BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 1/5
BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO
1. Wiadomości wstępne
Silniki asynchroniczne jednofazowe są szeroko stosowane wszędzie tam, gdzie sieć
trójfazowa jest niedostępna. Moce tych silników na ogół nie przekraczają 2 kW. Wirnik silnika
jednofazowego ma uzwojenie klatkowe, a stojan uzwojenie jednofazowe, które może mieć jedną
lub więcej par biegunów. Uzwojenie to, zasilane prądem sinusoidalnie zmiennym wytwarza
pulsujący sinusoidalnie strumień F. Można go rozłożyć na dwa strumienie F i F wartości
1 2
maksymalnej równej połowie wartości maksymalnej strumienia F, wirujące w przeciwnych
kierunkach z prędkością synchroniczną dla danej liczby par biegunów. Każdy z wirujących
strumieni magnetycznych F i F wytwarza moment obrotowy. Na rys. 1 przedstawiono przebiegi
1 2
zmienności momentów M i M w funkcji prędkości obrotowej. Dodając do siebie wartości
1 2
momentów M i M z uwzględnieniem ich znaków otrzymujemy krzywą momentu wypadkowego
1 2
M. Przy n = 0 wypadkowy moment rozruchowy równa się zeru i silnik nie może sam ruszyć z
miejsca. Jeżeli jednak wirnikowi nadamy początkową prędkość w dowolnym kierunku, wówczas
następuje przewaga momentu napędowego nad hamującym i silnik zaczyna się obracać. Brak
momentu rozruchowego stanowi poważną wadę opisanego silnika.
Rys. l. Moment obrotowy silnika jednofazowego (bez fazy rozruchowej)
Aby silnik jednofazowy miał własny moment rozruchowy, należy w stojanie wytworzyć pole
wirujące. Osiąga się to poprzez umieszczenie w nim dodatkowego uzwojenia, zwanego fazą
pomocniczą, w odróżnieniu od poprzednio opisanego uzwojenia zwanego fazą główną. Uzwojenie
fazy pomocniczej w maszynie dwubiegunowej nawija się tak, aby jego oś tworzyła w przestrzeni z
osią fazy głównej kąt 90o. Prądy płynące w obu uzwojeniach także powinny być przesunięte w fazie
względem siebie o kąt p/2. Jest to najkorzystniejszy przypadek, bowiem wirujący wektor pola
magnetycznego kreśli wówczas okrąg. W innych przypadkach kreśli on elipsę. w której stosunek
długości osi zależy od obu przesunięć. Do odłączania uzwojenia fazy pomocniczej po zakończeniu
rozruchu służy łącznik odśrodkowy. Jest on zamontowany na końcu wału silnika. Jego styki przy
nieruchomym wirniku są zamknięte, a otwierają się przy określonej prędkości obrotowej wirnika na
BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 2/5
skutek siły odśrodkowej. Podczas rozruchu taki silnik jest więc dwufazowy, a jednofazowym staje
się dopiero po odłączeniu fazy pomocniczej. Przesunięcie fazowe uzyskuje się przez włączenie w
obwód fazy pomocniczej odpowiedniego rezystora, cewki lub kondensatora. Najczęściej stosuje się
silnik jednofazowy klatkowy z kondensatorem w fazie pomocniczej. W tym przypadku uzwojenie
fazy pomocniczej przyłączone jest do sieci szeregowo z kondensatorem C (rys. 2). Prądy I oraz I
l 2
wytwarzają dwa strumienie magnetyczne przesunięte w fazie i przestrzeni o kąt f zależny od
reaktancji uzwojenia. Wypadkowa obu strumieni daje pole magnetyczne wirujące, podobnie jak w
silniku trójfazowym.
Rys. 2. Schemat połączeń i wykres wektorowy silnika jednofazowego z kondensatorowa fazą rozruchową
Uzwojenie fazy pomocniczej w niektórych typach silników stanowi jednocześnie fazę pracy
i jest przyłączone do sieci poprzez kondensator na stałe. Takie silniki nazywa się
kondensatorowymi. Są one w istocie silnikami dwufazowymi zasilanymi jednofazowo.
Charakterystyka mechaniczna takiego silnika jest podobna do charakterystyki mechanicznej silnika
klatkowego trójfazowego. Do zalet silnika kondensatorowego należy wysoka wartość
współczynnika mocy, która przy obciążeniu znamionowym bliska jest jedności oraz brak łącznika
odśrodkowego.
Rys. 3. Charakterystyka w mechaniczna silnika jedno fazowego z fazą rozruchową
Charakterystykę mechaniczną silnika z kondensatorową pomocniczą fazą rozruchu
przedstawiono na rys. 3. Silnik rozwija moment rozruchowy M , pod wpływem którego rusza i
r
pracuje wg charakterystyki 1 (z włączoną fazą rozruchową). Przy prędkości n następuje otwarcie
p
wyłącznika odśrodkowego i przejście na pracę charakterystyki 2 (z wyłączoną pomocniczą fazą
BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 3/5
rozruchową).
Jednofazowe silniki asynchroniczne charakteryzują się w porównaniu z silnikami
trójfazowymi mniejszą krotnością momentu rozruchowego M /M (M , M - momenty rozruchowy i
r n r n
nominalny) a także większą krotnością prądu rozruchowego I/I (I , I -prądy rozruchowy i
r n r n
nominalny). Dla jednofazowych silników z fazą rozruchową M /M = 1�1,5, a I /I = 5�9.
r n r n
W porównaniu z silnikami trójfazowymi o tych samych wymiarach i prędkości obrotowej
silniki jednofazowe mają mniejszą moc oraz niższy współczynnik mocy (np. moc silnika
trójfazowego P = 1,1 kW i cosf = 0,88, a silnika jednofazowego P = 0,55 kW i cosf = 0,78).
n n
Sprawność silnika jednofazowego jest mniejsza od sprawności silnika trójfazowego tej samej mocy
(np. trójfazwego h = 77%, a dla jednofazowego h = 64%).
Rys. 4. Zmiana kierunku wirowania w silniku jednofazowym
Zmianę kierunku wirowania w silniku jednofazowym osiąga się poprzez zmianę zwrotu prądu w
fazie pomocniczej. W praktyce realizuje się to przez dokonanie odpowiednich przełączeń na
tabliczce zaciskowej silnika (rys. 4).
2. Program ćwiczenia
Wyznaczanie charakterystyki mechanicznej silnika
Załączyć silnik. Obciążyć silnik do wartości znamionowej prądu obciążenia. Zmniejszając
obciążenie do wartości minimalnej (za pomocą nastawnika wzbudzenia) wykonać ok. 10 pomiarów.
UWAGA: W przypadku użycia amperomierzy i watomierzy elektromechanicznych na czas
rozruchu zewrzeć ich cewki prądowe (przełącznik zakresu prądowego ustawić w położenie
"K" lub  zwarte )
Wzory do obliczeń:
P =U I
2 2 2
P2
�ą=
P1
ćą
P =P h
s 1
PS
M =9,55
n
BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 4/5
P1 f
cos�ą=
U I1
1
Tabela pomiarowa:
Pomiary
Obliczenia
Silnik Prądnica
L.p.
I U P n I U I U P P M
1 1 1 2 2 w w 2 s h cosf
obr/min
A V W A V A V W W Nm - -
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyki mechanicznej silnika jednofazowego
Na podstawie pomiarów i obliczeń narysować charakterystyki I =f(M), P =f(M), cosf =f(M),
1 1
n=f(M), h=f(M)
BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 5/5
Protokół z pomiarów
Data: . . . . . . . . . . , podpis prowadzącego: . . . . . . . . . . . . . .
Temat: BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO KLATKOWEGO
Wykonujący sprawozdanie: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pomiary
Obliczenia
Silnik Prądnica
L.p.
I U P n I U I U P P M
1 1 1 2 2 w w 2 s h cosf
obr/min
A V W A V A V W W Nm - -
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10