Autorzy: Jakub Bernatt, Tadeusz Glinka, Artur Polak – Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Napędów i Maszyn Elektrycznych KOMEL, Katowice

Streszczenie: Moment znamionowy maszyny elektrycznej determinuje jej gabaryt. Maszyny wolnoobrotowe mają większą objętość i masę od maszyn o tej samej mocy znamionowej, lecz wyższej znamionowej prędkości obrotowej. Sprawność energetyczna maszyny obciążonej mocą znacznie mniejszą od mocy znamionowej ma także sprawność mniejszą od znamionowej. Porównano sprawność energetyczną trzech układów napędowych napędzających maszynę roboczą z prędkością obrotową n = 187,5 obr./min. Wykazano, że sprawność silnika synchronicznego o liczbie par biegunów p = 16 w warunkach pracy wynosi η = 77% i jest mniejsza o 16% od sprawności silnika synchronicznego i silnika indukcyjnego o liczbie par biegunów p = 2 plus przekładnie mechaniczne o przełożeniu i = 8. Silniki synchroniczny i indukcyjny, o liczbie par biegunów p = 2 plus przekładnie mechaniczne o przełożeniu i = 8 stanowią napęd alternatywny do silnika synchronicznego wolnoobrotowego o liczbie par biegunów p = 16.

1. Wstęp

Oszczędność energii w układach napędowych jest ważnym problemem. Komisja Europejska wydała Rozporządzenie 2019/1781 dotyczące minimalnych sprawności silników elektrycznych oraz przemienników częstotliwości wprowadzanych na rynek UE [7]. Rozporządzenie dotyczy zakresu mocy 0,12 kW do 1000 kW. Potocznie silniki te nazywamy energooszczędnymi [1, 2]. Wiadomo jednak, że największe oszczędności energii układu napędowego z silnikami indukcyjnymi bądź synchronicznymi uzyskuje się, gdy silnik pracuje przy minimalnej dopuszczalnej przez technologię produkcji prędkości obrotowej, przy czym regulacja prędkości odbywa się poprzez zmianę częstotliwości napięcia zasilającego silnik [6]. Jednak w tym artykule omówimy problem energooszczędności układu napędowego napędzającego maszynę roboczą pracującą przy stałej prędkości obrotowej, lecz przy stosunkowo małej prędkości obrotowej, np. mniejszej od 200 obr./min. Porównamy sprawność energetyczną silników zasilanych bezpośrednio z sieci elektroenergetycznej o parametrach: 6 kV, 50 Hz, w dwóch wariantach rozwiązania układu napędowego maszyny roboczej:

• silnika synchronicznego o prędkości obrotowej dopasowanej, poprzez dobranie liczby par biegunów uzwojenia twornika, do prędkości obrotowej maszyny roboczej;
• silników synchronicznego i indukcyjnego o liczbie par biegunów 4 do 8 (1500 do 750 obr./min) sprzęgniętego z maszyną roboczą poprzez przekładnie mechaniczną o stosownym przełożeniu redukującą prędkość obrotową do wartości obr./min, wymaganej przez maszynę roboczą.