odbywa się za pomocą zewnętrznego sprzętu kontrolnego. Te metody to uruchamianie gwiazda-trójkąt i uruchamianie autotransformatora.
Są one używane czasami w przypadku cięższych silników, takich jak te używane do napędzania pomp o dużej obciążalności itp. W takich silnikach, jeśli do uruchomienia silnika zostanie użyte zasilanie bezpośrednie, z powodu dużego prądu rozruchowego, zasilanie zostanie przerwane.
Rozgałęzienie gwiazda-trójkąt:
Maszyna zaprojektowana do rozruchu w układzie gwiazda-trójkąt (w przeciwieństwie do maszyny zaprojektowanej do bezpośredniego rozruchu linii lub rozruchu automatycznego transformatora) będzie miała dwa końce każdej fazy wyprowadzone z oddzielnych zacisków, dając w sumie sześć zacisków dla pola stojana. Przełącznik jest następnie podłączony do obwodu, jak pokazano na Rys. 11.8, dzięki czemu połączenie pola stojana może zostać zmienione poprzez zmianę położenia przełącznika.
System działa w ten sposób - urządzenie jest uruchamiane ze stojanem podłączonym w gwiazdę; kiedy maszyna osiągnęła pełną prędkość, przełącznik jest przełączany, tak że uzwojenia stojana są połączone w trójkąt, a maszyna pracuje przez cały czas swojej normalnej pracy z połączeniem w trójkąt.
Dla dowolnego uzwojenia pola użytego prądu, gdy fazy są połączone w gwiazdę jest mniej (przez
Prąd rozruchowy to zatem około dwa razy prąd pełnego obciążenia. Rozruch w gwiazdę redukuje w pewnym stopniu moment rozruchowy, ale może nie być możliwe uruchomienie silnika przy pełnym obciążeniu.
Podczas uruchamiania, gdy uzwojenie jest tymczasowo połączone w gwiazdę, napięcie fazowe zostaje zredukowane do
Ta metoda rozruchu jest tania i skuteczna, o ile początkowy moment obrotowy nie jest wymagany, aby przekroczyć około 50% momentu obciążenia pełnego. Może być stosowany do obrabiarek, pomp itp.
Rezystancja początkowa stojana (SRS) :
Jak wiemy z zasad silników indukcyjnych, że moc wyjściowa i moment obrotowy dla danego poślizgu zmienia się jako kwadrat przyłożonego napięcia. Dlatego każde zmniejszenie przyłożonego napięcia oznacza równoczesne zmniejszenie początkowego momentu obrotowego.
Tę zasadę stosuje się w metodzie rozruchu stojana, łącząc trójfazowe zespoły rezystorów zewnętrznych szeregowo ze złączem stojana. Rys 11.8 (a) pokazuje prosty obwód dla tego typu rozruchu.
Gdy napięcie wejściowe stojana zostanie zmniejszone (poprzez ustawienie zewnętrznej rezystancji stojana) z jego wartości normalnej, powiedzmy, do frakcji x, prądy zerowe i zwarciowe zostaną zmienione niemal w tej samej proporcji. Ale główny strumień, który w zakresie normalnych obciążeń jest w przybliżeniu stały, jest określony przez przyłożone napięcie i zmniejszy się zasadniczo proporcjonalnie do zmniejszonego napięcia.
Prąd magnesujący będzie podobnie zmniejszany, o ile obwód magnetyczny nie jest silnie nasycony. Co więcej, straty rdzenia są proporcjonalne w przybliżeniu do kwadratu gęstości strumienia, a w konsekwencji do napięcia; aktywny składnik prądu jałowego zostanie zmniejszony proporcjonalnie do spadku napięcia.
O ile zwarcie wynika z ilorazu przyłożonego napięcia i impedancji zwarciowej, to będzie bliskie przybliżenie do funkcji liniowej podawanego napięcia. Dlatego też, jeśli prąd rozruchowy zostanie zmniejszony o ułamek powiedzmy x wartości normalnej, moment rozruchowy również zmniejszy się o x 2 jego wartości normalnej.
Auto-Transformer Starter:
Prąd rozruchowy można również zmniejszyć, łącząc dwa automatyczne transformatory w "V" w trzech fazach uzwojenia stojana, jak pokazano na rys. 11.9. Auto-transformatory mają wpływ na zmniejszenie napięcia przyłożonego do uzwojenia stojana, dzięki czemu zmniejsza się początkowy prąd pobierany przez silnik.
Gdy maszyna zbliża się do pełnej prędkości, autotransformatory są wyłączane, tak że pełne napięcie zasilania jest następnie przykładane do stojana. Tutaj także zmniejsza się do pewnego momentu początkowy moment obrotowy. Rys. 11.9 pokazuje, że auto-transformator służy do zmniejszenia napięcia fazowego do frakcji x wartości normalnej. Następnie prąd silnika przy rozruchu wynosi I s = xl sc, a moment rozruchowy T s = X 2 T sc
Jest to dokładnie to samo, co w przypadku oporu w obwodzie stojana, aby zmniejszyć napięcie. Ale w tej metodzie zaletą jest to, że napięcie jest zmniejszane przez transformator, a nie przez rezystancję.
6. Slipringowe silniki indukcyjne:
Silniki indukcyjne z pochyleniem działają na tej samej zasadzie indukcji, co silniki klatkowe. Różnią się jednak od silników klatkowych w postaci zastosowanego wirnika i metody rozruchu. W przeciwieństwie do silników klatkowych można kontrolować prędkość silnika ślizgowego.
Zasadniczo silniki ślizgowe są stosowane do dużych obciążeń, takich jak napędzanie dużych sprężarek i głównych transportów, gdzie niezbędna jest wysoka moc i ścisła kontrola prądu rozruchowego. Nawet w silnikach głównych nawijaków stosowane są silniki ślizgowe.
Stojany silników ślizgowych są takie same jak silniki klatkowe, ale wirnik silnika ślizgowego składa się z trójfazowego uzwojenia utworzonego z miedzianych przewodów i osadzony w laminowanym miękkim żelaznym rdzeniu.
Przewody i uzwojenia są izolowane od siebie i od rdzenia, a cała izolacja jest impregnowana specjalnym lakierem o jakości elektrycznej. Jeden koniec każdego uzwojenia fazowego jest połączony z punktem gwiazdy w wirniku, a pozostałe końce zwojów są wyprowadzone na trzy ślizgacze zamontowane na wale wirnika.
Wahadła wirnika są połączone z trzema zaciskami za pomocą trzech zestawów szczotek. Rozrusznik, podłączony do zacisków, uzupełnia obwód wirnika na zewnątrz.
Rozrusznik składa się z trzech rezystancji zmiennych połączonych w gwiazdę. Jest on połączony z trzema zaciskami ślizgowymi tak, że każda faza uzwojenia wirnika ma zmienny opór szeregowo z nią, jak pokazano na rys. 11.10.
Opór obwodu wirnika można zatem zmieniać za pomocą zewnętrznego sterowania. Aby uruchomić silnik, opory są ustawione na najwyższą wartość. Po włączeniu zasilania uzwojenia stojana, silnik uruchamia się powoli z wysokim momentem obrotowym i stosunkowo niskim prądem stojana.
Opory są stopniowo redukowane, co pozwala na przyspieszenie silnika, aż do momentu, w którym trzy złącza są w rzeczywistości zwarte, a silnik pracuje z pełną prędkością. Silnik ślimakowy może być uruchamiany poniżej jego maksymalnej prędkości, pozostawiając części zewnętrznych rezystancji szeregowo z uzwojeniami wirnika.
Rzeczywista prędkość silnika będzie zależeć od obciążenia, które napędza, oraz od wielkości oporu pozostawionego w obwodzie. Sterowanie znacznym zakresem prędkości jest możliwe dzięki tej metodzie, ale należy zachować ostrożność w odniesieniu do charakterystyki momentu obrotowego silnika, w przeciwnym razie może dojść do uszkodzenia silnika.
Zwarcie obwodu:
Silnik, który jest przeznaczony do pracy ciągłej z jedną prędkością, taki jak silnik napędzający sprężarkę, jest czasami wyposażony w mechanizm do zwarcia splotów, tak, że obwód wirnika może być zakończony wewnątrz maszyny. Szczotki mogą być podnoszone w tym samym czasie, dzięki czemu zużycie szczotki jest zredukowane do minimum.
Jeżeli maszyna jest wyposażona w przełącznik zwarcia, rozrusznik jest podłączony do wirnika tylko podczas faktycznego okresu rozruchu, jak pokazano na rys. 11.10. Gdy silnik pracował do prędkości, działał przełącznik zwarcia, zwykle za pomocą uchwytu z boku obudowy ślizgowej, a następnie silnik pracował jako wewnętrznie połączona maszyna.
Współczynnik mocy:
Wszystkie klatki wiewiórkowe i ślizgowe silniki indukcyjne pracują z opóźnionym współczynnikiem mocy. Silniki indukcyjne pracujące na pełnym obciążeniu mają zazwyczaj współczynniki mocy od 0, 8 do 0, 9, w zależności od konstrukcji maszyny. Jeśli silnik napędza mniej niż jego pełne obciążenie, współczynnik mocy pogarsza się, poniżej połowy obciążenia może spaść do tak niskiego poziomu jak 0, 5 lub nawet jeszcze mniej.
7. Silniki synchroniczne stosowane w kopalniach:
Podobnie jak silnik indukcyjny, silnik synchroniczny również składa się ze stojana z wirnikiem w nim działającym. Stojan, podobnie jak stojan silnika indukcyjnego, jest nawinięty tak, że po podłączeniu do trójfazowego zasilania prądem przemiennym wytwarza się wirujące pole. Prędkość obrotowa zależy od częstotliwości zasilania i liczby biegunów w terenie.
Wirnik jednak, w przeciwieństwie do silnika indukcyjnego, ma uzwojenie wzbudzenia, które jest zasilane przez zasilanie prądem stałym. Zasilanie jest zasilane przez szczotki z dwoma ślizgami, a wirnik jest nawijany w taki sposób, że powstaje stabilne spolaryzowane pole, mające taką samą liczbę biegunów jak pole stojana.
Teraz, gdy pole stojana jest zasilane przez trójfazowe źródło prądu zmiennego, a wirnik jest zasilany przez zasilanie prądem stałym, każdy biegun wirnika jest przyciągany do przeciwnego bieguna pola wirującego.
Bieguny wirnika podążają zatem za odpowiadającymi im obrotowymi biegunami, tak że wirnik obraca się z tą samą prędkością, co pole stojana, tj. Obraca się z prędkością synchroniczną i dlatego ten silnik jest nazywany silnikiem synchronicznym. Prędkość tego typu silnika jest jednak niezmienna.
Startowy:
Silnik synchroniczny jako taki nie może sam wystartować, ponieważ nie wytwarza momentu rozruchowego. Moment obrotowy jest wytwarzany tylko wtedy, gdy bieguny wirnika podążają za biegunami wirującego pola; zanim silnik będzie mógł napędzać ładunek, wirnik musi już pracować przy w przybliżeniu synchronicznej prędkości. Aby uruchomić silnik synchroniczny, należy zastosować pewną metodę, aby uruchomić go do prędkości przed zasileniem wirnika.
Do uruchomienia silników synchronicznych do prędkości przy uruchamianiu zastosowano różne metody. Jedną z metod jest zbudowanie małego oddzielnego silnika indukcyjnego, zwanego silnikiem kucyka na głównym wale, ale ta metoda jest obecnie rzadko używana. Większość silników synchronicznych używanych w kopalniach ma uzwojenie wbudowane w wirnik główny, dzięki czemu można go uruchomić jako silnik indukcyjny, wykorzystując główne pole.
Trzy rodzaje silników synchronicznych, najczęściej stosowane w kopalniach, to synchroniczny silnik indukcyjny, synchroniczne silniki synchroniczne i klatkowe. W rzeczywistości wyróżniają się one metodami ich uruchamiania.
Synchroniczny silnik indukcyjny:
Jeden typ synchronicznego silnika indukcyjnego ma wirnik z dwoma uzwojeniami. Jedno uzwojenie to uzwojenie wzbudzenia, które jest połączone z zasilaniem prądem stałym za pomocą dwóch sprężyn. Drugie uzwojenie to trójfazowe uzwojenie indukcyjne połączone z wyjściowymi rezystancjami za pomocą trzech dalszych przekładek. Silnik ma zatem pięć sprężyn, jak pokazano na rys. 11.11 (a).
Silnik jest uruchamiany jako poślizgowy silnik indukcyjny, z wykorzystaniem rezystancji początkowych. Gdy silnik osiągnął prędkość zbliżoną do prędkości synchronicznej, zasilanie wzbudnicy prądu stałego jest włączone, a uzwojenie indukcyjne jest otwarte.
W innym typie synchronicznych silników indukcyjnych wirnik ma trójfazowe uzwojenie z trzema sprężynami. Silnik jest uruchamiany jak maszyna ślizgowa z 7 wyjściowymi oporami. Gdy silnik zbliża się do prędkości synchronicznej, zasilanie wzbudnicy prądu stałego zostaje włączone, a uzwojenie indukcyjne jest otwarte.
W przypadku niektórych silników do zasilania wzbudzającego używane są tylko dwa pierścienie, a jedna faza uzwojenia wirnika nie działa. Alternatywnie, w innych silnikach stosuje się wszystkie trzy ślizgi, przy czym dwie fazy zwojów są równoległe, a trzecie szeregowo, jak pokazano na fig. 11.11 (b).
Auto Synchronous Motor:
Silnik synchroniczny jest podobny do synchronicznego silnika indukcyjnego, z tym wyjątkiem, że jest zaprojektowany, aby wyeliminować konieczność przełączania, gdy silnik zbliża się do normalnej prędkości jazdy. Uzwojenie wirnika jest na stałe połączone ze zbieraczem za pomocą mechanizmu ślizgowego i szczotek.
Silnik uruchamia się jako silnik indukcyjny, z obwodem wirnika zakończonym przez generator prądu stałego. Gdy silnik gromadzi prędkość, prąd stały przepływa w uzwojeniu wirnika oprócz wzbudzonego prądu przemiennego. Kiedy rotor osiąga prędkość synchroniczną, w wirniku nie są indukowane żadne prądy, ponieważ nie występuje względny ruch między polem a wirnikiem.
Silnik synchroniczny klatkowy:
Wirnik tego typu ma tylko uzwojenie wzbudnicy wyprowadzone na ślizgacze, ale istnieje również forma klatki osadzona w rdzeniu wirnika. Silnik jest uruchamiany jako silnik klatkowy. Kiedy silnik zbliża się do prędkości synchronicznej, zasilanie prądem stałym zostaje włączone.
Gdy silnik pracuje, klatka działa jak uzwojenie tłumika i zapobiega wszelkim "polowaniom", tj. Niewielkim zmianom prędkości silnika, które mogą powodować wibracje. Automatyczne uruchamianie transformatora jest zwykle stosowane, ale niektóre maszyny tego typu są uruchamiane przez bezpośrednie przełączniki on-line.
Obwód wzbudzenia:
Prąd wzbudzenia dla wirnika jest zwykle uzyskiwany z małego generatora wzbudnicy zamontowanego na tym samym wale co wirnik i stanowiącego integralną część maszyny. Jedynym zewnętrznym źródłem zasilania jest zatem normalna główna dostawa.
Zapewniona jest jednostka sterująca, która umożliwia zmianę prądu płynącego w uzwojeniu wirnika. Dla dowolnego obciążenia wymagany jest określony minimalny prąd wzbudzenia. Moment obrotowy, jaki silnik jest w stanie wytworzyć, zależy od siły pola wirnika. Jeśli to pole jest zbyt słabe, nie rozwinie on wystarczającego momentu obrotowego, aby napędzić ładunek, aw rezultacie nastąpi przeciągnięcie.
Współczynnik mocy:
Przy minimalnym wzbudzeniu, silnik pracuje z niskim opóźniającym współczynnikiem mocy, pomiędzy 0, 6 a 0, 8, w zależności od obciążenia i konstrukcji maszyny. Jeżeli prąd wzbudzenia wzrośnie powyżej minimum niezbędnego do napędzania obciążenia, prędkość i moment obrotowy pozostają stałe, ale współczynnik mocy poprawia się.
Przy określonej wartości prądu wzbudzenia uzyskuje się współczynnik mocy jedności. Jeżeli prąd wzbudzenia jest jeszcze dalej zwiększany, rozwija się wiodący współczynnik mocy, i od tego momentu moc wiodąca staje się mniejsza, gdy wzrasta prąd wzbudzenia. Przy silnym nadmiernym pobudzeniu silnik synchroniczny może pracować z wiodącym współczynnikiem mocy tak niskim jak 0, 6 lub mniejszym.
Używa:
Ze względu na ich trudną charakterystykę rozruchową i fakt, że ich prędkość jest niezmienna, silniki synchroniczne są używane tylko wtedy, gdy wymagany jest ciągły napęd ze stałą prędkością.
W kopalniach silniki synchroniczne są powszechnie używane do napędzania nawijarki głównej, głównego wentylatora i do napędzania ciężkich sprężarek. Ze względu na ich zdolność do pracy z wiodącym współczynnikiem mocy, silniki te oferują metodę korekcji współczynnika mocy dla systemu elektrycznego kopalni.
8. Rezystancja izolacji silnika indukcyjnego:
Inspekcja i konserwacja prądów przemiennych w regularnych odstępach czasu jest najistotniejsza, jeśli kopalnia musi działać płynnie. Działanie regularnej usługi rutynowej podano poniżej. Jednak nie wszystkie te operacje mogą być wykonane w strefie "na rufie" lub na wylocie, to jest w kopalni, i dlatego silniki używane pod ziemią na powierzchni pokładu lub w bramie są okresowo wyprowadzane na powierzchnię w celu gruntownego przeglądu.
Harmonogram przeglądów dla każdego pojedynczego silnika dającego częstotliwości kontroli i kontrole, które muszą być wykonane przy każdej okazji, musi zostać przygotowany przez inżyniera elektryka kopalni, biorąc pod uwagę znaczenie i wydajność każdej maszyny. A to musi być ściśle przestrzegane przez kierownictwo, a także przez elektryków, operatorów i inżynierów.
Kontrola rezystancji izolacji:
W przypadku silnika indukcyjnego klatkowego należy od czasu do czasu sprawdzać rezystancję izolacji wirnika, a także mechanizmu ślizgowego w przypadku ślizgowego silnika indukcyjnego. Odstęp ten powinien zostać określony przez inżyniera elektryka kopalni, biorąc pod uwagę otoczenie operacyjne i osiągi silników. Zazwyczaj odstęp wynosi co dwa miesiące.
Jednak jako linia pomocnicza należy zwrócić szczególną uwagę na następujące obszary:
Stan silnika z powodu wnikania brudu:
(1) Pył węglowy i osadzanie wilgoci należy regularnie kontrolować.
(2) Należy sprawdzić skurcz izolacji, która ma tendencję do poluzowywania zwojów w ich szczelinach.
Zaradzić:
(i) W regularnych odstępach czasu silnik powinien być czyszczony przez nadmuch ciepłego i suchego powietrza lub przez podpieranie lub przez ogrzewanie za pomocą żarówek o wysokiej mocy.
(ii) Uzwojenie powinno być oczyszczone z wilgoci.
(iii) Po tej operacji uzwojenie powinno być wysuszone, polakierowane, a następnie pieczone w temperaturze 90 ° do 100 ° C przez minimum 6 do 8 godzin.
(3) Pęknięty i zużyty lakier powoduje, że izolacja jest podatna na wnikanie brudu i wilgoci.
Zaradzić:
Uzwojenie powinno być odpowiednio wypalone, a następnie polakierowane.
(4) Należy sprawdzić starzenie lub zużycie izolacji, przewodów, podkładek, łożysk, listew zaciskowych i prętów.
Zaradzić:
Zużyte i zużyte przewody izolacyjne, podkładki, łożyska, końcówki należy wymienić.
(5) Należy zauważyć oznaki tarcia między wirnikiem a stojanem i jego przyczyną.
Zaradzić:
Łożysko należy wymienić, a wsporniki końcowe zużytej lub uszkodzonej obudowy łożyska należy wymienić na nowe.
(6) Przede wszystkim należy przechowywać zapis wyników badań oporności izolacji w regularnych odstępach czasu.
Ważny test:
(1) Rezystancja izolacji pomiędzy uzwojeniami stojana a ziemią jest okresowo testowana za pomocą standardowych testów rezystancji izolacji, takich jak Megger lub Metro. Rejestrowane są wartości kolejnych testów, tak aby można było zauważyć jakąkolwiek tendencję do pogorszenia izolacji.
Jeżeli fazy uzwojenia stojana nie są wzajemnie połączone wewnętrznie, tj. Jeśli istnieje sześć przewodów do stojana, rezystancja izolacji między każdą parą faz może również zostać pobrana i zarejestrowana. W przypadku silnika z uzwojonym wirnikiem mierzy się i rejestruje rezystancję izolacji między ślizgami a wałem wirnika.
(2) W regularnych odstępach czasu zaleca się sprawdzenie rezystancji uzwojenia, gdy stojan jest podłączony wewnętrznie, czyli w tym przypadku będą trzy przewody, rezystancja pomiędzy każdą parą przewodów zostanie ustalona z bezpośrednim odczytem omowym metr.
Jednakże, jeżeli stojan ma sześć przewodów, rezystancja każdej fazy jest ustalana przez testowanie między dwoma końcami każdego uzwojenia. W każdym teście trzy otrzymane odczyty powinny być w przybliżeniu równe. Twórcy zwykle podają wartość w swoim certyfikacie testowym. Mierzony opór powinien być równy tej wartości. Za pomocą tego testu można określić krótki zwój, a nawet pewien defekt w połączeniu.
