Politechnika Warszawska, IIM w PÅ‚ocku - Laboratorium z Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki
Badanie silnika asynchronicznego jednofazowego
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie budowy i zasady funkcjonowania silnika
jednofazowego. W ramach ćwiczenia badane są zmiany wartości prądu rozruchowego w
uzwojeniu głównym i rozruchowym.
Wprowadzenie
Jednofazowy silnik klatkowy zbudowany jest podobnie jak silnik trójfazowy, tzn.
składa się ze stojana i wirnika klatkowego. W stojanie umieszczone jest uzwojenie
jednofazowe, które może mieć jedną, lub więcej par biegunów. W przypadku jednej pary
biegunów uzwojenie to składa się z jednej cewki, której boki umieszczone są w kilku
sąsiednich żłobkach i wytwarzają dwubiegunowe pole magnetyczne (pokazane na rys. 1). Jest
to pole magnetyczne pulsujÄ…ce.
Rys.1. Pole magnetyczne i schemat połączeń silnika jednofazowego klatkowego (bez fazy
rozruchowej )
Pulsujący strumień Ś można rozłożyć na dwa strumienie Ś1 i Ś2, wirujące w
przeciwnych kierunkach z prędkością synchroniczną dla danej liczby par biegunów. Każdy z
tych strumieni wytwarza moment obrotowy, jak przy hamowaniu jednofazowym, jednakże w
przypadku silnika klatkowego o małym poślizgu krytycznym moment wypadkowy nie jest
momentem hamującym, lecz napędowym (rys. 2).
1
Politechnika Warszawska, IIM w PÅ‚ocku - Laboratorium z Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki
Rys. 2.Moment obrotowy silnika jednofazowego (bez fazy rozruchowej)
Dla n = 0 momenty rozruchowe pochodzące od obu pól wirujących są sobie równe Mr1 = Mr2
i przeciwnie skierowane, wskutek czego wypadkowy moment rozruchowy równa się zeru i
silnik nie może sam ruszyć z miejsca. Jeżeli jednak wirnikowi nadamy początkową prędkość
w dowolnym kierunku na drodze mechanicznej np. przez pokręcenie ręką, wówczas
występuje przewaga momentu napędowego nad hamującym i silnik zaczyna się obracać. W
zależności od obciążenia ustali się punkt pracy przy niewielkim poślizgu, podobnie jak w
silniku trójfazowym.
Brak momentu rozruchowego jest poważną wadą tych silników. Aby ją usunąć stosuje
się w stojanie drugie uzwojenie, zwane fazą rozruchową. Obydwa uzwojenia są przesunięte
wzglÄ™dem siebie w maszynie dwubiegunowej o kÄ…t 90°. PrÄ…dy pÅ‚ynÄ…ce w tych uzwojeniach
powinny być względem siebie przesunięte w fazie o 1/4 okresu, tzn. ich wskazy powinny być
przesuniÄ™te o 90°. Dla osiÄ…gniÄ™cia tego stosuje siÄ™ dwa rozwiÄ…zania silników jednofazowych
klatkowych:
1. Silniki z fazÄ… rozruchowÄ… kondensatorowÄ…,
2. Silniki z fazÄ… rozruchowÄ… oporowÄ….
Ad. 1) Silniki z fazą rozruchową kondensatorową mają fazę rozruchową przyłączoną do
sieci szeregowo z kondensatorem C (rys. 3).
2
Politechnika Warszawska, IIM w PÅ‚ocku - Laboratorium z Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki
Rys.3. Schemat połączeń i wykres wskazowy silnika jednofazowego klatkowego z
kondensatorowÄ… fazÄ… rozruchowÄ…
Przez fazę główną płynie prąd I1 opóz
niony wzglÄ™dem napiÄ™cia o kÄ…t Õ1, gdyż obwód fazy
głównej jest obwodem o charakterze indukcyjnym. Natomiast prąd I2 wyprzedza napięcie o
kÄ…t Õ2. DziÄ™ki odpowiedniemu doborowi kondensatora uzyskujemy takie przesuniÄ™cie
fazowe, aby:
Ä… = Õ1+ Õ2 = 90
PrÄ…dy te wytwarzajÄ… dwa strumienie magnetyczne przesuniÄ™te w przestrzeni o 90° i w fazie o
1/4 okresu.
Silnik z fazÄ… rozruchowÄ… kondensatorowÄ… jest w istocie silnikiem dwufazowym, zasilanym
jednofazowo. Charakterystyka mechaniczna tych silników jest identyczna jak charakterystyka
silnika klatkowego trójfazowego. Silniki jednofazowe kondensatorowe uzyskuje się niekiedy
drogą przeróbki seryjnie produkowanych silników trójfazowych, przez włączenie
kondensatora szeregowo z jedną fazą, podczas gdy uzwojenia pozostałych dwóch faz
stanowią fazę główną.
Ad. 2) Silniki z fazą rozruchową oporową mają fazę rozruchową nawiniętą drutem
oporowym izolowanym. Fazę tę włącza się tylko na czas rozruchu, po czym powinna ona być
wyłączona, gdyż duża ilość wydzielonego w drucie oporowym ciepła może po dłuższym
czasie spowodować nadmierny wzrost temperatury, grożący spaleniem izolacji uzwojenia. Do
odłączenia fazy rozruchowej po zakończonym rozruchu służy wyłącznik odśrodkowy.
Wyłącznik ten jest zamontowany na końcu wału silnika. Jego styki przy nieruchomym silniku
są zamknięte, a gdy silnik zacznie wirować z dostatecznie dużą prędkością obrotową
otwierają się pod wpływem siły odśrodkowej.
3
Politechnika Warszawska, IIM w PÅ‚ocku - Laboratorium z Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki
Rys. 4. Schemat połączeń i wykres wektorowy silnika jednofazowego klatkowego z oporową
fazÄ… rozruchowÄ…
Wskutek dużej rezystancji fazy rozruchowej prąd I2 jest opóz
niony względem napięcia
o bardzo niewielki kÄ…t Õ2. PrÄ…dy I1 i I2 sÄ… przesuniÄ™te w fazie o kÄ…t Õ1 - Õ2. PrÄ…d I2 można
rozÅ‚ożyć na dwie skÅ‚adowe: skÅ‚adowÄ… I21, wyprzedzajÄ…cÄ… prÄ…d I1 o 90°, oraz skÅ‚adowÄ… I22,
będącą w fazie z prądem I1. Składowa I22 i prąd I1 dają razem strumień magnetyczny, a
skÅ‚adowa I21 drugi strumieÅ„, obydwa przesuniÄ™te wzglÄ™dem siebie o kÄ…t 90°. DziÄ™ki temu
powstaje w maszynie strumień wypadkowy wirujący, podobnie jak w maszynie z fazą
rozruchowÄ… kondensatorowÄ….
CharakterystykÄ™ mechanicznÄ… tego silnika przedstawia rys. 5.
Rys. 5. Charakterystyka mechaniczna jednofazowego silnika klatkowego z oporowÄ… fazÄ…
rozruchowÄ…
Silnik rozwija moment rozruchowy Mr, pod wpływem którego rusza i pracuje na
krzywej 1 do chwili osiągnięcia prędkości obrotowej np. przy tej prędkości następuje
zadziałanie wyłącznika odśrodkowego i przejście na krzywą 2, na której odbywa się praca
ustalona silnika.
Oprócz opisanych wyżej rozwiązań silników jednofazowych klatkowych istnieją
jeszcze silniki z dzielonymi biegunami, zwane silnikami ze zwartym zwojem. PosiadajÄ… one
w stojanie dwa bieguny częściowo rozcięte, na których znajdują się uzwojenia jednofazowe
zasilane z sieci, obejmujące cały biegun i zwoje zwarte, obejmujące część bieguna. Bieguny
te wytwarzajÄ… dwa strumienie magnetyczne pulsujÄ…ce Åš1 i Åš2, przecinajÄ…ce wirnik. PrÄ…dy
płynące w zwojach zwartych powodują, że strumień Ś2 jest przesunięty w fazie w stosunku
do strumienia Ś1. Obydwa strumienie przesunięte względem siebie wytwarzają wspólnie
wypadkowy strumień magnetyczny wirujący. Dzięki temu wirnik wiruje z poślizgiem
względem tego strumienia, oraz może sam ruszyć, gdyż istnieje moment rozruchowy
podobnie jak w silniku klatkowym trójfazowym.
4
Politechnika Warszawska, IIM w PÅ‚ocku - Laboratorium z Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki
WYKONANIE ĆWICZENIA
a) Pomiar parametrów uzwojeń
Rys. Schemat układu pomiarowego
Tabela pomiarów
Uzwojenie I [A} U [V]
R [&!] Z [&!] X [&!] cos Õ Õ [°] Ä… [°]
Główne
Rozruchowe
Wzory do obliczeń:
U R P
2
Z= ; X= Z -R2 , cosÕ= = .
I Z S
Opór czynny pomierzyć omomierzem.
b) Pomiar charakterystyk rozruchowych
5