BADANIE PR
DNICY ASYNCHRONICZNEJ TRÓJFAZOWEJ Strona 1/7
BADANIE PR
DNICY ASYNCHRONICZNEJ TRÓJFAZOWEJ
1. Wiadomości wstępne.
Dla maszyny asynchronicznej trójfazowej można wyróżnić trzy podstawowe stany pracy:
- praca silnikowa,
- praca prÄ…dnicowa,
- praca hamulcowa.
Najczęściej spotykane jest wykorzystanie maszyny asynchronicznej jako silnik (różne rodzaje
silników asynchronicznych klatkowych i pierścieniowych).
Krótkie omówienie poszczególnych stanów pracy maszyny asynchronicznej przedstawiono poniżej.
1) Silnik asynchroniczny. Ten stan pracy charakteryzuje się tym, że maszyna pobiera z sieci
energię elektryczną, która jest zamieniana na energię mechaniczną i poprzez wał silnika napędza
inne urządzenie (np. wentylator, młocarnia, młyn). Stan pracy silnikowej przedstawia rys.1.
Rys. 1. Praca silnikowa maszyny asynchronicznej. E - energia elektryczna pobierana z sieci;
e
E - energia mechaniczna przekazywana przez wał do urządzenia napędzanego.
m
Prędkość wirowania pola elektromagnetycznego stojana maszyny (prędkość synchroniczną) określa
zależność:
60f
n1 =ð
(1)
p
gdzie: n - prędkość synchroniczna (obr/min); f - częstotliwość sieci zasilającej (Hz); p -
1
liczba par biegunów stojana maszyny
Poślizg s maszyny synchronicznej określa natomiast zależność:
n1 -ð n
s =
(2)
n1
gdzie: n - prędkość synchroniczna; n - prędkość wirowania wirnika maszyny.
1
W pracy silnikowej maszyny asynchronicznej prędkość obrotowa wirnika jest większa od 0 i
mniejsza od prędkości synchronicznej n , uwzględniając zależność (2), poślizg maszyny
1
asynchronicznej przy pracy silnikowej zawiera siÄ™ w granicach 0 < s < 1.
2) Prądnica asynchroniczna. Prądnica jest zbudowana tak samo jak silnik asynchroniczny. Jeżeli
wirnik maszyny asynchronicznej (silnika asynchronicznego) będzie napędzany z prędkością
2
większą od prędkości synchronicznej n , to maszyna asynchroniczna znajdzie się w stanie pracy
1
prądnicowej. Stan ten charakteryzuje się tym, że energia mechaniczna dostarczona przez urządzenie
napędzające (np. przez turbinę wodną) jest zamieniana w maszynie asynchronicznej na energię
elektrycznÄ… wydawanÄ… do sieci. Stan pracy prÄ…dnicowej maszyny asynchronicznej przedstawia
rys.2.
Rys. 2. Praca prÄ…dnicowa maszyny asynchronicznej. E
m- energia mechaniczna
dostarczona przez urządzenie napędzające; E
e- energia elektryczna
wydawana przez prÄ…dnicÄ™ do sieci.
Do wytworzenia wirujÄ…cego pola elektromagnetycznego w prÄ…dnicy asynchronicznej potrzebna jest
moc bierna indukcyjna (Q) pobierana z sieci energetyki zawodowej. Tak więc maszyna
asynchroniczna może pracować jako prądnica tylko wtedy, gdy jest przyłączona do sieci zdolnej
dostarczyć mocy biernej indukcyjnej. Pobór mocy biernej indukcyjnej jest równoznaczny z
wydawaniem mocy biernej pojemnościowej, zatem z
ródło mocy biernej indukcyjnej można zastąpić
odbiornikiem mocy biernej pojemnościowej (odbiornikiem mocy biernej pojemnościowej i
jednocześnie z
ródłem mocy biernej indukcyjnej może być kondensator). Zatem możliwa jest praca
prądnicowa maszyny asynchronicznej współpracującej z odpowiednio dobraną baterią
kondensatorów.
Ponieważ w prądnicy asynchronicznej wirnik musi wirować z prędkością większą od prędkości
synchronicznej n (n > n ), zatem poślizg liczony wg zależności (2) będzie dla tego stanu pracy
1 1
mniejszy od 0 (s < 0).
3) Praca hamulcowa. Stan ten charakteryzuje się tym, że kierunek napędzania wirnika jest
przeciwny do kierunku wirowania pola w stojanie. Stan pracy hamulcowej silnika
asynchronicznego można realizwać na kilka sposobów, m.in. poprzez tzw. przeciwwłączenie.
Maszyna pobiera wtedy energię z sieci, która jest zmieniana na ciepło (straty). Przy pracy
hamulcowej prędkość wirowania wirnika n < 0, zatem poślizg s > 1.
Możliwe stany pracy maszyny asynchronicznej (w zależności od prędkości n i poślizgu s)
przedstawia rys.3.
BADANIE PR
DNICY ASYNCHRONICZNEJ TRÓJFAZOWEJ Strona 3/7
Rys. 3. Możliwości pracy maszyny asynchronicznej.
Na rys. 3 można wyróżnić dwa dodatkowe stany pracy maszyny:
- dla n = 0 (s = 1), czyli dla zatrzymanego wirnika, maszyna pracuje jako transformator,
- dla n = n ( s= 0) jest idealny stan jałowy maszyny, maszyna nie pobiera energii czynnej z sieci,
1
a straty (opory tarcia i wentylacji) pokrywa urządzenie napędzające.
Pełną charakterystykę mechaniczną uwględniającą wszystkie trzy stany pracy maszyny
asynchronicznej przedstawia rys.4
Rys.4. Charakterystyka mechaniczna maszyny asynchronicznej.
.
2. Stanowisko laboratoryjne do badania prÄ…dnicy asynchronicznej.
Do badania prądnicy asynchronicznej trójfazowej wykorzystano stanowisko złożone z maszyny
asynchronicznej trójfazowej klatkowej i maszyny prądu stałego.
Stanowisko to może być wykorzystane do badania:
1) silnika asynchronicznego trójfazowego klatkowego (maszyna asynchroniczna pracuje jako silnik,
maszyna prądu stałego pracuje jako prądnica i stanowi obciążenie silnika).
2) prądnicy asynchronicznej (maszyna asynchroniczna pracuje jako prądnica, maszyna prądu stałego
pracuje jako silnik i stanowi urządzenie napędzające dla prądnicy asynchronicznej).
Schemat elektryczny przedstawiono na rys. 5.
4
Rys. 5. Schemat połączeń układu maszyna asynchroniczna-maszyna prądu stałego do
badania prÄ…dnicy asynchronicznej.
Symbol  M 3~ oznacza maszynę asynchroniczną,  M- maszynę prądu stałego.
Połączenia elektryczne dla obu stanów pracy maszyny asynchronicznej są identyczne, natomiast
zmieniają się dla maszyny prądu stałego (za pomoca przełącznika stanów pracy maszyny prądu
stałego P znajdującego się na stanowisku laboratoryjnym).
W położeniu 1 maszyna prądu stałego pracuje jako prądnica (musi być napędzana przez maszynę
asynchroniczną pracującą jako silnik), w położeniu 2 maszyna prądu stałego pracuje jako silnik
prądu stałego, który napędza maszynę asynchroniczną, a więc w tym przypadku jest możliwa praca
prądnicowa maszyny asynchronicznej (prądnica asynchroniczna będzie wydawała energię
elektrycznÄ… do sieci).
BADANIE PR
DNICY ASYNCHRONICZNEJ TRÓJFAZOWEJ Strona 5/7
Regulacja prędkości obrotowej układu prądnica asynchroniczna-silnik prądu stałego odbywa się
poprzez:
1) zmianę napięcia zasilania U silnika prądu stałego (regulowane napięcie przemienne z
2
autotransformatora Atr jest podane na prostownik Pr i dalej jako stałe do silnika),
2) zmianę prądu wzbudzenia I silnika prądu stałego (regulacja nastawnikiem wzbudzenia) .
w
Kierunek przepływu mocy i energii obserwuje się na watomierzu oraz liczniku energii czynnej.
Dodatnie wskazanie watomierza i wirowanie tarczy licznika w prawo oznacza pobór energii z sieci,
a więc jest to praca silnikowa maszyny asynchronicznej.
Ujemne wskazanie watomierza (oraz kierunek wirowania tarczy licznika energii w lewo)
oznacza wydawanie mocy do sieci przez prÄ…dnicÄ™ asynchronicznÄ….
Nieruchoma tarcza licznika energii oraz zerowe wskazanie watomierza oznacza idealny stan
jałowy silnika asynchronicznego.
3. Wykonanie ćwiczenia.
1) Przepisać do protokołu dane znamionowe maszyny asynchronicznej i maszyny prądu stałego.
2) Zapoznać się z położeniem poszczególnych mierników na stanowisku laboratoryjnym i
wykonać tabelę pomiarową.
U W A G A !
Maszyna asynchroniczna podczas wykonywania ćwiczenia będzie się znajdować w obu stanach
pracy (silnikowej i prądnicowej), co będą sygnalizować wskazania watomierza i licznika energii,
dlatego wskazania mierników z indeksem 1 (np. U ) oznaczają maszynę asynchroniczną (silnik lub
1
prądnicę) natomiast mierniki z indeksem 2 (np. U ) oznaczają maszynę prądu stałego.
2
Dodatkowo przy wykonywaniu pomiarów należy uwzględniać kierunek przepływu mocy i energii
(ze znakiem  - lub  + ).
3) Sprawdzić kierunek obrotów układu maszyn w stanie pracy silnikowej załączając każdą
maszynę z osobna (wg wskazówek prowadzącego) - kierunek wirowania musi być ten sam.
4) Załączyć maszynę asynchroniczną w gwiazdę, ustawić podany w instrukcji stanowiskowej prąd
wzbudzenia I silnika prądu stałego, odczytać wskazania mierników (określić kierunek przepływu
w
mocy).
5) Powoli zwiększać autotransformatorem napięcie zasilania silnika prądu stałego U (wartość
2
mocy P powinna maleć).
1f
6) Odczytać wskazania przyrządów gdy moc P = 0 oraz tarcza licznika nie obraca się.
1f
7) Nadal zwiększać napięcie zasilania pamiętając, aby nie przekroczyć znamionowych wartości
prądu obciążenia maszyny asynchronicznej i silnika prądu stałego.
Po wykonaniu ostatniego pomiaru zmniejszyć napięcie zasilania U do 0.
2
8) Przełączyć uzwojenia maszyny asynchronicznej w trójkąt i powtórzyć pomiary wg pkt. 4-7 .
9) Wykonać obliczenia wg podanych wzorów, w rubrykę  Stan pracy wstawić symbol  S w
przypadku pracy silnikowej maszyny asynchronicznej lub  P w przypadku pracy prÄ…dnicowej
maszyny asynchronicznej.
10) Wykonać charakterystyki P = f (s), P = f (P ), których przebieg należy omówić we wnioskach.
1 2
6
Tabela pomiarów.
Pomiary 1 -10 dla uzwojeń połączonych w gwiazdę.
Pomiary 1 - 10 dla uzwojeń połączonych w trójkąt.
Pomiary
Obliczenia
Maszyna asynchroniczna Maszyna prądu stałego
L.p.
I U P n I U I U P P P M s
1 1 1f 2 2 w w 1 2 s h
A V W obr/min A V A V W W W Nm - -
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1'
2'
3'
4'
5'
6'
7'
8'
9'
10'
P = 3 P - moc całkowita maszyny asynchronicznej,
1 1f
P = I U - moc silnika prądu stałego napędzającego maszynę asynchroniczną,
2 2 2
n1 -ð n
s = - poślizg maszyny asynchronicznej.
n1
P1
½Ä…=
P2
ćą
P =P h
s 2
PS
M =9,55
n
BADANIE PR
DNICY ASYNCHRONICZNEJ TRÓJFAZOWEJ Strona 7/7
Protokół z pomiarów Data: . . . . . . . . . . , podpis prowadzącego: . . . . . . . . . . . . . .
Temat: BADANIE PR
DNICY ASYNCHRONICZNEJ TRÓJFAZOWEJ
WykonujÄ…cy sprawozdanie: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pomiary
Obliczenia
Maszyna asynchroniczna Maszyna prądu stałego
L.p.
I U P n I U I U P P P M s
1 1 1f 2 2 w w 1 2 s h
A V W obr/min A V A V W W W Nm - -
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1'
2'
3'
4'
5'
6'
7'
8'
9'
10'