Sprawozdanie

Ćwiczenie 2

Badanie silnika indukcyjnego jednofazowego

Pomiary dotyczące silnika indukcyjnego jednofazowego

n

1

= 1500 [obr/min] – prędkość obrotowa synchroniczna

R

tw

= 20 [Ω] – rezystancja twornika

Δ

1

P

G

= 10 [W] – straty mechaniczne prądnicy

Δ

2

P

G

= 15 [W] – straty w żelazie prądnicy

Seria I

Wykresy dla Serii I

Wraz z wzrostem wartości pobieranego przez silnik prądu, liniowo wzrasta moc silnika.

L.p.

Pomiary U= 220 [V]

Obliczenia

I1

P1

n

U2

I2

Pg

Δ3PG

P2

ηG

ηS

cosφ

S

A

W

obr/min

V

A

W

W

W

%

%

-

%

1

1,15

85

1450

176

0

0

0

0

0

0

0,336

0,033

2

1,25

145

1450

164

0,32

52,48

2,048

79,528

0,660

0,548

0,527

0,033

3

1,425

195

1425

156

0,56

87,36

6,272

118,632

0,736

0,608

0,622

0,050

4

1,65

259

1400

148

0,82

121,36

13,448

159,808

0,759

0,617

0,713

0,067

5

2

325

1375

136

1,08

146,88

23,328

195,208

0,752

0,601

0,739

0,083

6

2,1

350

1350

132

1,14

150,48

25,992

201,472

0,747

0,576

0,758

0,100

7

2,35

400

1325

128

1,28

163,84

32,768

221,608

0,739

0,554

0,774

0,117

Moc czynna pobierana przez silnik jest ponad dwukrotnie większa od mocy na wale silnika (mocy
obciążenia prądnicy), dodatkowo zależność między mocą czynną silnika a mocną na wale można
przybliżyć zależnością liniową.

Widać, że wraz z wzrostem mocy na wale, spada prędkość obrotowa (obroty) silnika, w wąskim
zakresie od 1475 – 1325, moc wzrasta z 80 do 221 W, przy spadku obrotów o 150 [obr/min].

Przy sprzężeniu 1:1 prądnicy i silnika jednofazowego, zależność między napięciem prądnicy prądu
stałego a mocną na wale silnika, jest liniowa, wraz z wzrostem mocy na wale, spada napięcie.

Wraz z wzrostem mocy na wale silnika związana jest liniowa zmiana przyrostu prądu obciążenia
prądnicy.

Współczynnik mocy cosφ zależy od mocy czynnej pobieranej przez silnik i odwrotności iloczynu
napięcia zasilania i prądu pobieranego przez silnik, z wzrostem współczynnika mocy związany jest
przyrost mocy na wale silnika. Zależność ta ma charakter prostoliniowy.

Z wykresu wynika iż można wyznaczyć pewien przedział, mocy na wale silnika, w którym
sprawność silnika jednofazowego jest największa, w naszym przypadku ok. 0,6 (60%), dalsze
zwiększanie mocy będzie wiązało się ze spadkiem sprawności. Wyznaczenie owego przedziału
byłoby możliwe poprzez dokonanie większej liczby pomiarów w pobliżu ekstremum, np. Pomiary
w zakresie 1400-1350 [obr/min] co jedną podziałkę obrotomierza.

Dzięki obliczeniom dotyczącym poślizgu, przy zadanej prędkości synchronicznej 1500 obr/min,
oraz wykresowi, można zaobserwować, iż wraz z wzrostem poślizgu rośnie moc na wale silnika.
Poślizg dla pracy silnikowej mieści się w przedziale (0,1), nasz silnik osiągnął maksymalny poślizg
s = 0,12.

Sprawność prądnicy w zależności od mocy na wale silnika, ma charakter dający się aproksymować
parabolą, mała liczba pomiarów nie pozwala na dokładniejszą aproksymację, jednak wyraźnie, że
największa sprawność prądnicy zostaje osiągnięta przy około 160 [W] mocy na wale silnika, dalsze
zwiększanie mocy spowodowało spadek sprawności.

Seria II

Wykresy dla serii II

Podobnie jak w serii dla 220 V, moc na wale wzrasta wraz z prądem pobieranym przez silnik, górna
granica przedziału mocy na wale spadła do około 200 [W], dodatkowo w końcowej fazie pomiarów
nastąpił gwałtowny wzrost wartości prądu przy nikłym wzroście mocy.

L.p.

Pomiary U= 200 [V]

Obliczenia

I1

P1

n

U2

I2

Pg

ΔPG

P2

ηG

ηS

cosφ

S

A

W

obr/min

V

A

W

W

W

%

%

-

%

1

1,05

75

1475

172

0

0

0

0

0

0

0,357

0,017

2

1,2

135

1450

164

0,32

52,48

2,048

79,528

0,660

0,589

0,563

0,033

3

1,25

155

1425

160

0,42

67,2

3,528

95,728

0,702

0,618

0,620

0,050

4

1,3

205

1400

152

0,62

94,24

7,688

126,928

0,742

0,619

0,788

0,067

5

1,65

255

1375

144

0,8

115,2

12,8

153

0,753

0,600

0,773

0,083

6

1,85

290

1350

140

0,92

128,8

16,928

170,728

0,754

0,589

0,784

0,100

7

2,125

330

1325

132

1,02

134,64

20,808

180,448

0,746

0,547

0,776

0,117

8

2,275

350

1300

128

1,04

133,12

21,632

179,752

0,741

0,514

0,769

0,133

9

2,35

360

1275

126

1,06

133,56

22,472

181,032

0,738

0,503

0,766

0,150

10

2,5

405

1250

120

1,1

132

24,2

181,2

0,728

0,447

0,810

0,167

Również w tym przypadku moc na wale jest dwa razy mniejsza od mocy czynnej pobieranej przez
silnik, zależność jest liniowa rosnąca, a w ostatniej fazie pomiarów następuje gwałtowny wzrost
mocy pobieranej przez silnik przy małej zmianie mocy na wale.

Różnice między wykresem serii I, oprócz przedziału mocy, to gwałtowny spadek obrotów przy
niewielkiej zmianie mocy na wale.

Napięcie prądnicy maleje wraz z wzrostem mocy na wale, trendem tej serii pomiarowej jest
gwałtowny spadek porównywanego parametru w zależności od mocy na wale silnika, miało to
miejsce przy obciążeniu dążącym do maksimum.
We wszystkich parametrach które pośrednio lub bezpośrednio zależały od U2 i I2 powtarza się taka
zależność, tempo wzrostu I2 oraz tempo malenia U2 spada przy obciążeniu dążącym do max.

Prąd obciążenia prądnicy rośnie wraz z mocą na wale silnika, w porównaniu do serii I osiągnięto
mniejszy prąd obciążenia.

Podobnie jak w serii pierwszej współczynnik mocy rośnie niemal liniowo od niezerowej wartości
do około 0,8.

Przy 200 [V] przedział sprawności silnika został spłaszczony, w większym przedziale mocy na wale
można spodziewać się sprawności oscylującej wokół 60%. Maksymalna sprawność silnika była
wyższa o 2%.

W ostatniej fazie obciążania i pomiarów poślizg zaczął gwałtownie przyrastać od wartości 0,12 do
0,17, wcześniejszy przyrost ma charakter zbliżony do liniowego.

Również przedział sprawności prądnicy uległ spłaszczeniu, uzyskano jednak nieznacznie gorszą
sprawność maksymalną, różnica może być spowodowana błędem odczytu lub niedokładnością w
ustawieniu parametrów (obrotów) oraz niedoskonałości układu pomiarowego.

Seria III

Wykresy dla serii III

W ostatniej serii pomiarowej dla 180 [V] widać, iż charakterystyka zależności prądu pobieranego
od mocy na wale silnika mogłaby być aproksymowana krzywą, w krańcowej części krzywa miałaby
charakter przebieg przypominający połówkę paraboli o ułamkowym współczynniku a (ostry
przyrost wartości na OY-prądu pobieranego)

L.p.

Pomiary U= 180 [V]

Obliczenia

I1

P1

n

U2

I2

Pg

Δ3PG

P2

ηG

ηS

cosφ

S

A

W

obr/min

V

A

W

W

W

%

%

-

%

1

0,975

65

1475

176

0

0

0

0

0

0

0,370

0,017

2

1,125

130

1450

164

0,32

52,48

2,048

79,528

0,660

0,612

0,642

0,033

3

1,3

170

1425

154

0,5

77

5

107

0,720

0,629

0,726

0,050

4

1,525

215

1400

148

0,64

94,72

8,192

127,912

0,741

0,595

0,783

0,067

5

1,675

245

1375

142

0,72

102,24

10,368

137,608

0,743

0,562

0,813

0,083

6

1,85

265

1350

140

0,78

109,2

12,168

146,368

0,746

0,552

0,796

0,100

7

2

285

1325

136

0,82

111,52

13,448

149,968

0,744

0,526

0,792

0,117

8

2,15

310

1300

130

0,86

111,8

14,792

151,592

0,738

0,489

0,801

0,133

9

2,275

330

1275

126

0,88

110,88

15,488

151,368

0,733

0,459

0,806

0,150

10

2,4

345

1250

124

0,89

110,36

15,842

151,202

0,730

0,438

0,799

0,167

Podobnie jak w przypadku zależności prądu pobieranego od mocy na wale, również zależność
mocy czynnej pobieranej od mocy na wale, ma charakter prostoliniowy przez większą część
przedziału, natomiast na krańcu przyrost moczy czynnej jest gwałtowny i nie pociąga za sobą
dużych zmian mocy na wale.

Rozkład punktów pomiarowych wyraźnie wskazuje na krzywoliniową charakterystykę zależności
obrotów silnika od mocy na wale, od pewnej wartości mocy, dalsze tempo przyrostu mocy znacząco
maleje, a tempo spadku obrotów gwałtownie rośnie.

Zmniejszenie napięcia zasilania pracy silnika umożliwiło wyrysowanie znacznie dokładniejszych
charakterystyk silnika jednofazowego. Przy napięciu 180 [V] wyraźnie widać dużą nieliniowość w
krańcowej części przedziału. Średnio pierwsze 80-85 % przebiegu można aproksymować za
pomocą prostej, natomiast przy obciążeniu dążącym do maksimum, należałoby skorzystać z
aproksymacji parabolicznej.

Prąd obciążenia prądnicy, niemal w całym przedziale, rośnie liniowo, wraz z przyrostem mocy na
wale silnika.

Przyrost i zakres wartości, współczynnika mocy, dla wszystkich serii jest zbliżony.

Zależność sprawności od mocy na wale silnika w trzeciej serii jest zbliżona do drugiej, względem
pierwszej uzyskano spłaszczony przedział sprawności około 60% oraz 3% wzrost sprawności
względem serii pierwszej.

Przebieg zależności poślizgu od mocy na wale silnika ma wyraźnie zarysowane dwa przedziały,
pierwszy można aproksymować prostoliniowo, drugi krzywoliniowo (parabolicznie), w drugim
następuje gwałtowny przyrost poślizgu zbliżony do serii drugiej.

Względem poprzednich dwóch serii uzyskano najbardziej spłaszczoną charakterystykę sprawności
prądnicy oraz najszerszy przedział sprawności powyżej 70%. Z punktu widzenia chęci uzyskania
najwydajniejszej pracy prądnicy, zasilanie 180 V oraz przedział mocy na wale w zakresie 120-140
[W] jest najefektywniejszy, tj. Prądnica osiąga najwyższą sprawność.

Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych

Warszawa

16.12.2012 ver 1.0