BADANIE PRĄDNICY ASYNCHRONICZNEJ TRÓJFAZOWEJ

Strona 1/7

BADANIE PRĄDNICY ASYNCHRONICZNEJ TRÓJFAZOWEJ

1. Wiadomości wstępne.

Dla maszyny asynchronicznej trójfazowej można wyróżnić trzy podstawowe stany pracy:
- praca silnikowa,
- praca prądnicowa,
- praca hamulcowa.
Najczęściej spotykane jest wykorzystanie maszyny asynchronicznej jako silnik (różne rodzaje
silników asynchronicznych klatkowych i pierścieniowych).
Krótkie omówienie poszczególnych stanów pracy maszyny asynchronicznej przedstawiono poniżej.
1) Silnik asynchroniczny. Ten stan pracy charakteryzuje się tym, że maszyna pobiera z sieci
energię elektryczną, która jest zamieniana na energię mechaniczną i poprzez wał silnika napędza
inne urządzenie (np. wentylator, młocarnia, młyn). Stan pracy silnikowej przedstawia rys.1.

Rys. 1. Praca silnikowa maszyny asynchronicznej. E

e

- energia elektryczna pobierana z sieci;

E

m

- energia mechaniczna przekazywana przez wał do urządzenia napędzanego.

Prędkość wirowania pola elektromagnetycznego stojana maszyny (prędkość synchroniczną) określa
zależność:

n

60f

p

1



(1)

gdzie: n

1

- prędkość synchroniczna (obr/min); f - częstotliwość sieci zasilającej (Hz); p -

liczba par biegunów stojana maszyny

Poślizg s maszyny synchronicznej określa natomiast zależność:

s =

n

n

n

1

1



(2)

gdzie: n

1

- prędkość synchroniczna; n - prędkość wirowania wirnika maszyny.

W pracy silnikowej maszyny asynchronicznej prędkość obrotowa wirnika jest większa od 0 i
mniejsza od prędkości synchronicznej n

1

, uwzględniając zależność (2), poślizg maszyny

asynchronicznej przy pracy silnikowej zawiera się w granicach 0

< s < 1.

2) Prądnica asynchroniczna. Prądnica jest zbudowana tak samo jak silnik asynchroniczny. Jeżeli
wirnik maszyny asynchronicznej (silnika asynchronicznego) będzie napędzany z prędkością

większą od prędkości synchronicznej n

1

, to maszyna asynchroniczna znajdzie się w stanie pracy

prądnicowej. Stan ten charakteryzuje się tym, że energia mechaniczna dostarczona przez urządzenie
napędzające (np. przez turbinę wodną) jest zamieniana w maszynie asynchronicznej na energię
elektryczną wydawaną do sieci. Stan pracy prądnicowej maszyny asynchronicznej przedstawia
rys.2.

Rys. 2. Praca prądnicowa maszyny asynchronicznej. E

m

- energia mechaniczna

dostarczona przez urządzenie napędzające; E

e

- energia elektryczna

wydawana przez prądnicę do sieci.

Do wytworzenia wirującego pola elektromagnetycznego w prądnicy asynchronicznej potrzebna jest
moc bierna indukcyjna (Q) pobierana z sieci energetyki zawodowej. Tak więc maszyna
asynchroniczna może pracować jako prądnica tylko wtedy, gdy jest przyłączona do sieci zdolnej
dostarczyć mocy biernej indukcyjnej. Pobór mocy biernej indukcyjnej jest równoznaczny z
wydawaniem mocy biernej pojemnościowej, zatem źródło mocy biernej indukcyjnej można zastąpić
odbiornikiem mocy biernej pojemnościowej (odbiornikiem mocy biernej pojemnościowej i
jednocześnie źródłem mocy biernej indukcyjnej może być kondensator). Zatem możliwa jest praca
prądnicowa maszyny asynchronicznej współpracującej z odpowiednio dobraną baterią
kondensatorów.
Ponieważ w prądnicy asynchronicznej wirnik musi wirować z prędkością większą od prędkości
synchronicznej n

1

(n

> n

1

), zatem poślizg liczony wg zależności (2) będzie dla tego stanu pracy

mniejszy od 0 (s

< 0).

3) Praca hamulcowa. Stan ten charakteryzuje się tym, że kierunek napędzania wirnika jest
przeciwny do kierunku wirowania pola w stojanie. Stan pracy hamulcowej silnika
asynchronicznego można realizwać na kilka sposobów, m.in. poprzez tzw. przeciwwłączenie.
Maszyna pobiera wtedy energię z sieci, która jest zmieniana na ciepło (straty). Przy pracy
hamulcowej prędkość wirowania wirnika n

< 0, zatem poślizg s > 1.

Możliwe stany pracy maszyny asynchronicznej (w zależności od prędkości n i poślizgu s)
przedstawia rys.3.

2

BADANIE PRĄDNICY ASYNCHRONICZNEJ TRÓJFAZOWEJ

Strona 3/7

Rys. 3. Możliwości pracy maszyny asynchronicznej.

Na rys. 3 można wyróżnić dwa dodatkowe stany pracy maszyny:
- dla n = 0 (s = 1), czyli dla zatrzymanego wirnika, maszyna pracuje jako transformator,
- dla n = n

1

( s= 0) jest idealny stan jałowy maszyny, maszyna nie pobiera energii czynnej z sieci,

a straty (opory tarcia i wentylacji) pokrywa urządzenie napędzające.
Pełną charakterystykę mechaniczną uwględniającą wszystkie trzy stany pracy maszyny
asynchronicznej przedstawia rys.4

Rys.4. Charakterystyka mechaniczna maszyny asynchronicznej.

.

2. Stanowisko laboratoryjne do badania prądnicy asynchronicznej.

Do badania prądnicy asynchronicznej trójfazowej wykorzystano stanowisko złożone z maszyny
asynchronicznej trójfazowej klatkowej i maszyny prądu stałego.
Stanowisko to może być wykorzystane do badania:
1) silnika asynchronicznego trójfazowego klatkowego (maszyna asynchroniczna pracuje jako silnik,
maszyna prądu stałego pracuje jako prądnica i stanowi obciążenie silnika).
2) prądnicy asynchronicznej (maszyna asynchroniczna pracuje jako prądnica, maszyna prądu stałego
pracuje jako silnik i stanowi urządzenie napędzające dla prądnicy asynchronicznej).
Schemat elektryczny przedstawiono na rys. 5.

Rys. 5. Schemat połączeń układu maszyna asynchroniczna-maszyna prądu stałego do
badania prądnicy asynchronicznej.

Symbol „M 3~” oznacza maszynę asynchroniczną, „M-” maszynę prądu stałego.
Połączenia elektryczne dla obu stanów pracy maszyny asynchronicznej są identyczne, natomiast
zmieniają się dla maszyny prądu stałego (za pomoca przełącznika stanów pracy maszyny prądu
stałego P znajdującego się na stanowisku laboratoryjnym).
W położeniu 1 maszyna prądu stałego pracuje jako prądnica (musi być napędzana przez maszynę
asynchroniczną pracującą jako silnik), w położeniu 2 maszyna prądu stałego pracuje jako silnik
prądu stałego, który napędza maszynę asynchroniczną, a więc w tym przypadku jest możliwa praca
prądnicowa maszyny asynchronicznej (prądnica asynchroniczna będzie wydawała energię
elektryczną do sieci).

4

BADANIE PRĄDNICY ASYNCHRONICZNEJ TRÓJFAZOWEJ

Strona 5/7

Regulacja prędkości obrotowej układu prądnica asynchroniczna-silnik prądu stałego odbywa się
poprzez:
1) zmianę napięcia zasilania U

2

silnika prądu stałego (regulowane napięcie przemienne z

autotransformatora Atr jest podane na prostownik Pr i dalej jako stałe do silnika),
2) zmianę prądu wzbudzenia I

w

silnika prądu stałego (regulacja nastawnikiem wzbudzenia) .

Kierunek przepływu mocy i energii obserwuje się na watomierzu oraz liczniku energii czynnej.
Dodatnie wskazanie watomierza i wirowanie tarczy licznika w prawo oznacza pobór energii z sieci,
a więc jest to praca silnikowa maszyny asynchronicznej.
Ujemne wskazanie watomierza (oraz kierunek wirowania tarczy licznika energii w lewo)
oznacza wydawanie mocy do sieci przez prądnicę asynchroniczną.
Nieruchoma tarcza licznika energii oraz zerowe wskazanie watomierza oznacza idealny stan
jałowy silnika asynchronicznego.

3. Wykonanie ćwiczenia.

1)

Przepisać do protokołu dane znamionowe maszyny asynchronicznej i maszyny prądu stałego.

2)

Zapoznać się z położeniem poszczególnych mierników na stanowisku laboratoryjnym i

wykonać tabelę pomiarową.

U W A G A !
Maszyna asynchroniczna podczas wykonywania ćwiczenia będzie się znajdować w obu stanach
pracy (silnikowej i prądnicowej), co będą sygnalizować wskazania watomierza i licznika energii,
dlatego wskazania mierników z indeksem 1 (np. U

1

) oznaczają maszynę asynchroniczną (silnik lub

prądnicę) natomiast mierniki z indeksem 2 (np. U

2

) oznaczają maszynę prądu stałego.

Dodatkowo przy wykonywaniu pomiarów należy uwzględniać kierunek przepływu mocy i energii
(ze znakiem „-” lub „+”).

3)

Sprawdzić kierunek obrotów układu maszyn w stanie pracy silnikowej załączając każdą

maszynę z osobna (wg wskazówek prowadzącego) - kierunek wirowania musi być ten sam.

4)

Załączyć maszynę asynchroniczną w gwiazdę, ustawić podany w instrukcji stanowiskowej prąd

wzbudzenia I

w

silnika prądu stałego, odczytać wskazania mierników (określić kierunek przepływu

mocy).

5)

Powoli zwiększać autotransformatorem napięcie zasilania silnika prądu stałego U

2

(wartość

mocy P

1f

powinna maleć).

6)

Odczytać wskazania przyrządów gdy moc P

1f

= 0 oraz tarcza licznika nie obraca się.

7)

Nadal zwiększać napięcie zasilania pamiętając, aby nie przekroczyć znamionowych wartości

prądu obciążenia maszyny asynchronicznej i silnika prądu stałego.
Po wykonaniu ostatniego pomiaru zmniejszyć napięcie zasilania U

2

do 0.

8)

Przełączyć uzwojenia maszyny asynchronicznej w trójkąt i powtórzyć pomiary wg pkt. 4-7 .

9)

Wykonać obliczenia wg podanych wzorów, w rubrykę „Stan pracy” wstawić symbol „S” w

przypadku pracy silnikowej maszyny asynchronicznej lub „P” w przypadku pracy prądnicowej
maszyny asynchronicznej.

10)

Wykonać charakterystyki P = f (s), P

1

= f (P

2

), których przebieg należy omówić we wnioskach.

Tabela pomiarów.
Pomiary 1 -10 dla uzwojeń połączonych w gwiazdę.
Pomiary 1’ - 10’ dla uzwojeń połączonych w trójkąt.

L.p.

Pomiary

Maszyna asynchroniczna

Maszyna prądu stałego

Obliczenia

I

1

U

1

P

1f

n

I

2

U

2

I

w

U

w

P

1

P

2

P

s

M

s

h

A

V

W

obr/min

A

V

A

V

W

W

W

Nm

-

-

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1'

2'

3'

4'

5'

6'

7'

8'

9'

10'

P

1

= 3 P

1f

- moc całkowita maszyny asynchronicznej,

P

2

= I

2

U

2

- moc silnika prądu stałego napędzającego maszynę asynchroniczną,

s =

n

n

n

1

1



- poślizg maszyny asynchronicznej.

=



P

1

P

2

P

s

=P

2

h

M

=9,55

P

S

n

6

BADANIE PRĄDNICY ASYNCHRONICZNEJ TRÓJFAZOWEJ

Strona 7/7

Protokół z pomiarów

Data: . . . . . . . . . . , podpis prowadzącego: . . . . . . . . . . . . . .

Temat:

BADANIE PRĄDNICY ASYNCHRONICZNEJ TRÓJFAZOWEJ

Wykonujący sprawozdanie: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

L.p.

Pomiary

Maszyna asynchroniczna

Maszyna prądu stałego

Obliczenia

I

1

U

1

P

1f

n

I

2

U

2

I

w

U

w

P

1

P

2

P

s

M

s

h

A

V

W

obr/min

A

V

A

V

W

W

W

Nm

-

-

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1'

2'

3'

4'

5'

6'

7'

8'

9'

10'