Sprężarka o prędkości znamionowej n = 2950 obr/min posiada charakterystykę mechaniczną daną równaniem: M = 50 + 1.2*10^-5n² [Nm]. Dobrać silnik do napędu sprężarki i zaprojektować układ rozruchu silnika w funkcji czasu, jeżeli prąd rozruchu musi być ograniczony do wartości I_r < 3.1 I_N. Dobrać zabezpieczenie silnika.

Wstępne określenie mocy sprężarki:

Pozostaje jeszcze do uwzględnienia warunek termiczny,

oraz warunek z dla momentu rozruchowego:

Wybór silnika do napędu sprężarki:

Wybrane silnika klatkowe na podstawie dostępnego katalogu
Typ	Moc[kW]	obr/min	InU=220V[A]	InU=380V[A]	cosϕ	η	Ir/In	Mr/Mn	Mk/Mn	GD^2[kGm^2]
SBJe 92a	100	2970	314	182	0,89	94	6,5	1,5	2,8	3,5
SBJe 92b	125	2970	386	283	0,90	94,5	6,9	1,6	2,6	4,0
			InU=380V[A]	InU=500V[A]
SCDdm 102ah	160	2945	314	239	0,85	91,0	4,5	1,2	2,0	14
SCDdm 102a	200	2945	390	295	0,85	92,0	4,5	1,2	2,0	14
SCDdm 102bh	250	2945	478	364	0,86	92,5	4,6	1,3	2,0	16

Najbardziej zbliżonym parametrami silnikiem klatkowym okazał się silnik dwubiegunowy o oznaczeniu SCDdm 102bh.

• Prędkość obrotowa synchroniczna n_s=3000 obr/min

• Prędkość obrotowa znamionowa n_N=2945 obr/min

• Moc 250kW

• Prąd
  

• Współcz. mocy: cos ϕ=0,86

• Sprawność: η=92,5%

• I_r/I_n=4,6

• M_r/M_n=1,3

• M_k/M_n=2,0

• GD²=16[kGm²]

Jednak po sprawdzeniu warunku dla momentu rozruchowego okazało się że silnik będzie miał problem przy rozruchu dla połączenia w gwiazdę :

O sposobie rozruchu silników klatkowych decydują warunki sieciowe w miejscu zainstalowania oraz wymagania dynamiczne stawiane napędowi. Często stosowany rozruch bezpośredni związany jest z dużym udarem prądowym i spadkiem napięcia sieci.

Obniżenie wartości prądu rozruchu uzyskać można wykorzystując przełączanie uzwojeń stojana z gwiazdy w trójkąt. Sposób ten stosuje się do silników których praca normalna odbywa się przy połączeniu uzwojeń stojana w trójkąt. Podczas połączenia gwiazdowego na jedną fazę przypada
. Prąd rozruchowy i moment zmniejszają się trzykrotnie. Pamiętać należy, że przełączenie gwiazda/trójkąt powinno następować przy obrotach n=0,9n_s.

Potrzebne punkty do wyznaczenia charakterystyki naturalnej wyznaczono na podstawie wzoru Klossa, Wyniki obliczeń przedstawiono w tabeli poniżej:

s	1	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2	0,1	0,0683	0,05	0
n[ob/min]	0	300	600	900	1200	1500	1800	2100	2400	2700	2795	2850	3000
MΔ[Nm]	220	245	275,3	313,8	365	435,4	538,6	703	993,3	1466,4	1624	1546,7	0
MY[Nm]	73	81,7	91,8	104,6	121,7	145,1	179,5	234,3	331,1	488,8	541,3	515,6	0
Mm[Nm]	50	51,08	54,32	59,72	67,28	77	88,88	102,92	119,12	137,48	143,74	150,23	158

Przebieg rozruchu silnika przy zastosowaniu przełącznika gwiazda trójkąt:

Obliczenie czasu po którym należy przełączyć przełącznik w połączenie trójkąt.

Problem został rozwiązany metodą grafologiczną, do której został wyznaczony przebieg momentu dynamicznego w funkcji prędkości:

s	1	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2	0,1
n[ob/min]	0	300	600	900	1200	1500	1800	2100	2400	2700
ω[rad/s]	0	31,42	62,83	94,25	125,66	157,08	188,5	219,9	251,3	282,7
MY[Nm]	73	81,7	91,8	104,6	121,7	145,1	179,5	234,3	331,1	488,8
Mm[Nm]	50	51,08	54,32	59,72	67,28	77	88,88	102,92	119,12	137,48
Md[Nm]	50	30,62	37,48	44,88	54,42	68,1	90,12	131,38	211,98	351,32

Funkcję M_d=f(ω) zastępujemy krzywą schodkową uśredniając wartości momentu w przedziałach prędkości jak w tabeli:

np	0	300	600	900	1200	1500	1800	2100	2400
nk	300	600	900	1200	1500	1800	2100	2400	2700
Δn	300	300	300	300	300	300	300	300	300
MdSr	26,81	34,05	41,18	49,65	61,26	79,11	110,75	171,68	281,65
ti	1,7774	1,6759	1,6108	1,5578	1,5089	1,1618	1,1156	1,0746	1,0454

Czas trwania poszczególnych przedziałów prędkości wyznaczono na podstawie wzoru:

Czas potrzebny do przełączenia otrzymano z sumowania poszczególnych czasów cząstkowych:

12,0282s

Nastawa przekaźnika PC powinna mieć wartość ok. 12 sekund .

Układ automatycznego rozruchu silnika klatkowego z zastosowaniem przełącznika gwiazda / trójkąt .

Uzwojenie stojana silnika zasilane jest z sieci trójfazowej 3 x 220V . Zamknięcie styków stycznika 1S i 2S powoduje pracę silnika przy połączeniu uzwojeń w gwiazdę , a zamknięcie styków stycznika 1S i 3S pracę przy połączeniu w trójkąt.

Rozruch silnika następuje po zamknięciu wszystkich trzech wyłączników ręcznych 1WR , 2WR i 3WR oraz przyciśnięciu przycisku Z. Działa wtedy stycznik 1S i 2S , co powoduje połączenie uzwojeń stojana w gwiazdę . Styk pomocniczy stycznika 1S uruchamia przekaźnik zwłoczny PC . Po upływie czasu opóźnienia (11 s) nastawionego na przekaźniku PC zamyka się jego styk w obwodzie cewki przekaźnika PP , co powoduje zadziałanie tego przekaźnika , przerwanie obwodu cewki stycznika 2S i jego zwolnienie . Bierny styk stycznika 2S zamyka obwód cewki stycznika 3S , powodując jego zadziałanie i połączenie uzwojeń stojana w trójkąt. Powoduje to wejście silnika na charakterystykę naturalną.

Zabezpieczenie do silnika z przełącznikiem Y/Δ

Warunek doboru :
V

V

prąd płynący przy rozruchu wynosi:

I_r < I_BN < 3.9I_N

I_NΔ=361 A I_{rY =} 600 A

I_{rΔ =} 1805 A

I_r < 3.9I_N = 1400 A

Dobór bezpieczników

Bezpieczniki będą włączone w każdej fazie

Bezpieczniki PB 3

Liczba torów prądowych 1

Prąd ciągły 640 A

Napięcie znamionowe

izolacji 500 V

Napięcie probiercze 2.5 kV

Udarowy prąd zwarciowy 75 kA

Trwałość mechaniczna 500 ×

Znamionowy czas pracy ciągły

Rodzaje przewodów szyny Cu 40 × 5 lub Al. 60 × 5

Masa 2.4 kg

Lewczuk Tomasz

Specjalność: EDPM

Rok studiów: IV

Rok akademicki 1999/2000

Projekt z napędu elektrycznego

---