„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Eleonora Muszyńska

Uruchamianie silników elektrycznych oraz pomiary
ich parametrów 724[05].Z1.05

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1

Recenzenci:
mgr Elżbieta Burlaga
mgr Stefan Sotomski

Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Barbara Kapruziak

Konsultacja:
dr inż. Bożena Zając

Korekta:

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 724[05].Z1.05
„Uruchamianie silników elektrycznych oraz pomiary ich parametrów”, zawartego
w modułowym programie nauczania dla zawodu elektromechanik 724[05].

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

4

2. Wymagania wstępne

6

3. Cele kształcenia

7

4. Materiał nauczania

8

4.1. Rodzaje silników indukcyjnych i ich budowa. Zasada działania silnika

indukcyjnego

8

4.1.1. Materiał nauczania

8

4.1.2. Pytania sprawdzające

11

4.1.3. Ćwiczenia

11

4.1.4. Sprawdzian postępów

12

4.2. Tabliczka znamionowa i tabliczka zaciskowa silnika indukcyjnego.

Rozruch, regulacja prędkości obrotowej, zmiana kierunku wirowania
silników indukcyjnych

13

4.2.1. Materiał nauczania

13

4.2.2. Pytania sprawdzające

16

4.2.3. Ćwiczenia

17

4.2.4. Sprawdzian postępów

19

4.3. Budowa i zasada działania silników synchronicznych. Rozruch silników

synchronicznych

20

4.3.1. Materiał nauczania

20

4.3.2. Pytania sprawdzające

21

4.3.3. Ćwiczenia

21

4.3.4. Sprawdzian postępów

21

4.4. Rodzaje silników prądu stałego i ich budowa. Zasada działania silnika

prądu stałego. Tabliczka znamionowa i zaciskowa silnika prądu stałego

22

4.4.1. Materiał nauczania

22

4.4.2. Pytania sprawdzające

24

4.4.3. Ćwiczenia

25

4.4.4. Sprawdzian postępów

26

4.5. Rozruch, regulacja prędkości obrotowej, zmiana kierunku wirowania

silników prądu stałego

27

4.5.1. Materiał nauczania

27

4.5.2. Pytania sprawdzające

28

4.5.3. Ćwiczenia

28

4.5.4. Sprawdzian postępów

29

4.6. Budowa silników komutatorowych prądu przemiennego. Rozruch,

regulacja prędkości obrotowej, zmiana kierunku wirowania silników
komutatorowych prądu przemiennego

30

4.6.1. Materiał nauczania

30

4.6.2. Pytania sprawdzające

31

4.6.3. Ćwiczenia

31

4.6.4. Sprawdzian postępów

32

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3

4.7. Maszyny specjalne. Rodzaje, budowa i zastosowanie

33

4.7.1. Materiał nauczania

33

4.7.2. Pytania sprawdzające

34

4.7.3. Ćwiczenia

34

4.7.4. Sprawdzian postępów

35

4.8. Sprzęganie silnika z maszyną roboczą. Zasady obsługi i konserwacji

silników elektrycznych

36

4.8.1. Materiał nauczania

36

4.8.2. Pytania sprawdzające

37

4.8.3. Ćwiczenia

38

4.8.4. Sprawdzian postępów

38

5. Sprawdzian osiągnięć

39

6. Literatura

43

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4

1. WPROWADZENIE

Poradnik, który masz przed sobą, będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy

i kształtowaniu umiejętności z zakresu uruchamiania silników elektrycznych oraz pomiaru ich
podstawowych parametrów.

Wiadomości i umiejętności z tej dziedziny zostały określone w jednostce modułowej

724[05].Z1.05 „Uruchamianie silników elektrycznych oraz pomiary ich parametrów”. Jest to
jednostka modułowa zawarta w module „Budowa i eksploatacja maszyn i urządzeń
elektrycznych” (schemat układu jednostek modułowych przedstawiony jest na stronie 5 tego
poradnika).

Tak, jak każda jednostka modułowa, również i ta ma ściśle określone cele kształcenia,

materiał nauczania oraz wskazania metodyczne do realizacji programu.

Zgodnie z tymi zaleceniami, w poniższym poradniku zamieszczono:

−

szczegółowe cele kształcenia,

−

materiał nauczania dotyczący poszczególnych tematów,

−

pytania sprawdzające,

−

ćwiczenia,

−

sprawdziany postępów,

−

przykładowy zestaw zadań testowych przygotowany dla potrzeb sprawdzenia
efektywności kształcenia.
Jednostka modułowa pt. „Uruchamianie silników elektrycznych oraz pomiary ich

parametrów” została podzielona na 8 tematów. Każdy z nich zawiera ćwiczenia i materiał
nauczania niezbędny do ich wykonania..

Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczeń odpowiedz na pytania sprawdzające, które są

zamieszczone w każdym rozdziale po materiale nauczania. Udzielone odpowiedzi pozwolą
Ci sprawdzić, czy jesteś dobrze przygotowany do wykonania zadań.

Treść programu jednostki modułowej zawiera podstawowe zagadnienia związane

z uruchamianiem silników elektrycznych. W wyniku realizacji programu powinieneś między
innymi opanować umiejętności:

−

rozpoznawania silników elektrycznych na podstawie wyglądu zewnętrznego, tabliczki
znamionowej i tabliczki zaciskowej silników,

−

dobierania zasilania do różnych rodzajów silników,

−

wykonywania pomiarów podstawowych parametrów silników w oparciu o dokumentację
techniczną.
Szczególną uwagę zwróć na rozpoznawanie elementów budowy silników elektrycznych

oraz na ocenę ich stanu technicznego.

Po zakończeniu realizacji programu jednostki modułowej nauczyciel sprawdzi Twoje

wiadomości i umiejętności za pomocą testu pisemnego. Abyś miał możliwość dokonania
ewaluacji swoich działań, rozwiąż przykładowy test sumujący zamieszczony na końcu
poniższego poradnika.


Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów

bezpieczeństwa i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju
wykonywanych prac. Przepisy te poznasz podczas trwania nauki.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5

Schemat układu jednostek modułowych

724[05].Z1.04

Dobieranie i sprawdzanie aparatury

łączeniowej i sterowniczej

Moduł 724[05].Z1

Budowa i eksploatacja maszyn

i urządzeń elektrycznych

724[05].Z1.01

Eksploatacja źródeł energii elektrycznej

oraz pomiary ich parametrów

724[05].Z1.02

Dobieranie transformatorów oraz

sprawdzanie ich parametrów

724[05].Z1.03

Dobieranie przewodów, osprzętu

i opraw oświetleniowych w instalacjach

724[05].Z1.05

Uruchamianie silników elektrycznych

oraz pomiary ich parametrów

724[05].Z1.06

Dobieranie środków ochrony

przeciwporażeniowej

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej 724[05].Z1.05 „Uruchamianie

silników elektrycznych oraz pomiary ich parametrów” powinieneś umieć:

−

rozpoznawać podzespoły elektryczne i mechaniczne w maszynach elektrycznych,

−

rozpoznawać materiały stosowane do budowy maszyn elektrycznych,

−

określać właściwości materiałów stosowanych do budowy maszyn elektrycznych,

−

rozróżniać rodzaje sieci zasilających: jednofazową, trójfazową i prądu stałego,

−

stosować ważniejsze wzory z zakresu elektrotechniki,

−

odczytywać proste schematy i na ich podstawie dokonywać analizy,

−

korzystać z literatury, katalogów maszyn elektrycznych, norm oraz przepisów
eksploatacji maszyn elektrycznych,

−

pracować w grupie i indywidualnie,

−

oceniać swoje umiejętności,

−

uczestniczyć w dyskusji,

−

przygotowywać prezentację,

−

prezentować siebie i grupę, w której pracujesz,

−

przestrzegać przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej 724[05].Z1.05 „Uruchamianie

silników elektrycznych oraz pomiary ich parametrów” powinieneś umieć:

−

sklasyfikować silniki elektryczne ze względu na rodzaj zasilania,

−

sklasyfikować silniki elektryczne ze względu na zasadę działania i budowę,

−

rozpoznać silniki elektryczne na podstawie wyglądu zewnętrznego,

−

rozpoznać silniki elektryczne na podstawie tabliczki zaciskowej i tabliczki znamionowej,

−

rozpoznać podstawowe elementy budowy silników na eksponatach oraz na rysunkach,

−

scharakteryzować podstawowe parametry silników elektrycznych,

−

skorzystać z danych znajdujących się na tabliczkach znamionowych silników
elektrycznych,

−

dobrać zasilanie do różnych rodzajów silników elektrycznych,

−

uruchomić silniki elektryczne,

−

zmierzyć podstawowe parametry silników elektrycznych w oparciu o dokumentację
techniczno-ruchową,

−

ocenić stan techniczny badanych silników elektrycznych na podstawie uzyskanych
wyników pomiarów,

−

skorzystać z literatury, katalogów maszyn elektrycznych, norm oraz przepisów
eksploatacji silników elektrycznych,

−

zastosować zasady bhp i ochrony ppoż. i ochrony środowiska obowiązujące na
stanowisku pracy.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Rodzaje silników indukcyjnych i ich budowa. Zasada

działania silnika indukcyjnego

4.1.1.

Materiał nauczania

Silniki indukcyjne (asynchroniczne) charakteryzują się prostą budową, dużą pewnością

działania, są łatwe w obsłudze i konserwacji. Z tych względów są one najbardziej
rozpowszechnionymi silnikami elektrycznymi, zarówno w przemyśle jak i w gospodarstwach
domowych. Budowane są najczęściej jako maszyny trójfazowe i jednofazowe.

Budowa silników indukcyjnych trójfazowych

Silnik indukcyjny trójfazowy składa się z dwóch zasadniczych części: nieruchomego

stojana i wirującego wirnika. Stojan silnika indukcyjnego składa się z korpusu
stanowiącego obudowę maszyny oraz rdzenia umieszczonego wewnątrz korpusu. Korpus
może być spawany lub odlewany z żeliwa. Do korpusu przymocowane są boczne tarcze
łożyskowe z łożyskami, w których jest osadzony wał wirnika. W rdzeniu stojana, wykonanym
z blach żelazo-krzemowych (o dobrych właściwościach magnetycznych) odizolowanych
od siebie, znajdują się wycięcia nazywane żłobkami, w których umieszczone są uzwojenia.
Żłobki mogą mieć różne kształty (mogą być otwarte, półotwarte lub zamknięte).

Rys. 1. Przykładowa blacha rdzenia stojana

Uzwojenie stojana składa się z trzech niezależnych pod względem elektrycznym uzwojeń

(faz), których osie są przesunięte względem siebie w przestrzeni o kąt 120

o

. Do wykonania

uzwojeń stosuje się izolowane druty o przekroju kołowym lub prostokątnym, a w celu
odizolowania ich od rdzenia, żłobki wykłada się materiałem izolacyjnym.

Wewnątrz stojana umieszczony jest wirnik. Rozróżniamy dwa rodzaje wirników silników

indukcyjnych trójfazowych:

−

wirniki klatkowe (zwarte),

−

wirniki pierścieniowe.
Wirnik silnika klatkowego nie ma normalnego uzwojenia, lecz składa się z prętów

miedzianych lub aluminiowych, które są umieszczone w żłobkach rdzenia wirnika. Pręty te są
połączone (zwarte) na obu końcach pierścieniami zwierającymi, tak że całość przypomina
klatkę (stąd nazwa tych silników).

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9

Rys. 2. Uzwojenie klatkowe wirnika maszyny indukcyjnej [2]

1 – pręty klatki, 2 – pierścień zwierający

Silniki zwarte ze względu na sposób wykonania wirnika dzielą się na zwykłe,

głębokożłobkowe i dwuklatkowe. Wadą zwykłych wirników jest dosyć mały moment
rozruchowy i duża wartość prądu rozruchowego przy bezpośrednim włączeniu silnika
do sieci.

Rys. 3. Różne kształty żłobków wirników klatkowych:

a) głębokożłobkowych, b) dwuklatkowych [2]

Wirnik silnika pierścieniowego, podobnie jak stojan, ma uzwojenie trójfazowe ułożone

w żłobkach. Uzwojenia te mają początki połączone w jeden wspólny punkt gwiazdowy,
a końcówki dołączone do trzech pierścieni ślizgowych, umieszczonych na jednym z końców
wału wirnika. Po pierścieniach odizolowanych od wału ślizgają się szczotki osadzone
w specjalnych szczotkotrzymaczach. Szczotki są połączone z zaciskami umieszczonymi na
korpusie silnika i przeznaczonymi do przyłączenia rozrusznika. Rozrusznik jest to
regulowany opornik, który służy do przeprowadzenia rozruchu silnika pierścieniowego.

Rys. 4. Schemat budowy wirnika silnika pierścieniowego [6].

1 – uzwojenie trójfazowe, 2 – pierścienie ślizgowe, 3 – rozrusznik

Zasada działania silników indukcyjnych trójfazowych

Po przyłączeniu silnika do trójfazowej sieci zasilającej, przez poszczególne uzwojenia

stojana płyną prądy przemienne przesunięte względem siebie o kąt 120

o

. Pod wpływem tych

1

2

a) b)

1

2

3

rozruch

praca

3xR

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

10

prądów powstaje strumień magnetyczny przechodzący przez rdzenie stojana i wirnika oraz
przez szczelinę powietrzną między nimi. Strumień ten ma praktycznie stałą wielkość i wiruje
wokół osi silnika ze stałą prędkością obrotową (kątową) nazywaną prędkością synchroniczną.

Synchroniczną prędkość obrotową określa się wzorem:

p

f

n

⋅

=

60

1

[obr/min]

Synchroniczną prędkość kątową określa się wzorem:

p

f

n

ω

⋅

⋅

⋅

=

⋅

⋅

=

π

60

2

π

2

1

1

[rad/s]

W powyższych wzorach p oznacza liczbę par biegunów, natomiast f oznacza częstotliwość
napięcia zasilającego.

Pod wpływem wirującego strumienia magnetycznego w uzwojeniach (prętach) wirnika

popłynie prąd. Wskutek oddziaływania na siebie prądu w wirniku i strumienia
magnetycznego powstaje siła, która działa na uzwojenie wirnika w kierunku wirowania
strumienia i powoduje wirowanie wirnika w tym samym kierunku.

Wirnik silnika indukcyjnego przy biegu jałowym (jeżeli silnik nie jest obciążony) wiruje

z prędkością prawie równą, ale nieco mniejszą niż prędkość pola wirującego.

Stosunek różnicy prędkości obrotowej synchronicznej n

1

i prędkości obrotowej wirnika

n do prędkości obrotowej synchronicznej nazywa się poślizgiem s.

1

1

n

n

n

s

−

=

Poślizg s może być wyrażany w procentach i wtedy wzór ma postać:

100%

1

1

%

⋅

−

=

n

n

n

s

W znamionowych warunkach pracy silnika poślizg wynosi kilka procent.

Budowa i działanie silników indukcyjnych jednofazowych

Jednofazowe silniki indukcyjne, jak nazwa wskazuje, zasilane są z sieci jednofazowej.

Nie oznacza to jednak, że na stojanie umieszczone jest tylko jedno uzwojenie fazowe.
W silnikach z jednym uzwojeniem fazowym pole magnetyczne jest polem przemiennym,
a nie polem wirującym, które gwarantuje samoczynny rozruch silnika. Z tej przyczyny, aby
wytworzyć pole wirujące, w żłobkach stojana umieszcza się dodatkowe uzwojenie, które
nazywa się rozruchowym lub pomocniczym. Prąd w fazie rozruchowej musi być przesunięty
w fazie względem prądu w uzwojeniu głównym. Rozróżniamy silniki z uzwojeniem
rozruchowym rezystancyjnym i silniki z kondensatorem w fazie rozruchowej (rys. 5).

Rys. 5. Schematy budowy indukcyjnych silników jednofazowych [6]:

a) z rezystancyjną fazą rozruchową, b) z kondensatorową fazą rozruchową
A – uzwojenie główne, B – uzwojenie rozruchowe, W – wyłącznik odśrodkowy

A

B

R

W

a)

A

B

C

W

b)

n

n

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

11

W silnikach rezystancyjnych, w celu uzyskania przesunięcia prądów w fazie, nie włącza

się do fazy rozruchowej żadnego dodatkowego opornika, ale zwiększenie rezystancji tego
uzwojenia osiąga się przez zastosowanie przewodu o mniejszym przekroju. Są to tanie
i najbardziej rozpowszechnione indukcyjne silniki jednofazowe.

Silniki kondensatorowe mają lepsze od rezystancyjnych właściwości rozruchowe, jednak

ze względu na to, że kondensatory są drogie i łatwo się psują, silniki te są droższe od
rezystancyjnych.

Osobną grupę jednofazowych silników indukcyjnych stanowią silniki zwartobiegunowe.

Mają one wirniki klatkowe, a uzwojenie wzbudzenia nie jest rozłożone równomiernie
w żłobkach stojana, tylko skupione w postaci cewek nałożonych na bieguny stojana.
Na każdym biegunie wykonany jest żłobek dzielący nabiegunnik na dwie nierówne części.
Mniejsza część jest otoczona tzw. zwojem zwartym. Zwój zwarty zastępuje fazę rozruchową.

4.1.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jaką inną nazwą określa się silniki indukcyjne?
2. Jak zbudowany jest stojan silnika indukcyjnego trójfazowego?
3. Co to jest rdzeń, do czego służy i z jakiego materiału jest wykonany?
4. Co to są żłobki?
5. Jakie znasz rodzaje wirników silników indukcyjnych trójfazowych?
6. Jak zbudowane są silniki zwarte?
7. Dlaczego silnik zwarty nazywa się również klatkowym?
8. Jak zbudowany jest silnik pierścieniowy?
9. Jaka jest zasada działania silników indukcyjnych trójfazowych?

10. Co to jest poślizg?
11. Jakie znasz rodzaje silników indukcyjnych jednofazowych?
12. Jaką rolę w jednofazowym silniku indukcyjnym pełni kondensator?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj elementy budowy silnika indukcyjnego na eksponacie znajdującym się na

Twoim stanowisku pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) rozpoznać i wskazać rdzeń stojana oraz omówić jego budowę i przeznaczenie,
2) wskazać żłobki rdzenia stojana i podać ich przeznaczenie,
3) wskazać uzwojenia stojana i omówić budowę uzwojeń,
4) rozpoznać i wskazać wirnik oraz omówić elementy budowy wirnika,
5) wskazać materiały dielektryczne i omówić ich rolę w maszynie,
6) rozpoznać miejsce usytuowania tabliczki znamionowej i tabliczki zaciskowej silnika,
7) rozpoznać rodzaj silnika i podać jego nazwę.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

przekrój rzeczywistego silnika indukcyjnego lub model silnika,

−

gablota poglądowa z elementami budowy silnika indukcyjnego.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12

Ćwiczenie 2

Dane są wirniki należące do różnych typów silników elektrycznych. Rozpoznaj wirniki

należące do silników indukcyjnych klatkowych. Wybór uzasadnij.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dokonać oględzin wirników dostępnych na stanowisku pracy,
2) wskazać wirniki należące do silników klatkowych,
3) scharakteryzować budowę wybranych wirników i uzasadnić, że pochodzą one od

silników klatkowych.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

różne rodzaje wirników maszyn komutatorowych i bezkomutatorowych.

Ćwiczenie 3

Rysunek przedstawia schemat budowy

wirnika silnika pierścieniowego. Rozpoznaj
wszystkie podzespoły tego wirnika, omów ich
budowę i przeznaczenie.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) rozpoznać i wskazać uzwojenia wirnika, omówić ich budowę,
2) rozpoznać i wskazać pierścienie ślizgowe, omówić ich budowę i przeznaczenie,
3) rozpoznać i wskazać szczotki, omówić ich budowę i przeznaczenie,
4) rozpoznać i wskazać rozrusznik, omówić jego budowę i przeznaczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

rysunek wirnika silnika pierścieniowego.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) rozpoznać silnik indukcyjny na podstawie wyglądu zewnętrznego?

¨

¨

2) rozpoznać elementy budowy silnika indukcyjnego na eksponacie?

¨

¨

3) rozpoznać podstawowe elementy budowy silnika indukcyjnego

na rysunku?

¨

¨

4) wyjaśnić zasadę działania silnika indukcyjnego trójfazowego?

¨

¨

5) podać wzór na poślizg?

¨

¨

6) podać cechy charakterystyczne silników indukcyjnych jednofazowych?

¨

¨

7) wymienić rodzaje silników indukcyjnych jednofazowych?

¨

¨

8) scharakteryzować budowę silników indukcyjnych jednofazowych?

¨

¨

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13

4.2. Tabliczka znamionowa i tabliczka zaciskowa silnika

indukcyjnego. Rozruch, regulacja prędkości obrotowej,
zmiana kierunku wirowania silników indukcyjnych

4.2.1.

Materiał nauczania

Tabliczka znamionowa silnika indukcyjnego powinna być umieszczona na korpusie

silnika w miejscu widocznym i dostępnym. Powinny być na niej umieszczone w sposób
trwały i łatwy do odczytania dane ogólne oraz dane znamionowe silnika.

Dane ogólne silnika:

−

nazwa lub znak wytwórcy silnika,

−

rok produkcji,

−

typ silnika,

−

numer fabryczny,

−

dopuszczalna temperatura otoczenia [

o

C],

−

masa maszyny [kg].

Dane znamionowe silnika:

−

klasa izolacji:

•

A (maksymalna temperatura 105

o

C), np. bawełna, jedwab, preszpan, polichlorek

winylu,

•

E (maksymalna temperatura 120

o

C), np. folie polietylenowe, lakiery poliestrowe,

•

B (maksymalna temperatura 130

o

C), np. włókno szklane, żywice epoksydowe,

•

F (maksymalna temperatura 155

o

C), np. wyroby z miki,

•

H (maksymalna temperatura 180

o

C), np. wyroby z włókien szklanych i miki.

−

układ połączeń uzwojeń stojana – gwiazda lub trójkąt,

−

napięcie znamionowe U

N

[V] – wartość skuteczna napięcia międzyprzewodowego,

−

prąd znamionowy I

N

[A] – wartość skuteczna prądu przemiennego,

−

częstotliwość znamionowa f

N

[Hz],

−

moc znamionowa P

N

[kW] – moc, którą maszyna może oddawać na wale bez

przekroczenia dopuszczalnych przyrostów temperatury,

−

znamionowa prędkość obrotowa n

N

[obr/min] – jest to prędkość, z jaką wiruje wirnik

silnika obciążony mocą znamionową przy napięciu znamionowym,

−

współczynnik mocy cos

ϕ

N

,

−

rodzaj pracy:

•

praca ciągła S1,

•

praca dorywcza S2,

•

praca okresowa S3

÷

S8,

•

praca nieokresowa S9.

−

stopień ochrony IP

Symbol stopnia ochrony składa się z oznaczenia literowego IP oraz dwóch arabskich cyfr.
Cyfra pierwsza oznacza stopień ochrony osób oraz stopień ochrony przed dostępem do
wnętrza maszyny ciał obcych. Cyfra druga oznacza stopień ochrony przed dostępem do
wnętrza maszyny wody (np. IP44, IP56). Cyfra 0 na pierwszym lub na drugim miejscu
oznacza całkowity brak ochrony. Im większa cyfra, tym większy stopień ochrony.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

14

Tabliczka zaciskowa silnika indukcyjnego
Na korpusie stojana silnika indukcyjnego trójfazowego jest umieszczona tabliczka

zaciskowa z sześcioma zaciskami, do których są doprowadzone początki i końce uzwojeń
poszczególnych faz. Początki uzwojeń fazowych oznacza się symbolami: U1, V1, W1,
a końce odpowiednio U2, V2, W2.

Niektóre silniki indukcyjne trójfazowe mają na tabliczce znamionowej dostępne tylko

cztery zaciski. Są to trzy zaciski fazowe i jeden zacisk ochronny. W takim silniku początki
uzwojeń są na stałe połączone w gwiazdę.

Rozruch silników indukcyjnych
Rozruchem nazywamy stan pracy silnika od chwili załączenia napięcia zasilającego do

momentu osiągnięcia przez wirnik ustalonej prędkości wirowania, określonej znamionowymi
parametrami zasilania.

Prąd pobierany z sieci w czasie rozruchu nazywany jest prądem rozruchu I

r

. Prąd ten jest

zwykle kilkakrotnie większy od prądu znamionowego I

N

i dlatego może on być groźny dla

silnika pod względem skutków cieplnych. Ponadto tak duży prąd powoduje znaczne spadki
napięć w linii zasilającej, co niekorzystnie wpływa na pracę pozostałych odbiorników
podłączonych do tej sieci.
Z tych przyczyn dąży się do tego, aby w czasie rozruchu zmniejszyć prąd rozruchowy i tylko
silniki o małej mocy włącza się bezpośrednio do sieci.
Stosuje się następujące sposoby rozruchu silników indukcyjnych trójfazowych:
1) rozruch za pomocą rozrusznika (dotyczy tylko silników pierścieniowych),
2) rozruch za pomocą autotransformatora (dotyczy silników klatkowych),
3) rozruch za pomocą przełącznika zero-gwiazda-trójkąt (dotyczy silników klatkowych).

Rozrusznik (rys. 4) jest to opornik regulacyjny, dołączony do obwodu wirnika przez

pierścienie ślizgowe, który służy do rozruchu silnika pierścieniowego. Przed przystąpieniem
do rozruchu należy upewnić się, że rezystancja rozrusznika ustawiona jest na maksymalną
wartość. Następnie należy stopniowo zmniejszać tę rezystancję aż do całkowitego zwarcia.

Rys. 6. Widok tabliczki zaciskowej silnika indukcyjnego trójfazowego

a) układ połączeń uzwojeń w gwiazdę b) układ połączeń uzwojeń w trójkąt

W2 U2 V2

L1 L2 L3

U1 V1 W1

W2 U2 V2

U1 V1 W1

L1 L2

V1

U2 V1

U2 V2

W2

U1

V2

L1 L2 L3

U1

W1

W2

W1

L1 L2 L3

L3

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

15

Rys. 7. Charakterystyki mechaniczne silnika indukcyjnego pierścieniowego [6]

1 – bez włączonego rozrusznika, 2 – z włączonym rozrusznikiem

Z przebiegu charakterystyk mechanicznych widać, że włączenie rozrusznika zwiększa

wartość początkowego momentu rozruchowego (dla n = 0). Wartość dużego momentu
napędowego można utrzymać przez cały czas trwania rozruchu. Jednocześnie włączenie
rezystancji znacznie ogranicza prąd rozruchowy, co stanowi podstawową zaletę tego typu
rozruchu.

Autotransformator jest to urządzenie, które umożliwia płynną regulację napięcia

zasilającego silnik (rys. 8). Po zamknięciu wyłącznika sieciowego W

1

silnik zasilany jest

obniżonym napięciem i zaczyna pracować. Gdy wirnik silnika uzyska prędkość zbliżoną do
znamionowej, zamyka się wyłącznik W

2

i wtedy silnik zasilany jest pełnym napięciem

znamionowym sieci.

Rozruch za pomocą przełącznika zero–gwiazda–trójkąt możliwy jest wtedy, gdy napięcie

znamionowe fazowe uzwojenia stojana równe jest znamionowemu napięciu międzyfazowemu
sieci zasilającej silnik. W początkowym stanie rozruchu uzwojenia stojana należy połączyć
w gwiazdę, a gdy wirnik osiągnie obroty zbliżone do znamionowych przełączyć je na trójkąt.

Przy uzwojeniach połączonych w gwiazdę napięcie na każdej fazie silnika jest

3 razy

mniejsze od znamionowego. Prąd fazowy jest również 3 razy mniejszy, a prąd przewodowy
jest 3 razy mniejszy od prądu, jaki popłynąłby gdyby uzwojenia od początku połączone były
w trójkąt. Wadą tego typu rozruch jest to, że moment rozruchowy silnika przy uzwojeniu
połączonym w gwiazdę jest 3 razy mniejszy od momentu przy uzwojeniu połączonym
w trójkąt.

Rys. 8. Schemat układu rozruchowego silnika z autotransformatorem [6]

M

M

k

n

n

1

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

16

Rys. 9. Schemat przełącznika gwiazda-trójkąt [2]

Regulacja prędkości silników indukcyjnych
Możliwości regulacji prędkości obrotowej silników indukcyjnych wynikają ze wzoru:

( )

( )

s

p

f

n

n

−

⋅

=

−

⋅

=

1

60

s

1

1

Ze wzoru tego wynika, że prędkość obrotową wirnika silnika indukcyjnego regulować można
poprzez:

−

zmianę częstotliwości napięcia zasilającego f,

−

zmianę liczby par biegunów p,

−

zmianę poślizgu s:

•

zmianę rezystancji w obwodzie wirnika,

•

zmniejszenie napięcia zasilającego,

•

wprowadzenie pola przeciwbieżnego.

Zmiana kierunku wirowania silników indukcyjnych
Zmianę kierunku wirowania wirnika uzyskać można przez przełączenie miejscami dwóch

dowolnych przewodów łączących uzwojenie stojana z siecią zasilającą. Układ umożliwiający
pracę silnika obu kierunkach wirowania nazwa się układem nawrotnym.

4.2.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Co to jest tabliczka znamionowa silnika elektrycznego?
2. Jakie parametry znamionowe zawarte są na tabliczce znamionowej silnika indukcyjnego?
3. Co oznacza symbol cos

ϕ podany na tabliczce znamionowej?

4. Jaki symbol oznacza rodzaj pracy maszyny indukcyjnej?
5. Jaki symbol oznacza stopień ochrony silnika przed dostępem ciał obcych i wody?
6. Co to jest tabliczka zaciskowa silnika indukcyjnego?
7. Kiedy mówimy, że uzwojenia są połączone w gwiazdę a kiedy w trójkąt?
8. Jakie znasz sposoby rozruchu silników indukcyjnych?
9. Jak dokonuje się rozruchu silników pierścieniowych a jak silników klatkowych?

10. Jakie znasz sposoby regulacji prędkości obrotowej silników indukcyjnych trójfazowych?
11. W jaki sposób można zmienić kierunek wirowania silnika indukcyjnego trójfazowego?

I

SU

I

SV

I

SW

I

1U

I

1V

I

1W

U1 V1 W1

U2 V2 W2

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

17

MADE IN POLAND
Silnik SZJe54a
Nr 291575 10 kW Praca S1

min

obr

1450

U 230/400 V ∆ /

I 34,8/20,1 A cosφ 0,86 50 Hz

Izol.kl. E Δt/t

o

75/40

o

C 1995 rok

PN-88/E 06701

104

kg

4.2.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Dana

jest

tabliczka

znamionowa

silnika

indukcyjnego trójfazowego. Odczytaj wszystkie dane
zawarte na tej tabliczce i podaj ich znaczenie.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dokonać oględzin wskazanej przez nauczyciela tabliczki znamionowej,
2) odczytać dane ogólne umieszczone na tabliczce,
3) odczytać dane znamionowe silnika umieszczone na tabliczce,
4) podać znaczenie wszystkich danych ogólnych i znamionowych zawartych na tabliczce

znamionowej,

5) zapisać do zeszytu wszystkie dane znamionowe silnika wraz z jednostkami.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

tabliczki znamionowe różnych silników indukcyjnych,

−

tabliczka dołączona w postaci rysunku do ćwiczenia,

−

zeszyt do ćwiczeń.

Ćwiczenie 2

Dane są tabliczki zaciskowe silników indukcyjnych trójfazowych. Wyjaśnij, jaki jest

sposób połączeń uzwojeń stojana w tych silnikach.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) rozpoznać i podać sposób połączeń uzwojeń silnika, którego tabliczka zaciskowa

przedstawiona jest na rysunku a,

2) rozpoznać i podać sposób połączeń uzwojeń silnika, którego tabliczka zaciskowa

przedstawiona jest na rysunku b,

3) uzasadnić odpowiedzi, rysując schematy połączeń uzwojeń trójfazowych wewnątrz

stojana silnika.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

schematy tabliczek zaciskowych,

−

tabliczki zaciskowe rzeczywistych silników,

−

zeszyt do ćwiczeń.

L1 L2 L3 L1 L2 L3

W2 U2 V2
W2 U2 V2
U1 V1 W1
U1 V1 W1

a) b)

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

18

Ćwiczenie 3

Rozpoznaj rodzaj silnika indukcyjnego na podstawie jego wyglądu zewnętrznego, a także

danych zawartych na tabliczce znamionowej oraz tabliczce zaciskowej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dokonać oględzin silnika dostępnego na stanowisku pracy,
2) zlokalizować tabliczkę zaciskową i tabliczkę znamionową,
3) wyjaśnić, do jakiej sieci zasilającej (jedno- czy trójfazowej) należy podłączyć zaciski

analizowanej maszyny,

4) wyjaśnić, w jaki sposób połączone są zaciski uzwojeń stojana analizowanej maszyny,
5) podać dane znamionowe silnika,
6) rozpoznać i podać nazwę silnika.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

silnik indukcyjny jedno- lub trójfazowy.

Ćwiczenie 4

Dokonaj rozruchu trójfazowego silnika indukcyjnego stosując przełącznik zero-gwiazda-

trójkąt.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) wyjaśnić, jaki jest cel przeprowadzania rozruchu metodą gwiazda-trójkąt (podać wady

i zalety tego typu rozruchu),

2) upewnić się o braku napięcia zasilającego i dokonać oględzin silnika dostępnego na

stanowisku pracy,

3) zapoznać się ze sposobem zasilania silnika, zwracając szczególną uwagę na przełącznik

zero-gwiazda-trójkąt,

4) po uzyskaniu pozwolenia prowadzącego zajęcia uruchomić silnik stosując zasady bhp,

ochrony ppoż. podczas pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

stanowisko z doprowadzoną siecią pięcioprzewodową typu TN-S, zabezpieczone
niezależnym wyłącznikiem różnicowoprądowym o prądzie zadziałania I

∆

N

≤ 30 mA,

−

silnik indukcyjny trójfazowy klatkowy połączony z siecią zasilającą za pośrednictwem
gniazda ze stykiem ochronnym oraz przełącznika gwiazda-trójkąt.

Ćwiczenie 5

Silniki dwubiegowe stosowane są do napędu maszyn i urządzeń, które wymagają

skokowej zmiany prędkości obrotowej. Korzystając z katalogu silników elektrycznych
dobierz silnik na napięcie znamionowe 400 V umożliwiający uzyskanie prędkości
obrotowych 2850/1430 obr/min. Wypisz wszystkie dane techniczne silników spełniających te
wymagania, a następnie na podstawie tych danych porównaj ich właściwości.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dobrać katalog silników elektrycznych i zapoznać się z jego zawartością,

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

19

2) odnaleźć rozdział dotyczący silników dwubiegowych - ich zastosowania, budowy

i parametrów znamionowych,

3) odszukać w tabelach odpowiednie typy silników i wypisać ich wszystkie parametry

znamionowe,

4) porównać wybrane silniki pod kątem wartości: mocy znamionowej, prądu rozruchowego,

momentu rozruchowego, sprawności, współczynnika mocy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

katalogi silników elektrycznych,

−

zeszyt do ćwiczeń, długopis.

Ćwiczenie 6

Dany jest silnik indukcyjny trójfazowy klatkowy. Wykonaj pomiary rezystancji uzwojeń

i rezystancji izolacji.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z układem zasilania i przeznaczeniem silnika,
2) pomiary rezystancji uzwojeń wykonać dla każdej fazy, przy rozwartych zaciskach,

miernikiem uniwersalnym,

3) pomiary rezystancji izolacji wykonać miernikiem induktorowym 1000 V między każdym

zaciskiem fazowym a korpusem silnika oraz między poszczególnymi rozwartymi
uzwojeniami,

4) pomiary wykonać w warunkach zbliżonych do istniejących w czasie pracy,
5) zachować zasady bhp podczas wykonywania pomiarów,
6) porównać wyniki pomiarów z wartościami zalecanymi w poradnikach,
7) ocenić stan techniczny silnika.

Uwaga:

Nauczyciel powinien zaznajomić ucznia z zasadami obsługi mierników oraz pomiarów

rezystancji uzwojeń i rezystancji izolacji.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

silnik indukcyjny trójfazowy,

−

miernik uniwersalny,

−

miernik rezystancji izolacji,

−

skrzynka monterska,

−

poradniki elektryka.

4.2.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wskazać miejsce usytuowania tabliczki znamionowej silnika?

¨

¨

2) podać znaczenie parametrów umieszczonych na tabliczce znamionowej?

¨

¨

3) połączyć uzwojenia w gwiazdę i w trójkąt?

¨

¨

4) rozpoznać silnik na podstawie jego budowy, tabliczki znamionowej

i tabliczki zaciskowej?

¨

¨

5) wyjaśnić rolę przełącznika zero-gwiazda-trójkąt?

¨

¨

6) uruchomić silnik przez przełącznik zero-gwiazda-trójkąt?

¨

¨

7) skorzystać z katalogu silników elektrycznych w celu dobrania

odpowiedniego silnika?

¨

¨

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

20

4.3. Budowa i zasada działania silników synchronicznych.

Rozruch silników synchronicznych

4.3.1.

Materiał nauczania

Silniki synchroniczne swoją nazwę zawdzięczają temu, że prędkość wirnika n jest równa

prędkości wirowania pola magnetycznego stojana n

1

. Prędkość ta jest zawsze jednakowa,

niezależnie od wartości momentu obciążenia na wale maszyny. Mówimy, że silnik taki ma
idealnie sztywną charakterystykę mechaniczną.

Rys. 10. Charakterystyka mechaniczna silnika synchronicznego [5]

W silnikach synchronicznych stojan pełni zwykle rolę twornika i jest wykonany tak samo

jak w silnikach asynchronicznych. Wirnik natomiast ma pełnić rolę magneśnicy, czyli ma za
zadanie wytwarzać stałe pole magnetyczne. Aby to było możliwe, wirnik powinien być
wyposażony w uzwojenie wzbudzające zasilane prądem stałym.

Silniki synchroniczne mają taką wadę, że nie posiadają własnego początkowego

momentu rozruchowego, nie mogą więc samoczynnie rozpędzić się do prędkości
synchronicznej. Aby silnik taki mógł ruszyć z miejsca, należy go zatem rozpędzić do
prędkości synchronicznej za pośrednictwem pomocniczej maszyny napędowej i dopiero
wtedy włączyć do sieci. Rozruch taki byłby dosyć kłopotliwy i dlatego opracowano różne
metody rozruchu bezpośredniego. Najczęściej stosuje się tzw. rozruch asynchroniczny.
Rozruch taki jest możliwy do przeprowadzenia w silnikach wyposażonych w tzw. klatkę
rozruchową. Klatka taka wykonana jest podobnie jak w silniku indukcyjnym i pełni podobną
rolę – indukują się w niej prądy, które współdziałając z polem wirującym stojana wytwarzają
siłę popychającą wirnik w kierunku ruchu pola wirującego. Po osiągnięciu przez wirnik
prędkości około 0,95 prędkości synchronicznej n

1

, załącza się źródło prądu wzbudzenia

i dopiero wtedy wzbudzone bieguny wirnika zostaną przyciągnięte przez bieguny pola
wirującego i wirnik wpadnie w synchronizm.

Silniki synchroniczne stosowane są głównie jako maszyny dużej mocy, do napędu

wentylatorów oraz dmuchaw.

Cechą charakterystyczną silników synchronicznych jest to, że mogą one być dla sieci

odbiornikami o charakterze rezystancyjno-pojemnościowym. Pobierając więc moc bierną
pojemnościową oddają do sieci moc bierną indukcyjną. W związku z tym można je stosować
w zakładach przemysłowych, gdy celem jest poprawa współczynnika mocy cos

ϕ.

Specjalnym rodzajem silników synchronicznych są kompensatory synchroniczne. Są to

maszyny przeznaczone wyłącznie do poprawy współczynnika mocy (do kompensacji mocy
biernej) i nie przeznaczone do obciążenia ich mocą czynną na wale (końcówki wału takiej
maszyny nie muszą być wyprowadzone na zewnątrz obudowy maszyny.

Silniki synchronicznej małej mocy mogą być wykonane bez uzwojeń wzbudzających. Są

to silniki histerezowe i reluktancyjne (patrz rozdział 4.7).

n

n

1

0 M

N

M

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

21

4.3.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jak zbudowany jest silnik synchroniczny?
2. Jaka jest zasada działania silnika synchronicznego?
3. Jakie znasz sposoby rozruchu silników synchronicznych?
4. Co to jest klatka rozruchowa?
5. Jaki jest przebieg charakterystyki mechanicznej silnika synchronicznego?
6. Jakich informacji o właściwościach silnika synchronicznego dostarcza charakterystyka

mechaniczna?

7. W jakich przypadkach korzystne jest zamieniać silnik indukcyjny na synchroniczny?

4.3.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj elementy budowy silnika synchronicznego na eksponacie znajdującym się na

Twoim stanowisku pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) rozpoznać stojan i wskazać: rdzeń, uzwojenia, tabliczkę zaciskową,
2) scharakteryzować budowę i rolę rozpoznanych elementów,
3) wyjaśnić sposób zasilania uzwojeń stojana,
4) wskazać wirnik i rozpoznać na nim: rdzeń i uzwojenie wzbudzenia,
5) wyjaśnić, jaka jest rola wirnika w silniku synchronicznym,
6) scharakteryzować sposób doprowadzenia napięcia do uzwojenia wzbudzenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

eksponat silnika synchronicznego.

Ćwiczenie 2

Wśród dostępnych rysunków różnych silników elektrycznych rozpoznaj silnik

synchroniczny. Wybór uzasadnij.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dokonać oględzin wszystkich rysunków przedstawiających różne silniki,
2) wskazać rysunek przedstawiający silnik synchroniczny,
3) uzasadnić swój wybór.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

rysunki różnych silników elektrycznych.

4.3.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) porównać budowę silnika synchronicznego i asynchronicznego ?

¨

¨

2) wymienić wady i zalety silnika synchronicznego?

¨

¨

3) scharakteryzować właściwości silnika synchronicznego?

¨

¨

4) rozpoznać silnik synchroniczny na podstawie wyglądu zewnętrznego?

¨

¨

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

22

4.4. Rodzaje silników prądu stałego i ich budowa. Zasada

działania silnika prądu stałego. Tabliczka znamionowa
i tabliczka zaciskowa silnika prądu stałego

4.4.1.

Materiał nauczania

Silniki prądu stałego, tak jak wszystkie maszyny wirujące, składają się z nieruchomego

stojana oraz wirnika. Stojan ma za zadanie wytwarzać strumień magnetyczny i dlatego
nazywany jest magneśnicą, natomiast w wirniku tworzy się siła elektromotoryczna i dlatego
nosi on nazwę twornika.

Stojan składa się z kadłuba, do którego od wewnętrznej strony przymocowany jest rdzeń

elektromagnesów głównych i (w niektórych silnikach) pomocniczych, zakończony
nabiegunnikami. Nabiegunniki służą do odpowiedniego rozłożenia indukcji magnetycznej. Na
rdzeniu biegunów głównych umieszczone są cewki uzwojenia wzbudzającego.

Uzwojenie wzbudzające może być zasilane z obcego źródła lub też połączone szeregowo

albo równolegle z uzwojeniem wirnika. W związku z tym silniki prądu stałego dzielą się na:

−

obcowzbudne,

−

samowzbudne:

•

szeregowe,

•

bocznikowe,

•

szeregowo-bocznikowe.

Rys. 11. Uproszczone schematy silników prądu stałego [2]:

a) silnik obcowzbudny, b) silnik bocznikowy,
c) silnik szeregowy, d) silnik szeregowo-bocznikowy.
1 – uzwojenie wzbudzenia

Wirnik ma oś obrotu, czyli tzw. wał. Na wale, umieszczony jest rdzeń. Rdzeń jest

wykonany z blach ze stali krzemowej o grubości 0,5 mm jednostronnie izolowanych
lakierem. Na zewnętrznej części rdzenia wycięte są żłobki, w których ułożone jest uzwojenie
twornika. Końce cewek tworzących uzwojenie twornika przyłącza się do odpowiednich
wycinków komutatora. Do komutatora przylegają (grafitowe lub metalowe) szczotki, za
pomocą których realizowane jest połączenie między wirującym twornikiem a nieruchomymi
zaciskami silnika. Szczotki umieszczone są w specjalnych trzymaczach szczotkowych
i dociskane są do komutatora za pomocą sprężyn.

Zaciski, do których przyłączone są poszczególne uzwojenia silnika prądu stałego mają

następujące oznaczenia literowe (tabela 1):

a)

b)

c)

d)

1

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

23

E1 E2

F1 F2

Tabela 1. Oznaczenia zacisków maszyn prądu stałego [2]

Lp.

Rodzaj uzwojenia

Oznaczenie zacisków

1

Uzwojenie twornika

2

Uzwojenie biegunów komutacyjnych

3

Uzwojenie kompensacyjne

4

Uzwojenie wzbudzające szeregowe

5

Uzwojenie wzbudzające bocznikowe

6

Uzwojenie obcowzbudne

7

Uzwojenie pomocnicze w osi podłużnej

8

Uzwojenie pomocnicze w osi poprzecznej

Dodatkowe oznaczenia:

•

I

a

– prąd twornika [A],

•

I

f

– prąd wzbudzenia [A],

•

I – prąd pobierany z sieci [A],

•

U

–

napięcie zasilające twornik [V],

•

R

a

– rezystancja obwodu twornika [

Ω

],

•

R

f

– rezystancja obwodu wzbudzenia [

Ω

],

•

E

– siła elektromotoryczna indukowana w tworniku (SEM) [V],

•

n

– prędkość obrotowa wirnika silnika [obr/min],

•

M – moment elektrodynamiczny [Nm].

Aby silnik prądu stałego mógł działać, należy zasilić zaciski twornika ze źródła prądu

stałego. Jednocześnie należy zapewnić zasilenie uzwojenia wzbudzenia w celu wytworzenia
pola magnetycznego stojana. W wyniku wzajemnego współdziałania prądu płynącego
w wirniku oaz pola magnetycznego stojana pojawia się siła działająca na wirnik
i wprawiająca go w ruch obrotowy. Siła ta określona jest wzorem:

F=B

⋅

I

a

⋅

l [N]

gdzie: B – indukcja magnetyczna,

I

a

– natężenie prądu płynącego w tworniku,

l – długość czynna wirnika.

Moment napędowy silnika określa zależność:

M=F

⋅

r [Nm]

gdzie: r – ramię działania siły (promień wirnika).

Dla celów praktycznych stosowana jest zależność na moment określona wzorem:

M = c

⋅

Φ

⋅

I

a

Gdzie: c – stała konstrukcyjna.

O właściwościach silnika najlepiej informuje charakterystyka mechaniczna, czyli

zależność prędkości obrotowej n od momenty obciążenia M.

J1 J2

H1 H2

D1 D2

A1 A2

B1 B2

C1 C2

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

24

Rys. 12. Charakterystyki mechaniczne silników prądu stałego [2]:

a) silnika bocznikowego, b) silnika szeregowego,
c) silnika szeregowo-bocznikowego dozwolonego: zgodnie (1) i przeciwnie (2).

Ze szczególną uwagą należy dokonać analizy charakterystyki mechanicznej silnika

szeregowego, która jest charakterystyką miękką, silnie opadającą. Widać z niej, że gdy
moment obciążenia w silniku jest bardzo mały, to wirnik silnika nabiera bardzo dużej
prędkości obrotowej (rozbiega się). Jest to zjawisko bardzo niebezpieczne zarówno dla samej
maszyny jak i dla obsługi i dlatego nie wolno dopuścić, aby silnik taki pracował bez
obciążenia na wale (należy stosować do połączenia wału silnika z wałem maszyny roboczej
sprzęgła nierozłączne lub przekładnie zębate).

4.4.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jak zbudowany jest wirnik silnika prądu stałego?
2. Jak zbudowany jest stojan silnika prądu stałego?
3. Jaki silnik prądu stałego nazywamy obcowzbudnym?
4. Jaki silnik prądu stałego nazywamy samowzbudnym?
5. Jak zbudowany jest silnik szeregowy prądu stałego?
6. Jak zbudowany jest silnik bocznikowy prądu stałego?
7. Jak oznacza się końcówki poszczególnych uzwojeń w maszynach prądu stałego?
8. Jaka jest rola komutatora w maszynie prądu stałego?
9. Jaka jest zasada działania silnika prądu stałego?

10. Od czego zależy moment elektrodynamiczny w silniku prądu stałego?

n

b)

a) n

n

o

n
n

o

c)

2

1

M

M

M

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

25

4.4.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj rodzaj silnika prądu stałego na podstawie wyglądu przedstawionej poniżej

tabliczki zaciskowej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) wymienić podstawowe rodzaje uzwojeń występujących w maszynach prądu stałego,
2) wyjaśnić, która część maszyny prądu stałego pełni rolę twornika i podać symbol literowy

zacisków twornika,

3) wyjaśnić, co to jest uzwojenie wzbudzenia i wymienić rodzaje uzwojeń wzbudzenia

w maszynach prądu stałego,

4) podać sposoby oznaczania końcówek uzwojeń wzbudzenia w maszynach prądu stałego,
5) rozpoznać rodzaj silnika, podać jego nazwę, wybór uzasadnić.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

rysunek tabliczki zaciskowej lub rzeczywista tabliczka zaciskowa silnika prądu stałego,

−

zeszyt do ćwiczeń.

Ćwiczenie 2

Rozpoznaj elementy budowy silnika prądu stałego na eksponacie znajdującym się na

Twoim stanowisku pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) dokonać oględzin eksponatu, a następnie rozpoznać oraz wskazać:

−

rdzeń twornika,

−

uzwojenie twornika,

−

komutator,

−

szczotki,

−

jarzmo,

−

bieguny główne,

−

bieguny pomocnicze,

−

uzwojenie wzbudzenia,

−

tabliczkę zaciskową,

−

tabliczkę znamionową,

2) omówić przeznaczenie wskazanych elementów, a także określić rodzaj materiału,

z jakiego zostały wykonane.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

rzeczywisty silnik prądu stałego,

−

model silnika,

−

plansza lub tablica poglądowa.

A1 D1 A2 D2

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

26

Ćwiczenie 3

Wykonaj pomiary rezystancji uzwojeń w silniku rozrusznika samochodowego oraz

pomiary rezystancji izolacji między uzwojeniami a obudową silnika.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dokonać oględzin silnika i zlokalizować w nim uzwojenie wzbudzenia i uzwojenie

twornika,

2) zmierzyć rezystancję uzwojenia wzbudzenia stojana oraz rezystancję uzwojenia wirnika

miernikiem uniwersalnym (pamiętając o odpowiednim ustawieniu zakresu miernika),

3) zmierzyć rezystancję izolacji miernikiem induktorowym między zaciskiem twornika

a korpusem,

4) dokonać analizy wyników pomiarów i ocenić stan techniczny silnika.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

silnik rozrusznika samochodowego,

−

miernik uniwersalny,

−

megaomomierz do pomiaru rezystancji izolacji.

Uwaga:
Nauczyciel powinien zaznajomić ucznia z zasadami obsługi mierników oraz pomiarów
rezystancji uzwojeń i rezystancji izolacji.

4.4.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) rozpoznać silnik prądu stałego na podstawie wyglądu zewnętrznego?

¨

¨

2) określić rolę poszczególnych podzespołów w silniku prądu stałego?

¨

¨

3) dokonać klasyfikacji silników w zależności od sposobu połączenia

uzwojenia wzbudzenia z uzwojeniem wirnika?

¨

¨

4) rozpoznać rodzaj silnika na podstawie wyglądu tabliczki zaciskowej?

¨

¨

5) rozpoznać rodzaj silnika oraz sposób jego pracy na podstawie tabliczki

znamionowej?

¨

¨

6) zmierzyć podstawowe parametry silników prądu stałego?

¨

¨

7) ocenić stan techniczny silnika na podstawie wyników pomiarów?

¨

¨

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

27

4.5. Rozruch, regulacja prędkości obrotowej, zmiana kierunku

wirowania silników prądu stałego

4.5.1.

Materiał nauczania

W silnikach prądu stałego obowiązują podstawowe zależności:

U

>

E

gdzie: U jest napięciem zasilającym, a E to siła elektromotoryczna zaindukowana w tworniku.

U = E+

∆

U

gdzie:

∆

U oznacza spadek napięcia wywołany przepływem prądu twornika I

a

.

∆

U = I

a

⋅

R

a

oraz E= c

⋅

Φ

⋅

n

U = c

⋅

Φ

⋅

n + I

a

⋅

R

a

, a po przekształceniu tej zależności:

a

a

R

n

Φ

c

U

I

⋅

⋅

−

=

W początkowym stanie rozruchu n = 0 więc E = 0 i wzór powyższy przyjmuje postać:

a

R

a

R

U

I

I

0

−

=

=

Ze wzoru widać, że prąd twornika wyznaczony dla n = 0 (prąd rozruchowy I

R

)ograniczony

jest tylko rezystancją twornika R

a

.

Aby ograniczyć prąd rozruchowy, należy w początkowym stanie rozruchu zwiększyć

rezystancję obwodu wirnika. W tym celu w silnikach prądu stałego szeregowo z obwodem
twornika włącza się rezystor rozruchowy nazywany rozrusznikiem. Jest to zwykle
kilkustopniowy rezystor (oznaczony na rys. 13 symbolem Rar) przeznaczony do pracy tylko
przy rozruchu, który po zakończeniu rozruchu należy zewrzeć.

Układy silników prądu stałego z włączonym rozrusznikiem przedstawia rysunek 13.

Rys. 13. Schematy silników: obcowzbudnego, bocznikowego i szeregowego z włączonym

opornikiem rozruchowym R

ar

i regulacyjnym R

fr

[2]

M

F1 F2

A1

A2
B1

B2

R

fr

I

f

Ia

M

E1

E2

A1

A2 B1 B2

I

f

R

fr

R

ar

I

A2 B1 B2

D1

D2

M

R

ar

A1

I

a

I

f

+
-

R

fr

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

28

Regulację prędkości obrotowej silników prądu stałego przeprowadza się w oparciu

o zależność:

Φ

⋅

⋅

−

=

c

R

I

U

n

a

a

Ze wzoru tego wynika, że prędkość obrotową w silnikach prądu stałego regulować można

przez:

−

zmniejszenie napięcia zasilającego U,

−

włączenie w obwód twornika dodatkowej rezystancji R,

−

zmianę strumienia

Φ

, a przez to zmianę prądu wzbudzenia I

f

,

Zmianę kierunku wirowania silników prądu stałego uzyskujemy przez zmianę kierunku

prądu w uzwojeniu twornika albo w zwojeniu wzbudzenia (przez odpowiednie przełączenie).

4.5.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jaki stan pracy silnika prądu stałego nazywamy rozruchem?
2. Dlaczego często istnieje konieczność ograniczenia prądu rozruchowego?
3. W jaki sposób można ograniczyć prąd rozruchowy w silnikach prądu stałego?
4. Jakie znasz sposoby regulacji prędkości w silnikach prądu stałego?
5. W jaki sposób można wpłynąć na zmianę strumienia wzbudzającego w silniku?
6. W jaki sposób można zmienić kierunek wirowania wirnika silnika prądu stałego?

4.5.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Dany jest silnik prądu stałego małej mocy (np. silnik do napędu wycieraczek

samochodowych) oraz źródło napięcia stałego (akumulator o napięciu 12 V).Uruchom ten
silnik stosując się do zasad bhp i ochrony przeciwpożarowej na stanowisku pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dokonać oględzin silnika, rozpoznać jego rodzaj i wskazać zaciski, do których należy

podłączyć napięcie,

2) dokonać oględzin akumulatora, wskazać zaciski wyjściowe oraz podać ich biegunowość,
3) dobrać przewody łączeniowe oraz przełącznik „załącz-wyłącz”,
4) po akceptacji prowadzącego podłączyć silnik zachowując zasady bhp oraz ochrony ppoż.

na stanowisku pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

silnik do napędu wycieraczek samochodowych lub inny silnik prądu stałego,

−

akumulator,

−

przewody łączeniowe, przełącznik.

Ćwiczenie 2

Obserwując sposób uruchomienia silnika obcowzbudnego za pośrednictwem

prostownika sterowanego, wyjaśnij, jakie funkcje pełni prostownik w tym układzie.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

29

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) podać, jaka jest znamionowa wartość napięcia zasilającego ten silnik,
2) podać, jakie mogą być źródła takiego napięcia,
3) uzasadnić, dlaczego podczas rozruchu ustawiono najpierw mniejszą wartość napięcia

i stopniowo podwyższano ją aż do napięcia znamionowego,

4) wskazać wady i zalety tego układu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

silnik obcowzbudny prądu stałego,

−

układ przekształtnikowy do zasilania silnika prądu stałego.

Ćwiczenie 3
Na stanowisku pracy masz przygotowany układ silnika
bocznikowego prądu stałego. Uruchom ten silnik, pamiętając
o potrzebie ograniczenia prądu rozruchowego, a następnie
dokonaj regulacji prędkości obrotowej wykorzystując do
regulacji opornik R

fr

.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dokonać analizy schematu połączeń silnika bocznikowego,
2) porównać układ zmontowany na stanowisku pracy z układem przedstawionym

na rysunku,

3) rozpoznać rezystory R

ar

i R

fr

,

4) po uzyskaniu pozwolenia prowadzącego zajęcia uruchomić silnik, pamiętając

o zachowaniu szczególnej ostrożności,

5) po osiągnięciu przez silnik znamionowej prędkości obrotowej, sprawdzić zakres regulacji

prędkości rezystorem R

fr

,

6) zastosować zasady bhp i ochrony ppoż. obowiązujące na stanowisku pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

stanowisko z dostępem do źródła napięcia stałego,

−

zmontowany układ silnika bocznikowego prądu stałego.

4.5.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) uzasadnić potrzebę ograniczenia prądu rozruchowego w silniku?

¨

¨

2) rozróżnić rezystor rozruchowy od rezystora służącego do regulacji

prędkości?

¨

¨

3) uruchomić silnik prądu stałego, włączając go bezpośrednio do sieci?

¨

¨

4) uruchomić silnik prądu stałego przez rozrusznik?

¨

¨

5) regulować prędkość obrotową w silniku prądu stałego?

¨

¨

E1

E2

A1

A2 B1 B2

I

f

R

fr

R

ar

I

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

30

4.6. Budowa silników komutatorowych prądu przemiennego.

Rozruch, regulacja prędkości obrotowej, zmiana kierunku
wirowania silników komutatorowych prądu przemiennego

4.6.1.

Materiał nauczania

Silniki komutatorowe prądu przemiennego mają budowę podobną do silników prądu

stałego. Na stojanie umieszczony jest rdzeń wraz z nabiegunnikami (koniecznie pakietowany
z cienkich izolowanych blach elektrotechnicznych), na których znajduje się uzwojenie
wzbudzające. Wirnik, podobnie jak w maszynie prądu stałego, ma na wale rdzenia żłobki,
w których umieszczone jest uzwojenie twornika (faliste lub pętlicowe).

Silniki komutatorowe prądu przemiennego dzielą się na:

−

jednofazowe:

•

szeregowe,

•

bocznikowe,

•

repulsyjne.

−

trójfazowe:

•

szeregowe,

•

bocznikowe,

•

Schrage-Richtera.

Rys. 14. Jednofazowe silniki komutatorowe [2]

a) silnik szeregowy
b) silnik bocznikowy
c) silnik repulsyjny

Silnik szeregowy (rys.14 a) jest najbardziej rozpowszechnionym rodzajem silnika

komutatorowego prądu przemiennego. Ma on budowę podobną do budowy silników
szeregowych prądu stałego. Jedyną różnicą jest to, że rdzeń stojana, objęty działaniem
zmiennego strumienia magnetycznego, musi być całkowicie spakietowany z blach
elektrotechnicznych (w celu wyeliminowania strat wiroprądowych). Silnik taki może być
zasilany zarówno prądem przemiennym, jak i stałym i dlatego nazywa się go silnikiem
uniwersalnym. Jest on stosowany w wiertarkach, urządzeniach gospodarstwa domowego.

Silnik bocznikowy (rys.14 b) ma uzwojenie wzbudzenia wykonane z dużej liczby

cienkich zwojów i połączone równolegle z uzwojeniem twornika. W celu zapewnienia
poprawnej pracy maszyny w obwód uzwojenia wzbudzenia musi być włączony kondensator.

Silnik repulsyjny (rys.14 c) ma uzwojenie wzbudzenia zasilane z sieci jednofazowej

a uzwojenie twornika zwarte przez szczotki. Budowa zespołu szczotek umożliwia ich
przesuwanie w dowolnym kierunku. Aby uruchomić taki silnik, należy wysunąć szczotki z osi
obojętnej magnetycznie, a następnie odpowiednio je przesuwając regulować prędkość.

D1

D2

A1

A2

U

M

E1

E2

C

R

fd

M

U

F1

F2

U

M

A1

A2

a)

b)

c)

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

31

4.6.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie znasz rodzaje silników komutatorowych prądu przemiennego?
2. Jakie silniki komutatorowe prądu przemiennego są najbardziej rozpowszechnione?
3. Jak zbudowany jest jednofazowy silnik szeregowy?
4. Jakie właściwości napędowe ma silnik szeregowy?
5. W jaki sposób można regulować prędkość obrotową w silniku bocznikowym?
6. Jak zbudowany jest silnik repulsyjny?

4.6.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj rodzaj komutatorowego silnika prądu przemiennego na podstawie jego

wyglądu zewnętrznego, tabliczki znamionowej oraz tabliczki zaciskowej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dokonać oględzin silnika dostępnego stanowisku pracy,
2) zlokalizować tabliczkę znamionową i odczytać dane na niej zawarte,
3) zlokalizować tabliczkę zaciskową i wyciągnąć wnioski dotyczące sposobu zasilania

maszyny,

4) rozpoznać rodzaj silnika, wybór uzasadnić.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

silnik komutatorowy prądu przemiennego.

Ćwiczenie 2

Dany jest jednofazowy bocznikowy silnik komutatorowy bez kondensatora w uzwojeniu

wzbudzenia. Dobierz zasilanie dla tego silnika korzystając z sieci trójfazowej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) wyjaśnić, jaki silnik nazywamy bocznikowym,
2) wyjaśnić, jaką rolę w silniku bocznikowym pełni kondensator,
3) na przedstawionym obok wykresie wektorowym odnaleźć

oraz wskazać napięcia fazowe i międzyfazowe,

4) określić związek między wartością napięcia fazowego i międzyfazowego,
5) na przedstawionym obok wykresie odnaleźć pary napięć przesuniętych względem siebie

o kąt 90

o

,

6) zaproponować sposób podłączenia silnika do sieci trójfazowej,
7) po konsultacji z prowadzącym zajęcia narysować schemat podłączenia silnika w zeszycie

do ćwiczeń.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zeszyt do ćwiczeń,

−

przybory kreślarskie.

L3

L1

L2

N

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

32

4.6.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) rozpoznać silnik komutatorowy prądu przemiennego na podstawie wyglądu

zewnętrznego, tabliczki znamionowej i tabliczki zaciskowej?

¨

¨

2) rozpoznać elementy składowe silnika komutatorowego na rysunku?

¨

¨

3) określić rolę poszczególnych elementów budowy silników komutatorowych

prądu przemiennego?

¨

¨

4) dobrać zasilanie do silnika komutatorowego jednofazowego?

¨

¨

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

33

4.7. Maszyny specjalne. Rodzaje, budowa i zastosowanie

4.7.1.

Materiał nauczania

Silniki liniowe

Tradycyjne silniki elektryczne przetwarzają energię elektryczną w energię mechaniczną

przy ruchu obrotowym. Przetwarzanie to odbywa się za pośrednictwem pola magnetycznego.
Silniki liniowe działają podobnie z tą różnicą, że energia elektryczna zamieniana jest na
energię mechaniczną przy ruchu postępowym.

Odpowiednikiem wirnika w tradycyjnym silniku jest w silniku liniowym bieżnik,

wykonany najczęściej w postaci metalowej płyty przewodzącej.

Częścią nieruchomą i odpowiednikiem stojana w tradycyjnym silniku jest w silniku

liniowym induktor, wyposażony w uzwojenia zasilane prądem przemiennym.

Rys. 15. Schematy budowy silników liniowych [5]

a) z jednostronnym induktorem i jednowarstwowym bieżnikiem,
b) z jednostronnym induktorem i dwuwarstwowym bieżnikiem,
c) z dwustronnym induktorem i jednowarstwowym bieżnikiem.

Silniki skokowe

Silniki te noszą również nazwę silników krokowych, gdyż ich wirniki nie obracają się

w sposób płynny tak jak w większości silników, lecz wykonują pewne przesunięcia kątowe,
zwane krokami.

Maszyny te mają stojan wyposażony w dużą liczbę par nabiegunników, na których

nawinięte są uzwojenia wzbudzające. Wirnik wykonany jest z materiału ferromagnetycznego
(może być w postaci magnesu trwałego).

Po zasileniu poszczególnych par biegunów impulsowo prądem stałym, wirnik obraca się

i zajmuje położenie zgodne z liniami sił pola magnetycznego. Aby osiągnąć określoną liczbę
skoków (kroków), należy z odpowiednią częstotliwością zmieniać zasilanie kolejnych par
biegunów lub biegunów połączonych w układy.

Silniki takie stosuje się do sterowania w nowoczesnych układach automatyki

przemysłowej.

Silniki reluktancyjne i histerezowe

Są to mikrosilniki (silniki małej mocy) zaliczane do grupy maszyn synchronicznych.

Charakteryzują się one tym, że nie są wyposażone w uzwojenia wzbudzenia umieszczone na
wirniku, ale swój moment obrotowy uzyskują dzięki charakterystycznej i odmiennej budowie.

bieżnik

a)

b)

c)

induktor

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

34

Silniki reluktancyjne uzyskują moment obrotowy (napędowy) dzięki temu, że mają

wystające bieguny i opór magnetyczny (reluktancja) wzdłuż osi biegunów jest większy niż
w osi między biegunami.
Silniki histerezowe mają wirniki wykonane z materiału o jak najszerszej pętli histerezy
(np. ze stali kobaltowej) i dzięki temu uzyskują moment obrotowy, nazywany momentem
histerezowym.

4.7.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jak zbudowany jest silnik liniowy?
2. Jakie są podobieństwa i różnice między silnikiem liniowym i wirującym?
3. Jaka jest zasada działania silnika skokowego?
4. Jakie cechy charakterystyczne w budowie ma silnik reluktancyjny?
5. Jakie cechy charakterystyczne w budowie ma silnik histerezowy?

4.7.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Korzystając z dostępnej literatury, dokonaj porównania budowy, działania, sposobu

zasilania silnika indukcyjnego liniowego i silnika indukcyjnego wirującego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) wyszukać wiadomości dotyczące budowy, działania, sposobu zasilania silników

indukcyjnych wirujących,

2) wyszukać wiadomości dotyczące budowy, działania, sposobu zasilania silników

indukcyjnych liniowych,

3) znaleźć podobieństwa i różnice między tymi silnikami,
4) zaprezentować wyniki swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

podręczniki maszyn elektrycznych,

−

katalogi silników,

−

zeszyt do ćwiczeń.

Ćwiczenie 2

Dane są eksponaty dwóch różnych mikrosilników synchronicznych. Rozpoznaj wśród

nich silnik histerezowy i reluktancyjny.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dokonać oględzin obu eksponatów,
2) wskazać stojany obu maszyn, omówić ich budowę, wskazać podobieństwa i różnice,
3) wskazać wirniki obu maszyn, omówić ich budowę oraz podać cechy charakterystyczne,
4) rozpoznać i wskazać silnik histerezowy, wybór uzasadnić,
5) rozpoznać i wskazać silnik reluktancyjny, wybór uzasadnić.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

35

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

eksponat silnika histerezowego i reluktancyjnego lub rzeczywiste silniki rozebrane na
części.

4.7.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wymienić silniki specjalnego wykonania?

¨

¨

2) scharakteryzować budowę i działanie silnika liniowego?

¨

¨

3) wskazać zastosowanie silników liniowych?

¨

¨

4) rozpoznać silnik reluktancyjny na eksponacie?

¨

¨

5) rozpoznać silnik histerezowy na eksponacie?

¨

¨

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

36

4.8. Sprzęganie silnika z maszyną roboczą. Zasady obsługi

i konserwacji silników elektrycznych

4.8.1.

Materiał nauczania

Jeżeli praca jakiegoś urządzenia (tzw. maszyny roboczej) wymaga doprowadzenia do

niego z zewnątrz energii mechanicznej, to mówimy, że to urządzenie to jest napędzane
i mamy wtedy do czynienia z napędem. Jeżeli dodatkowo urządzeniem napędzającym
maszynę roboczą jest silnik elektryczny, to mówimy o napędzie elektrycznym.

W skład napędu elektrycznego oprócz maszyny napędzanej i maszyny napędzającej

(silnika)

wchodzą

również

przyrządy

i

urządzenia

rozruchowe,

regulacyjne,

zabezpieczeniowe oraz części łączące silnik z maszyną roboczą – sprzęgła, pasy klinowe,
przekładnie pasowe lub przekładnie zębate.

Sprzęgła stanowią elementy łączące mechanicznie wał silnika z maszyną napędzaną.

W napędach elektrycznych stosuje się sprzęgła mechaniczne, elektromagnetyczne oraz
hydrauliczne.

Sprzęgła mechaniczne pracują bez żadnego poślizgu między częścią napędzaną

a napędzającą i mogą być sztywne, elastyczne, włączalne i odłączalne w czasie ruchu, cierne
lub odśrodkowe.

Sprzęgła elektromagnetyczne wykorzystują w swoim działaniu oddziaływanie pola

magnetycznego na indukowane przez to pole prądy i dzielą się na cierne, proszkowe,
indukcyjne (pierścieniowe, klatkowe i wiroprądowe) oraz synchroniczne.

Sprzęgła hydrauliczne przenoszą moment napędowy za pomocą cieczy, najczęściej oleju

o małej lepkości.

Pasy klinowe stosuje się wtedy, gdy chodzi o zmniejszenie odległości między wałem

silnika a wałem maszyny napędzanej.

Przekładnie pasowe stosuje się w napędach o prędkościach obrotowych w granicach od

50 do1500 obr/min. W przekładniach tych stosuje się głównie pasy skórzane pojedyncze lub
sklejane warstwami.

Rys. 16. Połączenie przekładnią pasową [5]

Jeżeli D1 oznacza średnicę koła pasowego silnika, a D2 średnicę koła pasowego urządzenia
napędzanego to można podać zależność:

2

1

2

1

D

D

n

n

=

Gdzie n

1

– prędkość obrotowa wirnika silnika, n

2

– prędkość urządzenia napędzanego

Przekładnie zębate umożliwiają spośród wszystkich rodzajów połączeń najbardziej

zwartą budowę napędu, ale ich wadę stanowi brak elastyczności – wszelkie szarpnięcia
i uderzenia przenoszą się z silnika na maszynę roboczą i odwrotnie.

D1 D2

a

. .

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

37

Przygotowując maszynę do uruchomienia należy sprawdzić czy sam silnik oraz aparatura

elektryczna znajdują się w należytym stanie. W tym celu należy:
1. Oczyścić silnik i aparaturę z kurzu i wycieków oleju.
2. Sprawdzić czy śruby, nakrętki i zaciski nie są obluzowane.
3. Sprawdzić stopień zużycia szczotek i komutatora.
4. Sprawdzić stan przewodów łączeniowych.
5. Sprawdzić stan zabezpieczeń.
6. Sprawdzić, czy poprawnie połączono silnik z maszyną roboczą.
7. Uprzedzić obecnych o uruchomieniu maszyny.

W czasie pracy silnika należy zwracać uwagę na dźwięk wydawany przez maszynę.

Podczas normalnej pracy silnik wydaje bowiem dźwięk cichy, jednostajny, którego często
w ogóle nie słychać. Jeżeli dźwięk staje się głośniejszy, słychać „buczenie”, świadczy
to o nieprawidłowej pracy urządzenia. Należy często sprawdzać nagrzanie silnika i łożysk.
Wokół maszyny należy utrzymywać czystość i porządek.

Obsługa silnika w czasie postoju ma na celu utrzymanie go w stałej gotowości do ruchu.

W tym celu należy dokonywać regularnych przeglądów silnika oraz aparatury i usuwać
zauważone usterki. W razie stwierdzenia poważnych uszkodzeń należy oddać silnik
do remontu.

4.8.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie elementy wchodzą w skład układu napędowego?
2. Jakie znasz rodzaje połączeń silnika maszyną roboczą?
3. Co to są sprzęgła i jakie znasz rodzaje sprzęgieł?
4. Czym charakteryzują się sprzęgła elektromagnetyczne?
5. W jaki sposób należy przygotować silnik elektryczny do pracy?
6. Co to są oględziny, a co to są przeglądy silnika?
7. Gdzie można odnaleźć informacje odnośnie zakresu i terminów przeglądów silników

elektrycznych?

4.8.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Opracuj harmonogram czynności, jakie należy wykonać przygotowując do uruchomienia

stary, trójfazowy silnik indukcyjny klatkowy.

Sposób wykonywania ćwiczenia:

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zaplanować układ czynności wykonywanych podczas oględzin silnika, ze szczególnym

uwzględnieniem sprawdzenia stanu łożysk, stanu tabliczki zaciskowej, sposobu oraz
poprawności połączenia uzwojeń i wyprowadzenia zacisków,

2) wyszukać informacje w różnych źródłach i zapisać układ czynności wykonywanych

podczas prób i pomiarów,

3) określić kolejność ewentualnych czynności naprawczych i konserwacyjnych oraz sposób

ich wykonania,

4) sporządzić wykaz potrzebnych narzędzi i przyrządów pomiarowych,

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

38

5) zaproponować sposób podłączenia silnika do sieci,
6) zaprezentować wyniki swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

silnik indukcyjny trójfazowy klatkowy,

−

poradnik elektroenergetyka przemysłowego,

−

instrukcje obsługi przyrządów pomiarowych,

−

zeszyt do ćwiczeń.

Uwaga: Ćwiczenie należy wykonywać w grupach dwuosobowych, mając 45 minut na

zrealizowanie zadania.

Ćwiczenie 2

Korzystając z dostępnej literatury, norm i przepisów eksploatacji silników elektrycznych

wyszukaj informacje na temat możliwych przyczyn uszkodzenia silników asynchronicznych
oraz sposobów usuwania usterek w pracy tych silników.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) wymienić możliwe przyczyny następujących usterek:

−

zbyt silne nagrzewanie się łożysk,

−

silnik jest zbyt gorący,

−

po włączeniu silnik nie rusza,

−

po włączeniu następuje zadziałania wyłączników samoczynnych,

−

zbyt mała prędkość obrotowa silnika,

−

nieodpowiedni kierunek wirowania,

−

nadmierne drgania maszyny,

2) opisać sposoby wykrycia i usunięcia usterki.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

podręczniki,

−

poradniki dla elektryków,

−

przepisy eksploatacji silników elektrycznych,

−

zeszyt do ćwiczeń.

4.8.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) rozpoznać rodzaj połączenia silnika z maszyną roboczą?

¨

¨

2) skorzystać z przepisów eksploatacji silników elektrycznych?

¨

¨

3) dokonać oględzin silnika i na tej podstawie ocenić jego stan techniczny?

¨

¨

4) skorzystać z literatury w celu zdobycia informacji na temat zasad obsługi

i konserwacji silników elektrycznych?

¨

¨

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

39

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1. Przeczytaj uważnie instrukcję, masz na tę czynność 5 minut.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Test zawiera 20 zadań dotyczących uruchamiania silników elektrycznych oraz pomiarów

ich parametrów. Są to zadania wielokrotnego wyboru.

5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej

rubryce znak X. W przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem,
a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7. Możesz uzyskać maksymalnie 20 punktów
8. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż rozwiązanie

zadania na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci czas wolny.

9. Na rozwiązanie testu masz 40 minut.
10. Po zakończeniu testu podnieś rękę i zaczekaj, aż nauczyciel odbierze od Ciebie pracę.

Powodzenia !

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Silniki indukcyjne klatkowe noszą również nazwę silników:

a) pierścieniowych,
b) zwartych,
c) komutatorowych,
d) krokowych.

2. Symbol S2 podany na tabliczce znamionowej silnika oznacza, że silnik jest przeznaczony

do pracy:
a) ciągłej,
b) okresowej,
c) dorywczej,
d) nieokresowej.

3. Stopień ochrony silników przed dostępem ciał obcych i wody oznacza się symbolem:

a) IK,
b) IP,
c) SI,
d) SQ.

4. Silniki jednofazowe indukcyjne z rezystancyjną fazą rozruchową mają:

a) zwiększoną rezystancję fazy rozruchowej,
b) zmniejszoną rezystancje fazy rozruchowej,
c) zwiększoną rezystancję fazy głównej,
d) zmniejszoną rezystancję fazy głównej.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

40

5. Przedstawiony niżej rysunek oznacza uproszczony schemat silnika prądu stałego:

a) szeregowego,
b) bocznikowego,
c) obcowzbudnego,
d) szeregowo-bocznikowego.

6. Układ połączeń na tabliczce zaciskowej wskazuje, że jest to silnik prądu stałego:

a) bocznikowy,
b) szeregowy ,
c) obcowzbudny,
d) szeregowo-bocznikowy.

7. Rdzenie silników elektrycznych wykonuje się z:

a) pakietu blach żelazo-krzemowych,
b) pakietu blach miedzianych,
c) pakietu blach aluminiowych,
d) pakietu blach żelazo-niklowych.

8. Symbol P

N

= 0,6 kW podany na tabliczce znamionowej silnika oznacza:

a) moc elektryczną czynną pobieraną przez silnik z sieci,
b) moc elektryczną bierną pobieraną przez silnik z sieci,
c) moc mechaniczną oddawaną przez silnik na wale,
d) moc elektryczną przekazywaną ze stojana na wirnik.

9. Do pomiaru rezystancji izolacji w silniku należy zastosować:

a) woltomierz,
b) mostek Thomsona,
c) omomierz,
d) megaomomierz.

10. Rozruch silnika pierścieniowego przeprowadza się za pomocą:

a) autotransformatora,
b) przełącznika gwiazda - trójkąt,
c) rozrusznika włączonego do obwodu wirnika,
d) opornika włączonego do obwodu stojana.

11. Wadą rozruchu metodą gwiazda–trójkąt jest:

a) trzykrotnie większy moment rozruchowy,
b) trzykrotnie mniejszy moment rozruchowy,
c) trzykrotnie większy prąd rozruchowy,
d) trzykrotnie mniejsze napięcie fazowe.

12. Rysunek obok przedstawia schemat wirnika silnika:

a) indukcyjnego klatkowego,
b) komutatorowego trójfazowego,
c) komutatorowego jednofazowego,
d) indukcyjnego pierścieniowego.

A1

A2

F1 F2

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

41

13. Silniki histerezowe zaliczane są do maszyn:

a) komutatorowych prądu przemiennego,
b) komutatorowych prądu stałego,
c) synchronicznych,
d) indukcyjnych.

14. Wadą silnika synchronicznego jest:

a) zbyt duży moment rozruchowy,
b) brak momentu rozruchowego,
c) możliwość nadmiernego wzrostu prędkości,
d) zbyt duży pobór mocy biernej indukcyjnej.

15. Wzrost prędkości obrotowej w silniku prądu stałego uzyskać można przez:

a) zwiększenie rezystancji w obwodzie wirnika,
b) zmniejszenie strumienia wzbudzającego,
c) zmniejszenie napięcia zasilającego,
d) zwiększenie strumienia wzbudzającego.

16. W celu zmiany kierunku wirowania w silniku indukcyjnym trójfazowym należy:

a) zmienić liczbę par biegunów w silniku,
b) zmniejszyć wartość napięcia zasilającego,
c) zmienić wartość rezystancji uzwojeń stojana,
d) zmienić kierunek wirowania pola magnetycznego stojana.

17. Niebezpiecznym w skutkach zagrożeniem wynikającym z pracy silnika szeregowego

prądu stałego bez obciążenia jest możliwość:
a) powstania łuku elektrycznego,
b) rozbiegania się,
c) przegrzania uzwojeń twornika,
d) gwałtownego zahamowania wirnika.

18. Rysunek przedstawia wirnik silnika:

a) pierścieniowego,
b) komutatorowego,
c) klatkowego,
d) kubkowego.

19. Podczas wykonywania połączeń silników prądu przemiennego z siecią należy pamiętać,

że:
a) przewód ochronny ma barwę żółto-zieloną i podłączamy go do obudowy silnika,
b) przewód ochronny ma barwę niebieską i podłączamy go do zacisku fazowego,
c) przewód ochronny ma barwę żółto-zieloną i podłączamy go do zacisku fazowego,
d) przewód ochronny ma barwę niebieską i podłączamy go do obudowy silnika.

20. Rysunek obok przedstawia schemat silnika:

a) komutatorowego prądu stałego,
b) komutatorowego prądu przemiennego,
c) indukcyjnego zwartobiegunowego,
d) indukcyjnego z kondensatorową fazą rozruchową.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

42

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko ……………………………………………………………………………

Uruchamianie silników elektrycznych oraz pomiary ich parametrów

Zaznacz poprawną odpowiedź

Nr

zadania

Odpowiedź

Punkty

1

a

b

c

d

2

a

b

c

d

3

a

b

c

d

4

a

b

c

d

5

a

b

c

d

6

a

b

c

d

7

a

b

c

d

8

a

b

c

d

9

a

b

c

d

10

a

b

c

d

11

a

b

c

d

12

a

b

c

d

13

a

b

c

d

14

a

b

c

d

15

a

b

c

d

16

a

b

c

d

17

a

b

c

d

18

a

b

c

d

19

a

b

c

d

20

a

b

c

d

Razem

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

43

6. LITERATURA

1. Bastian P., Schuberth G., Spielvogel O., Steil H., Tkotz K., Zieger K.: Praktyczna

elektrotechnika ogólna. Wydawnictwo „Rea”, Warszawa 2003

2. Goźlińska E.: Maszyny elektryczne. WSiP, Warszawa 2005
3. Kupras K. Ślirz W.: Pomiary w elektroenergetyce do 1 kV w roku 2000. Drukarnia G.S.,

Kraków 2000

4. Orlik W.: Egzamin kwalifikacyjny w pytaniach i odpowiedziach. Wydawnictwo KaBe

Krosno 2001

5. Stein Z.: Maszyny i napęd elektryczny. WSiP, Warszawa 2000
6. Turowski J.: Teoria maszyn elektrycznych. Politechnika Łódzka, Łódź 1986