Badanie silnika indukcyjnego jednofazowego

1) budowa silnika indukcyjnego jednofazowego,

- schemat zastępczy.

2) podstawowe charakterystyki silnika indukcyjnego jednofazowego,

3) rodzaje pracy maszyny indukcyjnej,

4) wytworzenie i kształt pola wirującego silnika indukcyjnego jednofazowego.

Uzwojeniem głównym silnika indukcyjnego jednofazowego jest znajdujące się

w stojanie uzwojenie jednofazowe. Wirnik silnika jest klatkowy.

Zasilane prądem przemiennym uzwojenie stojana indukuje w szczelinie maszyny pole

zmienne, które można rozłożyć na dwa pola wirujące w przeciwnych kierunkach. Przy

n = 0 silnik indukcyjny jednofazowy nie wytwarza momentu rozruchowego. Jeżeli

jednak wirnikowi nada się pewną prędkość obrotową w dowolnym kierunku, to

pojawia się różny od zera moment powodujący dalszy rozruch silnika.

Silnik jednofazowy może wytwarzać moment rozruchowy, jeżeli zmieni się rozkład

indukcji w szczelinie. W tym celu w stojanie umieszcza się uzwojenie dodatkowe

pracujące bądź tylko w chwili rozruchu (uzwojenie rozruchowe), bądź też w sposób

ciągły (uzwojenie pomocnicze).

Silnik z uzwojeniem pomocniczym zwartym: 1 - uzwojenie główne, 2 - uzwojenie

pomocnicze

Małe silniki jednofazowe są często budowane z uzwojeniem pomocniczym

zwartym (rys). Mają one wirnik klatkowy i uzwojenie stojana skupione w postaci

cewek (1) nałożonych na bieguny stojana. Na każdym biegunie znajduje się żłobek,

który dzieli nabiegunnik na dwie nierówne części. Uzwojenie pomocnicze (2) stanowi

zwój zwarty obejmujący mniejszą część nabiegunnika. Powstaje w ten sposób

dodatkowy strumień d wywołany sumą przepływów g + p (g - przepływ

uzwojenia głównego, p - przepływ uzwojenia pomocniczego). Przesunięte względem

siebie w czasie i przestrzeni strumienie g i d tworzą wirujące pole eliptyczne

powodujące powstanie niewielkiego momentu rozruchowego, wystarczającego do

uruchomienia silnika. Wadą tego rozwiązania jest mała sprawność silników, duże

straty stałe w zwoju zwartym i mały moment rozruchowy (ok. 0,25·Mn).

Schemat połączeń silnika jednofazowego: a)

rozruchowym kondensatorowym, b) z uzwojeniem pomocniczym kondensatorowym,

c) z uzwojeniem rozruchowym rezystancyjnym

Innym, lepszym, rozwiązaniem jest nawinięcie dodatkowego uzwojenia

umieszczonego w stojanie w żłobkach nie wykorzystanych przez uzwojenie główne

aby osie obu uzwojeń były przesunięte względem siebie o kąt /2. Jeżeli prądy

płynące w uzwojeniu głównym i pomocniczym są przesunięte o kąt  = /2, to przy

jednakowych przepływach obu uzwojeń wytworzone pole wirujące jest kołowe, a więc

moment rozruchowy jest największy.

Przebieg podstawowej harmonicznej przestrzennej pola wytworzonego przez

uzwojenie jednofazowe dla różnych chwil czasowych

Przesunięcie fazowe prądów uzyskuje się przez włączenie w szereg z

uzwojeniem pomocniczym kondensatorów (rys. a, b) lub powiększenie rezystancji

tego uzwojenia (rys. c). Uzwojenie wykorzystywane tylko podczas rozruchu

wyłączane jest za pomocą wyłącznika odśrodkowego W, umieszczonego na wale

silnika. Czasem stosuje się silniki z dwoma kondensatorami (rys. b), z których jeden

jest załączony tylko na czas rozruchu, natomiast drugi pracuje ciągle. Rozwiązanie

takie stosuje się po to, aby uzyskać pole jak najbardziej zbliżone do kołowego

zarówno podczas rozruchu (większy moment rozruchowy), jak i podczas obciążenia

(większy współczynnik mocy), kiedy to potrzebna pojemność kondensatora maleje

kilkakrotnie. W celu uproszczenia konstrukcji często rezygnuje się ze zmiany

pojemności i wówczas uzwojenie pomocnicze współpracuje z jednym, stale

załączonym, kondensatorem.

Zwiększenie momentu rozruchowego przez zwiększenie rezystancji uzwojenia

dodatkowego (rys. c) uzyskuje się najczęściej po nawinięciu tego uzwojenia

przewodem o odpowiednio zmniejszonym przekroju.

Według PN-IEC 34-1:1997 minimalny moment rozruchowy Mrmin silników

jednofazowych nie może być mniejszy od 0,3·Mn.

Jeżeli w sieci zasilającej silnik trójfazowy powstanie przerwa w jednej z faz, to silnik

taki nie zatrzymuje się, lecz pracuje nadal jako silnik jednofazowy. Jego moc w takim

przypadku maleje około dwukrotnie. Stosując odpowiedni układ połączeń faz silnika

trójfazowego i odpowiednio dobranych elementów RLC można, przy zasilaniu go

napięciem jednofazowym, uzyskać moc zbliżoną do jego mocy znamionowej.

Wadą silników jednofazowych jest ich mniejsza sprawność niż silników trójfazowych.

Wynika to stąd, że strumień przeciwbieżny ma względem wirnika prędkość większą

od synchronicznej i wywołuje w jego rdzeniu duże straty.

Charakterystyki biegu jałowego są to zależności poślizgu, współczynnika mocy,

natężenia prądu i mocy pobieranej przez nieobciążony silnik od napięcia zasilającego

o znamionowej częstotliwości (s, cos0, I0, P0 = f(U0) przy f = fn).

Charakterystyki biegu jałowego umożliwiają, podobnie jak przy badaniu silnika

trójfazowego, określenie strat jałowych i wyznaczenie przybliżonej wartości strat

mechanicznych oraz pozwalają ocenić poprawność konstrukcji silnika, szczelinę

maszyny itp.

Prąd biegu jałowego ma dwie składowe. Pierwsza odpowiadająca prądowi wirnika o

częstotliwości s·f jest, podobnie jak w silniku trójfazowym, bardzo mała. Druga

natomiast odpowiadająca prądowi wirnika o częstotliwości (2-s)·f ma znaczną

wartość. Dlatego wypadkowy prąd biegu jałowego silnika jednofazowego może być

znacznie większy (do 3 razy) niż prąd biegu jałowego odpowiadającego mu silnika

trójfazowego.

Prąd biegu jałowego silników jednofazowych z kondensatorowym uzwojeniem

pomocniczym jest mniejszy, ponieważ wytwarzane w tym silniku pole jest polem

wirującym, toteż nie są indukowane w wirniku prądy o częstotliwości (2-s)f.

Charakterystyki biegu jałowego

Charakterystyki stanu zwarcia są to zależności momentu rozruchowego,

współczynnika mocy, natężenia prądu i mocy pobieranych przez silnik przy

zatrzymanym wirniku od napięcia zasilającego o znamionowej częstotliwości (Mr,

cosz, Iz, Pz = f(Uz) przy s = 1, f = fn).

Charakterystyki stanu zwarcia

Charakterystykami obciążenia są zależności natężenia prądu, prędkości

obrotowej, mocy pobieranej, współczynnika mocy, momentu obrotowego i sprawności

od mocy oddawanej na wale przy znamionowych wartościach napięcia i częstotliwości

(I, n, P1, cos, M,  = f(P2) przy U = Un, f = fn).

Charakterystyki obciążenia pozwalają na analizę zachowania się silnika w czasie

pracy. Wartości poszczególnych parametrów przy P2 = Pn odczytane z charakterystyk

obciążenia należy porównać z danymi znamionowymi podanymi przez wytwórcę.

Tolerancje wartości podanych na tabliczce znamionowej określa PN-E-06810:1996.

Charakterystyki obciążenia

Rys. 1. UKŁAD POŁĄCZENIA DLA OBROTÓW W PRAWO

Rys. 2. ZMIANA KIERUNKU WIROWANIA W LEWO

---