BADANIE STANÓW PRACY SILNIKA JEDNOFAZOWEGO INDUKCYJNEGO
Wprowadzenie
Silnik indukcyjny jednofazowy ma wirnik o uzwojeniu klatkowym i stojan o uzwojeniu jednofazowym.
Warunkiem wytworzenia momentu rozruchowego w maszynie indukcyjnej jest istnienie pola
magnetycznego wirującego. W tym celu w stojanie silnika jednofazowego umieszcza się dwa uzwojenia w
osiach przesuniętych w przestrzeni, zwykle o 90° elektrycznych, przy czym pomiędzy prądami
przepływającymi przez te uzwojenia musi istnieć przesunięcie fazowe.
W silniku indukcyjnym jednofazowym jedno z uzwojeń nazywane jest głównym lub roboczym (zaciski
oznaczone U1 – U2). Uzwojenie główne jest zasilane przez cały czas pracy silnika. Drugie z uzwojeń
nazywa się uzwojeniem pomocniczym rozruchowym (zaciski oznaczone R1 – R2) i jest załączone tylko w
chwili rozruchu.
Jeżeli prądy płynące w tych dwu uzwojeniach będą przesunięte względem siebie w fazie o kąt ~ 90°, to
powstanie pole wirujące kołowe (ściśle pole eliptyczne). W chwili zasilenia nieruchomego silnika napięciem
pojawi się więc moment rozruchowy. Ponieważ oba uzwojenia silnika indukcyjnego jednofazowego
zasilane są z tej samej sieci jednofazowej, dla osiągnięcia przesunięcia fazowego między prądami w obwód
uzwojenia rozruchowego (pomocniczego) włącza się szeregowo impedancje dodatkową – kondensator.
Po dokonaniu rozruchu uzwojenie rozruchowe, przystosowane do pracy krótkotrwałej, zostaje
samoczynnie odłączone przez:
-
wyłącznik odśrodkowy po osiągnięciu przez silnik około 80% prędkości znamionowej,
-
wyłącznik elektromagnetyczny, jeśli w wyniku wzrostu prędkości obrotowej zmaleje prąd
przepływający przez uzwojenie główne.
Zmianę kierunku wirowania silnika uzyskuje się przez zmianę kierunku przepływu prądu w jednym z
uzwojeń.
Schemat układu pomiarowego
Schemat połączeń układu pomiarowego silnika jednofazowego z kondensatorem rozruchowym C
odłączanym przez wyłącznik odśrodkowy W.
Przebieg ćwiczenia:
1.
Pomiar rezystancji uzwojeń
Wykonujemy pomiary rezystancji uzwojenia głównego i uzwojenia rozruchowego za pomocą multimetru
lub metodą techniczną.
2.
Badanie na biegu jałowym
Charakterystyka biegu jałowego jest to zależność mocy pobieranej i prądu od napięcia przy biegu jałowym.
Pomiary rozpoczynamy przy napięciu większym o kilka procent (ok. 10%) od znamionowego i stopniowo
napięcie obniżamy do takiej wartości, przy której prędkość obrotowa (kątowa) pozostała jeszcze praktycznie
stała (do ok. 1/3 U
n
). Na podstawie otrzymanych wyników pomiarów wyznaczamy cos ϕ
0
.
Tabela pomiarów:
Z pomiarów
Z obliczeń
l.p.
U0
I0
P0
n
cosϕ
ϕ
ϕ
ϕ
Q0 ∆∆∆∆Pcu ∆∆∆∆P
Fe+m
∆
∆
∆
∆Pm ∆
∆
∆
∆PFe
-
V
A
W
obr/m
-
VAr
W
W
W
W
Wzory do obliczeń:
0
0
0
cos
I
U
P
=
ϕ
ϕ
sin
0
0
0
I
U
Q
=
g
Cu
R
I
P
2
0
=
∆
Cu
m
Fe
P
P
P
∆
−
=
∆
+
0
m
m
Fe
Fe
P
P
P
∆
−
∆
=
∆
+
m
P
∆
-moc mechaniczna wyznaczona przy użyciu ekstrapolacji zależności
( )
2
0
U
f
P
m
Fe
=
∆
+
Na podstawie wyników wykreślić charakterystyki: I
0
, P
0
, Q
0
, cos
ϕ
10
= f(U)
3.
Badanie w stanie zwarcia
Próbę zwarcia wykonuje się przy zahamowanym wirniku silnika (tzn. prędkość kątowa
ω = 0) i
przeprowadza się w celu wyznaczenia parametrów nieruchomej maszyny w funkcji napięcia zasilającego.
Przy próbie zwarcia dokonuje się pomiaru prądu, strat mocy oraz momentu rozruchowego początkowego.
Pomiary wykonujemy przy kilku wartościach prądu w zakresie od 0 do wartości znamionowej I
n
. Należy
wykonywać je możliwie szybko, ponieważ chłodzenie nieruchomego silnika jest utrudnione. Na podstawie
otrzymanych wyników pomiarów wyznaczamy cos
ϕ
z
.
Tabela pomiarów:
Z pomiarów
L.P.
U
Ip
Ig
Iz
Pp
Pg
Pz
Mr
cosϕ
ϕ
ϕ
ϕ
z
-
V
A
A
A
W
W
W
Nm
-
Na podstawie wyników wykreśla się charakterystyki:
I
z
,
P
z
,cos
ϕ
z
, M
r
=f(U ),
4.
Próba obciążenia
Celem próby obciążenia jest wyznaczenie charakterystyki ruchowej silnika. Podczas próby dokonuje się
pomiaru prądu, mocy pobranej, momentu użytecznego i prędkości obrotowej.
Silnik zasilamy napięciem znamionowym i obciążamy hamownicą. Pierwszy pomiar dokonujemy na biegu
jałowym (M = 0), a następne przy wzrastającym momencie obciążenia. Kończymy przy obciążeniu silnika
nie przekraczającym 1,2 P
n
. Poślizg wyznaczamy z pomiarów prędkości obrotowej, cos
ϕ z pomiarów
prądu, napięcia i mocy pobranej. Moc mechaniczną użyteczną (moc na wale) wyznacza się ze wzoru:
P
mu
= M *
ω. Sprawność silnika określamy sposobem bezpośrednim metodą hamowania przez pomiar
momentu użytecznego M
u
, prędkości obrotowej n oraz mocy pobranej z sieci P.
Tabela pomiarów:
Lp.
U
I
P
cos
ϕ
M
u
P
mu
n
η
V
A
W
-
Nm
W
obr/min
%
Wzory do obliczeń:
ω
=
u
mu
M
P
60
2 n
π
=
ω
UI
P
=
ϕ
cos
P
P
mu
=
η
Na podstawie wyników wykreśla się charakterystyki: n, I, P, P
mu
,
η, cosϕ = f(M
u
)
5. Obliczanie parametrów schematu zastępczego:
Z próby zwarcia możemy wyznaczyć:
-
dla uzwojenia głównego:
G
z
G
ZG
I
U
P
*
cos
=
ϕ
zmierzono
R
X
X
I
U
Z
Z
X
G
ZG
G
ZG
Z
ZG
ZG
ZG
ZG
=
=
=
ϕ
=
*
5
,
0
sin
-
dla uzwojenia POMOCNICZEGO:
P
z
P
ZP
I
U
P
*
cos
=
ϕ
zmierzono
R
X
X
I
U
Z
Z
X
P
ZP
P
ZP
Z
ZP
ZP
ZP
ZP
=
=
=
ϕ
=
*
5
,
0
sin
*
-
dla uzwojenia głównego i pomocniczego:
Z
z
Z
Z
I
U
P
*
cos
=
ϕ
.......
]
)
(
)
[(
*
)
(
*
*
5
,
0
'
sin
*
'
2
2
'
2
2
'
2
2
2
2
2
2
=
+
=
−
+
=
=
=
ϕ
=
R
X
R
I
U
U
X
R
I
U
X
X
I
U
Z
Z
X
Z
X
Z
P
P
P
X
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z próby biegu jałowego możemy wyznaczyć:
styki
charaktery
z
P
P
P
P
I
R
P
I
U
P
m
CU
m
Fe
G
CU
=
∆
∆
−
=
∆
=
∆
=
ϕ
+
0
2
0
0
0
0
0
*
*
cos
m
m
Fe
Fe
P
P
P
∆
−
∆
=
∆
+
µ
µ
µ
=
−
=
=
∆
=
+
−
=
I
E
X
I
I
I
R
E
I
P
E
R
X
R
I
U
E
Fe
G
Fe
Fe
Fe
Fe
G
G
2
2
2
2
0
2
2
)
(
*