Wyznaczanie charakterystyk obciążenia silnika klatkowego - wnioski

Silnik klatkowy badaliśmy pod kątem jego użyteczności tj. zależności mocy, sprawności, prądu itp. od obciążenia w dwóch różnych konfiguracjach. Raz był on połączony w gwiazdę a innym razem w trójkąt. Jest to o tyle istotne, że moc osiągana przez silnik różni się wówczas trzykrotnie, a co za tym idzie różny jest jego moment i pobierany prąd. Otrzymane wyniki są generalnie zgodne z oczekiwaniami oprócz jednego dla połączenia w trójkąt gdzie obserwujemy sprawność silnika równą 126,54 %. Po analizie doszliśmy do wniosku, że jest to prawdopodobnie wina źle odczytanej wartości prądu I_1. Pierwszy wykres to zależność pobieranej mocy od obciążenia (P=f(Mobc)). Widać wyraźnie, że w przypadku gwiazdy rośnie on szybciej i to dla mniejszych watości momentu (oba wykresy mają różne kształty ten dla gwiazdy jest zbliżony do paraboli). Bardzo podobny kształt ma zależność prądu od obciążenia I=f(Mobc). Tłumaczy to fakt, że charakterystyki M=f(n) dla obu połączeń sa różnie zorientowane w przestrzeni (chociaż mają podobny kształt). Dla połączenia w gwiazdę przyłożone obciążenie to już moment znamionowy, zaś dla połączenia w trójkąt jest on osiągany przy wartości większej o 50%. Z wykresu jasno wynika również, że przy tej samej mocy pobranej silnik połączony w trójkąt dysponuje o połowę większym momentem. Łatwo jest ten fakt wytłumaczyć, rozpatrując wykres sprawności =f(Mobc). Na nim zkolei widać wyraźnie, że szczyt sprawności silnika połączonego w gwaizdę jest dla 6,77 Nm, dla silnika w trójkąt dla 10,74 Nm. Przy 8 Nm silnik połączony w gwiazdę ma wyraźnie niższą sprawność, bo jego moment znamionowy został już przekroczony i jego obciążenie wkroczyło w zakres przeciążalności. Stan ten nie może być trwały bo grozi to przegrzaniem. Wykres cos=f(Mobc) także ma swoje maksimum dla obu połączeń w tym samym miejscu co zależność =f(Mobc). Na ilustracji Puż=f(Mobc) obserwujemy wyraźną odchyłkę od liniowości dla połączenia w gwiazdę. Jest to spowodowane wymienionym wyżej maksimum sprawności, które zostało przekroczone. Ogólnie spadek sprawności powyżej momentu znamionowego spowodowany jest zbyt dużumi stratami dla wyższych wartości prądów – napięcie zasilania przy połączeniu w gwiazdę jest o pierwiastek z 3 niższe niż przy połączeniu w trójkąt. Wzrost poślizgu oraz spadek prędkości obrotowej wraz ze wzrostem obciążenia także jest większy dla połączenia w gwiazdę. Jest to wynikiem wspomnianej wcześniej charakterystyki mechanicznej dla obu połączeń, znacznie różniącej się wartościami.

Charakterystyki, które otrzymaliśmy są zbliżone do charakterystyk teoretycznych.

Wszelkie niezgodności mogą być spowodowane np.: niedokładnością przyrządów pomiarowych, niedokładnością odczytu.

Wyznaczanie charakterystyk obciążenia silnika pierścieniowego – wnioski

Pomiary parametrów silnika pierścieniowego miały charakter niepełny, nie zawierały bowiem części dotyczącej rozruchu tego silnika, która to charakterystyka jest bardzo interesująca i najczęściej decyduje o jego zastosowaniu. Silniki te są bowiem drogie, wymagają nadzoru (m.in. sprawdzania stanu szczotek i pierścieni ślizgowych) oraz mają większe gabaryty niż porównywalne silniki klatkowe.

Badane charakterystyki nie odbiegają od normy – wykres zależności sprawności od obciążenia ma prawidłowy kształt. Sprawność maleje wraz ze wzrostem rezystancji dodatkowej w obwodzie wirnika (ponieważ rosną straty mocy na tej rezystancji), a rośnie w miarę przesuwania się w stronę mniejszego obciążenia. Wynika to z faktu, że prąd wirnika jest mniejszy, maksimum momentu przesuwa się w stronę mniejszych obrotów,
a sam moment znamionowy maleje. Zależność obrotów od momentu obciążenia także jest odzwierciedleniem charakterystyki mechanicznej. Wraz ze wzrostem obciążenia spadek obrotów jest większy dla większego oporu wirnika, bo krzywa zależności momentu od obrotów zmienia swój kształt – jest bardziej płaska i zakres pracy stabilnej się powiększa. Moc użyteczna maleje wraz ze wzrostem R_d – wynika to ze wspomnianych wcześniej rosnących strat na rezystancji dodatkowej. Wzrost poślizgu wraz ze wzrostem obciążenia jest proporcjonalny do spadku obrotów i jest efektem omówionej wcześniej zmiany charakterystyki mechanicznej silnika. Zależność pobieranego prądu od obciążenia I=f(M_obc) ma kształt nieco odbiegający od teoretycznego, co można wytłumaczyć niewielkimi różnicami mierzonych wartości prądów, a więc niewielką dokładnością wykresu. W przypadku większych mocy zależność ta byłaby bardziej widoczna. Ogólna tendencja spadku pobieranego prądu ze wzrostem oporu dodatkowego R_d jest jednak zauważalna na wykresie. Także zależność cosφ=f(M_obc) ma kształt nieco odbiegający od teoretycznej zależności, jednak spadek jest widoczny na wykresie. Jest on spowodowany wzrostem impedancji wirnika, a więc większego udziału mocy biernej.

Na podstawie danych otrzymanych podczas badania silnika pierścieniowego możemy wysunąć wniosek, że włączenie rezystancji dodatkowej dla prędkości nominalnej jest niepotrzebne, a nawet szkodliwe
– zmniejsza moment i pogarsza współczynnik mocy. Rezystancja dodatkowa jest jednak pożądana przy rozruchu silnika (czego nie badaliśmy), bo wówczas moment rozruchowy jest równy krytycznemu. Problem ten rozwiązano poprzez zastosowanie oporników regulowanych ręcznie lub automatycznie. Wówczas R_d zmienia swoja wartość od maksimum do zera (z reguły 4 – 6 stopni).