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

)

(

*