Sprawozdanie z ćwiczenia: Badanie Trójfazowego Silnika Indukcyjnego
Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Lesznie	Wykonał:
Specjalność: Elektrotechnika z informatyką techniczną		Data: 12.XI.2001

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY TRÓJFAZOWY

1. UWAGI WSTĘPNE

Maszyny indukcyjne należą do grupy maszyn elektrycznych

prądu przemiennego , których następuje przetwarzanie energii elektrycznej w energie mechaniczną lub odwrotnie .To przetwarzanie energii odbywa się w maszynach indukcyjnych za pośrednictwem pola magnetycznego i jest wynikiem działań dynamicznych pola magnetycznego na przewody ( uzwojenia) umieszczone w maszynie, w których płyną prądy wymuszane siłą elektromotoryczną indukowaną przez to pole magnetyczne. Maszyna indukcyjna ma dwa uzwojenia (obwody elektryczne) umieszczone najczęściej w żłobkach dwu części rdzenia ferromagnetycznego oddzielonych od siebie szczeliną powietrzną. Na ogół uzwojenia nie są ze sobą połączone galwanicznie . Jedno z uzwojeń jest przyłączone do sieci przemysłowej napięcia przemiennego, natomiast drugie uzwojenie jest zwarte bezpośrednio lub przez impedancję zewnętrzną. Przetwarzanie energii elektrycznej w energie mechaniczną - lub odwrotnie - następuje w wyniku indukowania się sił elektromotorycznych w uzwojeniu zwartym ( niezasilanym ), które wymuszają przepływ prądu w tym uzwojeniu. W maszynie indukcyjnej przetwarzanie energii może odbywać się przy dowolnej prędkości ruchu względnego obydwu uzwojeń, z wyjątkiem jednej charakterystycznej charakterystycznej wartości nazywanej prędkością synchroniczną. Tym jest uzasadniona druga nazwa tych maszyn - maszyny asynchroniczne bezkomutatorowe.

II. BUDOWA SILNIKA

Każda maszyna indukcyjna wirująca jest zbudowana z trzech podstawowych elementów składowych:

• rdzenia ferromagnetycznego stanowiącego obwód dla strumienia magnetycznego występującego w maszynie;

• uzwojenia stojana wirnika, w którym indukują się siły elektromotoryczne i płyną prądy;

• elementów konstrukcyjnych stanowiących obudowę maszyny i umożliwiających ruch obrotowy wirnika oraz zapewniających odpowiednie chłodzenie maszyny i odpowiednią ochronę maszyny przed działaniem czynników zewnętrznych.

Rdzeń ferromagnetyczny maszyny wirującej składa się z dwóch części: rdzenia stojana i rdzenia wirnika, oddzielonych od siebie szczeliną powietrzną. Rdzenie stojana i wirnika wykonuje się jako pakiety blach magnetycznych wzajemnie odizolowanych od siebie. Blachy magnetyczne o odpowiednim kształcie wykrawa się za pomącą odpowiednich wykrojników, przy czym w maszynach małych i średnich

wykrawa się całą blachę rdzenia, natomiast w maszynach dużych blacha pakietu składa się na ogół z segmentów. W rdzeniu stojana i wirnika wycina się żłobki o odpowiednim kształcie, przy czym żłobki te można wycinać odpowiednimi wykrojnikami bezpośrednio podczas wykrawania poszczególnych blach lub segmentów , albo też można je wycinać odpowiednią żłobkarką po spakietowaniu rdzenia. Stosuje się różną liczbę żłobków w rdzeniu stojana i wirnika , dzięki czemu zmniejsza się pulsacje strumienia magnetycznego w maszynie. Rdzeń stojana umieszcza się w kadłubie maszyny, natomiast rdzeń wirnika- w maszynach małych bezpośrednio na wale, zaś w większych maszynach - n a piaście .Maszynę uzwaja się po właściwym spakietowaniu rdzenia stojana w kadłubie oraz rdzenia wirnika na wale . Uzwojenia wirnika i stojana umieszcza się w żłobkach odpowiednich rdzeni . W maszynach indukcyjnych klatkowych uzwojenie wirnika tworzą pręty (miedziane , aluminiowe, mosiężne lub brązowe) nieizolowane , o dużym przekroju ,całkowicie wypełniające żłobek ( na ogół półzamknięty lub zamknięty ), przy czym wystające po za rdzeń części poszczególnych prętów są ze sobą połączone po obu stronach pierścieniami zwierającymi czołowymi. Tego typu uzwojenie nazywa się klatka wirnika .

Maszyny mniejszej mocy mają na ogół klatkę wirnika odlaną w całości z aluminium.

2. STRUKTURA SILNIKA

Typową strukturę silnika indukcyjnego trójfazowego pokazano na rysunku poniżej. W stojanie znajduje się symetryczne uzwojenie trójfazowe skojarzone, połączone podczas pracy silnika z siecią. Wirnik silnika najczęściej jest wykonany jako klatkowy.

Wirnik klatkowy

4. ZASADA DZIAŁANIA

Po doprowadzeniu symetrycznego napięcia trójfazowego do stojana w nieruchomym początkowo silniku powstanie pole wirujące wzbudzone symetrycznymi prądami Trójfazowymi występującymi w silniku. Pole wirujące przy stałej częstotliwości prądów zasilających ma stałą prędkość synchroniczną, określoną wzorem.

Model fizyczny silnika dwubiegunowego, w którym pole wirujące obraca się w prawo, a wirnik klatkowy jest początkowo nieruchomy.

Model fizyczny dwubiegunowego silnika trójfazowego z wirnikiem klatkowym

1 - oś magnetyczna stojana

2 - oś magnetyczna silnika

Zgodnie z powyższymi rozważaniami stojan z uzwojeniem trójfazowym zastąpiono magneśnicą dwubiegunową wirującą z prędkością ω_s pokazanego na rysunku oznaczono znaki sem indukowanych, wzbudzonych w prętach wirnika oraz kierunki prądów w tych prętach, przyjmując zgodność fazową sem i prądów. Na skutek wzajemnego oddziaływania pola i prądów, w wirniku wystąpi siła elektromagnetyczna F_elm o kierunku pokazanym na rysunku, dla danego położenia pola wirującego. Siła ta wywołuje moment obrotowy o kierunku zgodnym z kierunkiem wirowania pola magnetycznego. Jeżeli położenie pola wirującego ulegnie zmianie, to wraz z polem wirującym obróci się oś magnetyczna wirnik i warunki wytwarzania siły F_elm oraz momentu nie ulegną zmianie, jeżeli wartość strumienia pola wirującego nie zmieni się oraz jeżeli wirnik będzie nadal nieruchomy.

W silniku nieobciążonym lub przy momencie obciążenia mniejszym od momentu elektromagnetycznego, zgodnie z równaniem ruchu wirnika, wirnik zacznie się obracać a prędkość jego będzie się zwiększać. W miarę zwiększania prędkości obrotowej wirnika prędkość pola wirującego względem wirnika zacznie się zmniejszać. Wywoła to zmniejszenie wartości sem indukowanej w prętach wirnika, zmniejszenie prądu w wirniku , co przy założeniu niezmiennej wartości pola wirującego spowoduje zmniejszenie momentu elektromagnetycznego. Jeśli przyjąć, że moment obciążenia silnika jest stały, to zmniejszenie momentu elektromagnetycznego wraz ze wzrostem prędkości wirnika spowoduje zmniejszenie nadwyżki momentu elektromagnetycznego nad momentem obciążenia, co wywoła zmniejszenie przyspieszenia ruchu wirnika. Wreszcie przy pewnej prędkości wirnika malejący moment elektromagnetyczny osiągnie wartość momentu obciążenia. Wtedy, zgodnie z równaniem ruchu prędkość przestanie wzrastać, rozruch przestanie zakończony, silnik osiągnie prędkość ustaloną, przy czym im większa jest wartość momentu obciążenia tym większa jest- w stanie ustalonym- różnica między prędkością pola wirującego a prędkością wirnika. Różnicę między prędkością pola wirującego a prędkością wirnika nazywamy poślizgiem i wyrażamy wzorem

Gdzie ω - aktualna prędkość wirnika.

Dla ω = 0 poślizg s = 1 a dla ω= ω_s ; s = 0. poślizg ustalony danego silnika zależy zatem od wartości momentu obciążenia. Im większy moment obciążenia, tym poślizg ustalony jest większy, aby wzbudzić większą sem i prąd wirnika dla wytworzenia, przy stałej wartości pola wirującego, większego momentu elektromagnetycznego równoważącego moment obciążenia. W silniku nie obciążonym prędkość ustalona jest równa prawie prędkości synchronicznej tj. poślizg ustalony przy biegu jałowym s≈0. zmiana momentu obciążenia powoduje zmianę poślizgu.

Charakterystyczną cechą obwodową silnika indukcyjnego pracującego jest różnica częstotliwości napięć i prądów w stojanie i w wirniku. Jedynie podczas postoju wirnika pole wirujące obracając się synchroniczne indukuje w uzwojeniach stojan i wirnika sem o częstotliwościach jednakowych i równych częstotliwości napięcia zasilającego silnik

Gdzie f₁ i f₂ - częstotliwość sem indukowanych w uzwojeniach stojana i wirnika.

Przy prędkości wirnika równej ω, zgodny z kierunkiem wirowania pola częstotliwość sem i prądów w wirniku

Przy dowolnej prędkości silnika równej ω częstotliwość sem i prądów w wirniku jest mniejsza od częstotliwości f₁, ponieważ zgodnie z definicją poślizgu dla prędkości ω_s > ω > 0

Poślizg 0 < s < 1.

Zakresy prędkości lub poślizgu według ostatnich nierówności, wyznaczają obszar pracy silnikowej, w którym prędkość wirowania jest większa od zera i mniejsza od prędkości synchronicznej oraz gdy moment elektromagnetyczny działa w kierunku wirowania wirnika (oznaka pracy silnikowej maszyny).

Model fizyczny silnika indukcyjnego dla początku stanu rozruchowego (ω = 0 ) jest słuszny także dla dowolnej prędkości silnika w zakresie prędkości silnikowych. Gdy wirnik jest nieruchomy poślizg s = 1, podczas rozruchu poślizg zmniejsza się, zmniejsza się więc wartość sem i prądów indukowanych w prętach wirnika (przy pominięciu reaktancji wirnika i przyjęciu liniowej rezystancji). Pokazany na tym rysunku osie magnetyczne stojana i wirnika, tworząc kąt prosty, obracając się synchronicznie. Gdybyśmy przyjęli że wartość pola nie ulega przy tym zmianie, wówczas magneśnica zewnętrzna prezentująca pole nie uległaby zmianie, natomiast zmniejszenia prądu wirnika przy jego nie zmienionym kierunku osłabiłoby tylko przepływ wirnika.

W silniku rzeczywistym prąd i sem w pręcie są przesunięte w fazie na skutek indukcyjności wirnika. Przy zmiennej częstotliwości w wirniku, zależnej od jego prędkości, reaktancja prętów wirnika będzie zmienna, zależna od aktualnej częstotliwości. Reaktancja będzie największa przy rozruchu (dla s = 1), w miarę wzrostu prędkości wirnika reaktancja maleje osiągając wartość zerową dla prędkości synchronicznej wirnika. Pomijając przy rozruchu (s = 1) rezystancję prętów wirnika i pierścieni możemy napisać, że sem i prąd w pręcie wirnika są przesunięte w fazie o π/2. dla takiego przypadku model silnika należy zmodyfikować.

a) b)

Model silnika z bezrezystancyjnym wirnikiem: a) położenie pionowe osi pola i kierunki sem w prętach. b) położenie osi pola dla prądów (o takim kierunku jak sem na rys.).

Na rysunku pokazano znaki sem indukowanych w prętach klatki wirnika dla pionowego położenia osi pola wirującego. Prądy o kierunku takim jak kierunek sem są teraz opóźnione o T/4, tj. o czas, w którym pole wirujące obróci się o ¼ obrotu, jak wynika z ostatniego rysunku osie magnetyczne stojana i wirnika w takim przypadku pokrywają się ; działająca na przewody wirnika siła elektromagnetyczna wypadkowa jest równa zeru. Mimo obecności pola wirującego i prądu w wirniku moment elektromagnetyczny jest równy zeru. Maszyna w tych warunkach nie może pracować jako silnik. W rzeczywistości największe przesunięcie między prądem i napięciem w obwodach fazowych wirnika jest przy rozruchu silnika. Pomimo, że prąd w wirniku przy rozruchu (s = 1) jest największy, moment silnika może być nie duży. W miarę wzrostu prędkości częstotliwość sem i prądów w wirniku maleje reaktancja uzwojeń wirnika maleje. Pomimo malenia prądu w wirniku moment może wzrastać.

Jeżeli prędkość wirnika zgodna z kierunkiem wirowania pola przekroczy prędkość synchroniczną, - to zgodnie ze wzorem - poślizg stanie się ujemny, względna prędkość ruchu wirnika względem pola zmieni znak na przeciwny w stosunku do pracy silnikowej maszyny. To ostatnie spowoduję zmianę fazy sem w uzwojeniach fazowych wirnika o kąt π oraz zmianę fazy składowej czynnej prądu w wirniku także o π . Wskutek tego moment elektromagnetyczny zmieni znak na przeciwny w porównaniu ze znakiem przy pracy silnikowej, gdy poślizg był dodatni i mniejszy od 1. ruch wirnika będzie w tym stanie hamowany przez moment elektromagnetyczny, ponadto zmiana fazy prądu czynnego wirnika pociągnie za sobą zmianę fazy prądu czynnego w fazach stojanach o π (wynika to z zastosowania do maszyny indukcyjnej tak jak do transformatora zasady równowagi przepływów prądów czynnych). W tym stanie maszyna indukcyjna oddaje do sieci prąd czynny, a więc jest prądnicą. Zrównoważenie momentu elektromagnetycznego hamującego wymaga przyłożenia równoważnego momentu mechanicznego, a zatem dostarczania mocy mechanicznej. Powiększając bezwzględną wartość poślizgu (w zakresie niewielkich poślizgów) zwiększamy moc czynną oddawaną. Należy przy tym zwrócić uwagę, że maszyna indukcyjna w czasie pracy jako prądnica musi pobierać moc bierną z sieci, do której dostarcza moc czynną.

5. SCHEMAT ZASTĘPCZY

Silnik indukcyjny, jak wspomniano poprzednio, jest maszyną indukcyjna w tym sensie, że wirnik jego nie jest zasilany bezpośrednio. Sem w stojanie i wirniku indukują się na skutek strumienia pola wirującego wytworzonego wspólnie przez prądy stojana i wirnika.

W silnikach klatkowych o liczbie żłobków wirnika Ż i liczbie biegunów p liczba faz w wirniku jest Ż/p przy czym p prętów jednej fazy jest połączonych równolegle poprzez pierścienie. W takim przypadku sprowadzenie odbywa się w sposób bardziej złożony. Należy najpierw uzwojenie klatki sprowadzić do takiej liczby faz w stojanie, a następnie do takiej samej liczby zwojów i rozkładu (q) co w stojanie przy niezmienionym przepływie wirnika. Na podstawie schematu zastępczego można napisać podstawowe równania silnika:

1. I₁₀ = I₁ + I₂^'

2. U₁ = -E₁ + I₁R₁ + jI₁X₁

3. E₁ = I₂^' + R₂ /s+ jI₂ ^{`</sup>X<sub>2</sub> <sup>`}

Równanie (1) jest to równanie wirujących synchronicznie przepływów i dotyczy obwodu magnetycznego strumienia głównego Φ. Równania (2) i (3) wyrażają spadki napięć dla strony pierwotnej iwtórnej. Opierając się na tych równanianich można sporządzić wykres wektorowy silnika obciążonego.

W dokładnym schemacie zastępczym sinika indukcyjnego (w odróżnieniu od transformatora) występuje wielkość meczaniczna zwana poślizgiem, która wskazuje na to, że mamy do czynienia z przetwornikiem elektromechanicznym, w tym przypadku z silnikiem.

6. MOMENT ELEKTROMAGNETYCZNY

Wielkością, według której ocenia się właściwości ruchowe maszyn indukcyjnych jest moment elektromagnetyczny M proporcjonalny do siły elektromagnetycznej. Wartość wytwaranego w maszynie momentu określa wzór (przypominający wzór obowiązujący dla maszyn prądu stałego

M = cΦI₂cosΨ_2s

W którym : c- stała maszyny; Φ- strumień magnetyczny; Ψ_2s- kąt między wektorem prądu wirnika I₂ a siłą elektromotoryczną indukowaną w wirniku E_2s.

Powyższy wzór, przy pewnych założeniach upraszczających można zapisać w postaci :

M ≈ k I₂

Gdzie k jest stałą wynikającą z pierwszego wzoru.

Zatem moment elektromagnetyczny maszyny indukcyjnej zależy praktycznie od prądu wirnika I₂. Ponieważ moment elektromagnetyczny musi zawsze równoważyć zmieniający się moment mechaniczny, wartość prądu wirnika musi się tak zmieniać, aby moment elektromagnetyczny maszyny dostosował się do momentu obciażenia. Tak więc, jeśli moment mechaniczny jest mały, to mały jest również prąd wirnika. Zwiększeniu momentu mechanicznego odpowiada zwiększenie się prądu wirnika.

Wartość prądu wirnika wymuszona przez moment mechaniczny, czyli wynikająca z równania momentów, jest związana z poślizgiem s oraz impedancją wirnika Z_2s wzorem

W którym E₂ oznacza siłę elektromotoryczną indukowaną w uzwojeniu nie ruchomego wirnika.

Impedancja wirnika przy poślizgu s

Przy czym: R₂- rezystancja jednej fazy wirnika; X₂- reaktancja rozproszenia jednej fazy wirnika przy częstotliwości stojana.

Współczynnik mocy obwodu wirnika, występujący we wzorze na moment el. Jest określany zależnością

Ze wzoru na prąd wirnika wynika, że przez obwód wirnika prąd może płynąć tylko wówczas, gdy poślizg jest różny od zera (s ≠ 0), oraz gdy obwód wirnika jest zamknięty. Ten ostatni warunek wskazuje, że przy wirniku „zawartym” prąd w jego uzwojeniu może płynąć zawsze, gdy jest w nim indukowana siła elektromotoryczna.

Jeżeli do wzoru na moment elektromagnetyczny podstawimy zależności powyższych wzorów, to moment elektromagnetyczny

Wzór ten określa zależność momentu od poślizgu [M = f(s)] lub od prędkości wirnika [M = f(ω_m)], jako że poślizg jest odpowiednikiem prędkości wirnika. Wzór ten zwykle przekształca się do innej postci, w której występuje napięcie stojana. Ze względu na to, iż jest ona dość skomlikowana, wzoru tego nie ma. Wpływ poślizgu ma wartośc momentu, przy stałej wartości napięcia zasilania (pierwotnwgo), można najłatwiej śledzić na podstawie tzw. charakterystyki statycznej momentu maszyny indukcyjnej

Na charakterystyce tej zaznaczono różne zakresy pracy maszyny indukcyjnej. Zakresowi pracy silnikowej odpowiada przedział poślizgu 0 < s < 1, czyli przedział prędkości wirnika 0 < ω_m < ω_m1.

Gdy poślizg s > 1, czyli podczas wirowania wirnika w kierunku przeciwnym niż pole wirujące stojana, maszyna pracuje jako hamulec. Praca prądnicowa zachodzi wówczas, gdy s < 0, czyli gdy prędkość wirowania wirnika jest większa od prędkości synchronicznej (ω_m > ω_m1). Gdy poślizg s = 1, wówczas maszyna indukcyjna pracuje jako transformator. Podczas pracy silnikowej i prądnicowej maszyna pracuje stabilnie w zakresie poślizgów od -s _k do + s _k. Najczęściej maszyny indukcyjne pracują jako silniki, dlatego na rysunku poniżej przedstawiono tylko częś charakterystyki odpowiadającą pracy silnikowej.

Charakterystyka ta nazywa się charakterystyką statyczną momentu silnika indukcyjnego i dotyczy zakresu prędkości wirnika 0 < ω_m < ω_m1 .

Na rysunku zaznaczono cztery charakterystyczne wielkości silnika indukcyjnego:

• M_N - moment znamionowy (nominalny)

• M_max - moment maksymalny

• M_Rp - początkowy moment rozruchowy

• s_k - poślizg krytyczny

VII. URUCHOMIANIE SILNIKÓW INDUKCYJNYCH JEDNIKLATKOWYCH

Najprostszym sposobem uruchomienia silnika jest (bezoośrednie) załączenie uzwojenia stojana do sieci zasilającej. Na rysunku poniżej uzwojenie stojana 1 jest połączone w trójkąt, natomiast natomiast silnika 2 w gwiazdę. W każdym z tych układów połączeń napięcie znamionowe silnika musi być równe napięciu znamionowemu sieci. W układzie trójkąta prąd I_p (prąd przewodowy) dopływający z sieci jest √3 razy większy niż prąd fazowy I_f (prąd płynący przez uzwojenie jednej z faz). W układzie gwiazdy prąd przewodowy jest równy fazowemu (I­p­ = I­­_f­).

Sposób połączenia uzwojeń stojana silnika indukcyjnego w trójkąt i w gwiazdę

Prąd dopływający z sieci (prąd rozruchu) jest największy po załączeniu silnika. Jeśli moment obciążenia M_obc silnika będzie większy od początkowego momentu rozruchowego M_Rp, to silnik nie ruszy i prąd rozruchu (zwarcia) się nie zmieni. Silniki jednoklatkowe, mające stosunkowo małą wartość momentu M­_Rp, mogą być stosowane w takich układach napędowych, w których podczas rozruchu moment M_obc jest niewielki. Jeśli rozruch silnika nastąpi, to zwiększa się prędkość wirowania wirnika, czyli zmniejsza się poślizg, a więc zgodnie ze wzorem wartość prądu wirnika maleje. Zmniejsza się również prąd pobierany przez stojan z sieci zasilającej. Prędkośc wirnika zwiększa się do takiej wartości, przy której moment elektromagnetyczny silnika równoważy moment obbciążenia.

Gdy ze względu na sieć zasilająca konieczne jest ograniczenie prądu rozruchu, wówczas silnik można załączyć przez autotransformator, który obniża napięcie sieci nawet do zera. Zwiększając powoli wartość napięcia zasilającego silnik, dokonuje się rozruchu silnika przy zmniejszonej wartości prądu pobieranego z sieci. Teen sposób uruchomienia jest stosowany tylko w szczególnych przypadkach. Trzeba jednak pamiętać, że przy takim uruchamianiu silnika początkowy moment rozruchowy jest niewielki.

Prąd rozruchu można też ograniczyć, jeśli uzwojenie stojana silnika, przystosowane do połączenia w trójkąt, połączy się najpierw w gwiazdę, a dopiero po osiągnięciu przez wirnik znacznej prędkości przełączy się w układ trójkąta. Tego rodzaju przełączenia wykonuje się tzw. Przełącznikiem zero-gwiazda-trójkąt, przy czym w położeniu 0 silnik jest wyłączony z sieci. Wyłącznik nie może działać w kierunku przeciwnym. Przy tym sposobie załączania silnika do sieci, stosowany tylko w sieci niskiego napięcia, prąd rozruchu oraz początkowy moment rozruchowy zmniejsza się 3-krotnie. Następuje to na skutek zmniejszenia napięcia (√3-krotnie) w stosunku do napięcia znamionowego oraz zmiany układu połączeń (gwiazda zamiast trójkąta). Ten sposób uruchamiania silnika może być stosowany tylko wówczas, gdy urządzenie napędzane podczas rozruchu obciąża silnik niewielkim momentem. Charakterystykę prądu i momentu silnika, w funkcji poślizgu, podczas rozruchu przełącznikiem gwiazda-trójkąt pokazano na rysunku poniżej.

Zasadą działania przełącznika gwiazda-trójkąt wyjaśnono na rysunku poniżej, na którym do przełączania uzwojeń zastosowano styczniki sterowane elektromagnetycznie.

Silnik załącza się łącznikiem 1. przed załąceniem tego łącznika należy załączyć łącznik 2, który łączy uzwojenia stojana w gwiazdę. Przy połączeniu uzwojeń w gwiazdę napięcie U_st na jednym z uzwojeń stojana jest √3-krotnie mniejsze niż międzyfazowe napięcie sieci U_p' czyli U_st = U_p/√3. Po zwiększeniu przez wirnik prędkości należy wyłączyć łącznik 2 i natychmiast załączyć łącznik 3, który łączy uzwojenia stojana w trójkąt. Przy takim połączeniu uzwojeń napięcie na uzwojeniu stojana jest równe międzyfazowemu napięciu sieci (U­_st = U_p).

Rozruch silnika metodą przełączania uzwojeń z układu gwiazdy w układ trójkąta można przeprowadzać tylko wówczas, gdy napięcie znamionowe silnika dla układu trójkąta jest równe znamionowemu napięciu międzyfazowemu sieci, np. U­­_p­ = 380 V.

7. ZMIANA KIERUNKU WIROWANIA WIRNIKA

Kierunek wirowania wirnika zmienia się w wyniku zamiany dwóch dowolnych faz napięcia zasilającego uzwojenie stojana. Zmieniając kolejność faz napięcia zasilającego, zmienia się kierunek ruchu pola wirującego stojana, a tym samym uzyskuje się zmianę kierunku ruchu wirnika.

Sposób łączenia uzwojeń stojana dla uzyskania Schemat połączeń obwodu stojana

dwóch różnych kierunków wirowania wirnika. dla uzyskania zmiany kierunku

wirowania wirnika.

VIII. SPRAWNOŚĆ I STRATY MOCY SILNIKA INDUKCYJNEGO

Sprawnością η nazywa się stosunek mocy mechanicznej użytecznej silnika P_mu do mocy elektrycznej (czynnej) P₁ pobranej przez silnik z sieci zasilającej. Poniewż moc mechaniczna użyteczna silnika jest mocą P₂ przez niego oddaną (P₂ = P_mu ), zatem

Różnica między mocą pobraną z sieci a przekazaną do urządzenia napędzanego określa straty mocy w silniku, czyli

Straty mocy obejmują straty mocy w stojanie i wirniku. Na straty mocy w stojanie składają się:

Straty mocy w uzwojeniu stojana

przy czym: m - liczba faz: R₁ - rezystancja uzwojenia stojana,

oraz straty mocy w rdzeniu stojana

1(do tych strat jest proporcjonalny prąd zastępczy strat w rdzeniu stojana
)

strat mocy w uzwojeniu wirnika

przy czym: m - liczba faz: R₂ - rezystancja uzwojeń wirnika,

• strat mocy w rdzeniu wirnika
  ,

• strac mocy mechanicznych (tarcia)
  ,

Rozpływ mocy czynnej w silniku indukcyjnym

Do przeprowadzania bilansu strat mocy można posługiwać się powyższym rysunkiem, na którym zaznaczono dodatkowo moc mechaniczną P_m­ większą od mocy mechanicznej użytecznej P_mu o straty mocy mechanicznej
P­_m (straty tarcia). Moc P₁₂ jest mocą przeniesioną ze stojana do wirnika przez wirując pole magnetyczne o prędkości synchronicznej
_m1, i odpowiada ona momentoei elektromagnetycznemu

W silniku pracującym przy obciążeniu zbliżonym do znamionowego straty mocy w rdzeniu wirnika zwykle się pomija. Pominięcie tych strat jest dopuszczalne, ponieważ przy prędkości znamionowej częstotliwość jest bardzo mała, a więc straty mocy w żelazie wirnika, zależne od tej częstotliwości, są również bardzo małe.

W niektórych maszynach wśród strat mocy uwzględnia się jeszcze straty mocy dodatkowe
. Sprawność silnika indukcyjnego jest dość duża. Zależy ona od strat mocy, przede wszystkim od strat mocy w uzwojeniach oraz od obciążenia. Przykładowy przebieg charakterystyki sprawności silnika przedstawiono na rysunku poniżej.

Charakterystyka sprawności silnika indukcyjnego

Maszyna indukcyjna oprócz mocy czynnej pobiera z sieci zasilającej również moc bierną
. Moc ta jest potrzebna do wytworzenia pola magnetycznego oraz do zrównoważenia strat mocy biernej spowodowanych strumieniem rozproszenia uzwojenia stojana i wirnika. Moc bierna
potrzebna do wytworzenia pola magnetycznego jest przktycznie stała i zależy od prądu magnesującego
. Straty mocy biernej od strumienia rozproszenia
są proporcjonalne do kwadratu prądu stojana i wirnika.

Można przyjąć, że moc bierna pobrana podczas biegu jałowego
jest rówana mocy
, czyli

Współczynnik mocy silnika

jest najmniejszy przy obiegu jałowym, kiedy moc czynna oddana jest równa zero. Ze zwiększeniem obciążenia początkowego współczynnik mocy zwiększa się, a następnie maleje na skutek narastających strat mocy biernej od strumieni rozproszenia. Aby obciążyć linie przesyłowe od przenoszenia mocy biernej pobieranej przez silniki indukcyjne oraz transformatory w sieci zasilającej w celu kompensacji mocy biernej, powinny pracować silniki synchroniczne (przewzbudzone) oraz kondensatory statyczne.

Charakterystyka współczynnika mocy silnika indukcyjnego.

1

---