Wydział Fizyki i Techniki Jądrowej	Konrad Kubica	Zespół
Rok 2	Temat : Silnik Asynchroniczny	Nr. ćwicz 4

LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI

SILNIK ASYNCHRONICZNY

Opis ćwiczenia

Po zapoznaniu się z budową silnika asynchronicznego w obu wykonaniach jako: klatkowy i pierścieniowy oraz wyjaśnieniu zasady działania silnika dokonujemy rozruchu silnika pierścieniowego, a następnie jego obciążenia.

Obciążenie stanowi prądnica prądu stałego, oddająca energię do prądnicy regulowanej. Z mocy oddawanej przez prądnicę, po uwzględnieniu jej sprawności, wyliczymy moc oddawaną przez silnik.

Gdzie: U - napięcie, I - prąd pobierany z prądnicy,
- sprawność prądnicy, której zależność od prądu obciążenia podana jest na wykresie poniżej.

Po zmierzeniu tachometrem prędkości obrotowej n [obr/min] można wyznaczyć moment obrotowy silnika:

Prędkość obrotowa n oraz moment obrotowy M pozwalają wyznaczyć charakterystykę mechaniczną silnika. Silnik pobiera energię elektryczną z sieci trójfazowej. W układzie pomiarowym od strony zasilania możemy zmierzyć:

• napięcie zasilania
  

• prądy we wszystkich przewodach
  

• prąd wirnika
  

• moc pobieraną
  

Pomiary te pozwalają wykreślić rożne charakterystyki silnika, np.:

=f(
),
=f(
), cos* = f(
),
= f(
), M.= f(n)

LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI

SILNIK ASYNCHRONICZNY

Dane znamionowe maszyny:

Silnik typ:

P = 3 kW cos* = 0,8

U = 220 / 380 V Iw =34A

I = 12,3 / 7,1A rodzaj pracy: ciągła

n = 1430 obr/min

Prądnica typ:

P = 2,8 kW

U =115 V

I = 1,3 A rodzaj pracy: ciągła

n = 1440 obr/min

Schemat układu połączeń:

Do dyspozycji była siec trójfazowa 3x380 V. Uzwojenia zostały połączone w gwiazdę.

W przypadku sieci 3x220 V uzwojenia należałoby połączyć w trójkąt.

Tabela pomiarów:

U1	I1	P1	Iw	n	U	I	P2	M	cos(fi)	n
[V]	[A]	[kW]	[A]	obr/min	[V]	[A]	[kW]	[Nm]
400	7,5	3,8	34	1400	150	22,5	4,3	28,7	0,731	0,78
400	6	2,8	23	1420	150	14	2,6	17,2	0,674	0,8
400	5	2	14	1450	140	11	2,2	14,3	0,577	0,7
400	4,5	0,8	2	1500	55	5	0,4	2,9	0,257	0,65
400	4,5	0,7	1	1500	48	3,5	0,3	1,9	0,225	0,5

cos ϕ =

Otrzymane charakterystyki:

Tryby pracy maszyny :

• ciągła

• przerywana

• dorywcza

Budowa i zasada działania :

Trójfazowy silnik asynchroniczny składa się z nieruchomej części zwanej stojanem , oraz ruchomej części noszącej nazwę wirnika . Obie te części łącznie ze szczeliną powietrzną pomiędzy wirnikiem i stojanem zawierają obwód magnetyczny silnika . W celu zmniejszenia strat w żelazie obwód magnetyczny wirnika i stojana wykonane są z izolowanych miedzy sobą nakrzemionych blach o grubości ok. 0,5 mm . Na obwodzie rdzeni stojana i wirnika znajdują się żłobki , wewnątrz których umieszczone są uzwojenia , W żłobkach stojana umieszczone są cewki uzwojenia trójfazowego . Cewki te mogą być połączone w gwiazdę lub w trójkąt . Uzwojenie stojana zasilane jest z sieci trójfazowego prądu przemiennego . Wewnątrz żłobków na obwodzie wirnika silnika asynchronicznego pierścieniowego umieszczone jest uzwojenie trójfazowe połączone w gwiazdę . Początki tych uzwojeń dołączone są do trzech pierścieni ślizgowych osadzonych na wale . Do pierścieni tych za pośrednictwem szczotek przyłącza się opornik służący regulacji prędkości obrotowej lub opornik służący do rozruchu . W silnikach asynchronicznych klatkowych uzwojenie wirnika stanowi zwartą klatkę wykonaną z nie izolowanych prętów miedzianych lub aluminiowych . W zależności od kształtu przekroju prętów klatki silniki klatkowe dzielą się na klatkowe zwykłe , głebokożłobkowe i dwuklatkowe . W zależności od rodzaju klatki silniki te maj różne charakterystyki mechaniczne oraz różne momenty rozruchowe. Prąd przepływający przez poszczególne cewki uzwojenia wytwarza w każdej zmienny strumień magnetyczny . Ponieważ uzwojenie stojana zasilane jest prądem trójfazowym , wartość maksymalna prądu w poszczególnych fazach przesunięta jest o 120 ^O . Cewki uzwojenia stojana tez są przesunięte względem siebie o 120 ^O .

Jeżeli zsumujemy strumienie pochodzące od poszczególnych cewek , otrzymamy strumień wypadkowy . Strumień ten , wiruje wewnątrz stojana i nosi nazwę wirującego pola magnetycznego . Prędkość wirowania pola magnetycznego zależy od liczby par biegunów silnika oraz od częstotliwości prądu zasilającego . Zmiana tych parametrów jest jedną z metod sterowania prędkością oraz rozruchem silnika asynchronicznego . Jeżeli przewody uzwojenia wirnika będą przenikane przez strumień wirującego pola magnetycznego , w przewodach tych zostanie wyindukowana siła elektromotoryczna , której wartość zależy od wartości indukcji magnetycznej , długości przewodów i szybkości przecinania ich przez wirujący strumień magnetyczny . Jeżeli obwód wirnika zostanie zamknięty ( w przypadku silnika pierścieniowego przez opornik rozruchowy ) to w obwodzie tym popłynie prąd . Ponieważ zgodnie z regułą lewej ręki na przewód z prądem działa starająca się przesunąć ten przewód w polu magnetycznym otrzymujemy moment obrotowy nadający ruch wirnikowi . Ponieważ warunkiem koniecznym dla indukowania się siły elektromotorycznej w przewodach wirnika jest przecinanie ich przez strumień magnetyczny , prędkość obrotowa pola wirującego musi się różnić od prędkości obrotowej wirnika , stąd nazwa - silnik asynchroniczny .

Rozruch silników asynchronicznych :

• rozruch bezpośredni

• rozruch z przełącznikiem gwiazda - trójkąt

• rozruch z dodatkowymi oporami czynnymi lub biernymi w obwodzie stojana

• rozruch z autotransformatorem rozruchowym

• rozruch przy pomocy oporników rozruchowych (tylko silniki pierścieniowe)

Rozruch bezpośredni :

Polega na bezpośrednim włączeniu uzwojenia stojana na pełne napięcie sieci . Jednakże powstaje wtedy duże uderzenie prądowe które wywołuje przy rozruchu silnika spadek napięcia w sieci . W przypadku gdy trzeba ten spadek napięcia wyeliminować ze względu na obowiązujące przepisy lub prace innych urządzeń stosuje się inne metody rozruchu .

Rozruch z przełącznikiem gwiazda - trójkąt :

Uzwojenie stojana silnika klatkowego , przeznaczonego normalnie do pracy w połączeniu w trójkąt , łączy się na czas rozruchy w gwiazdę i dopiero po osiągnięciu odpowiednio wysokiej prędkości obrotowej przełącza je na trójkąt . Rozruch z przełącznikiem gwiazda - trójkąt powoduje trzykrotne zmniejszenie prądu rozruchowego w porównaniu z rozruchem bezpośrednim , przy jednoczesnym trzykrotnym zmniejszeniu momentu silnika .

Rozruch z dodatkowym oporem w obwodzie stojana :

W obwód stojana włącza się dodatkową rezystancje lub reaktancje , Przy przepływie prądu rozruchowego powstaje spadek napięcia na oporniku wskutek czego napięcie fazowe na silniku zmniejsza się . Przy zmniejszeniu prądu rozruchowego do połowy występuje czterokrotne zmniejszenie momentu , co ogranicza zakres stosowania tej metody .

Rozruch z autotransformatorem rozruchowym :

Zastosowanie autotransformatora z zaczepami regulacyjnymi pozwala na stopniowe powiększanie napięcia w czasie rozruchu . Powoduje to jednak zmniejszenie momentu podobnie jak w metodzie poprzedniej .

Rozruch przy pomocy oporników rozruchowych ( tylko silniki pierścieniowe) :

Polega na włączeniu w obwód stojana dodatkowych oporników ograniczających prąd w uzwojeniach wirnika . Rozrusznik taki na ogół składa się z kilku stopni , które w miarę wzrostu prędkości wyłącza się (lub zwiera się) .

Regulowanie prędkości obrotowej :

• przez zmianę rezystancji w obwodzie twornika (silnik pierścieniowy)

• przez zmianę częstotliwości napięcia na stojanie

• przez zmianę liczby par biegunów

Prędkość obrotowa jest zależna od prędkości wirowania pola magnetycznego , a ta z kolei wyraża się wzorem :

gdzie : f - częstotliwość , p - liczna par biegunów .

Poprzez zmianę tych parametrów możemy regulować prędkość wirowania pola a tym samym prędkość obrotową silnika .

Zmianę kierunku wirowania dokonuje się przez zmianę kierunku wirowania pola wytworzonego przez stojan czyli przez zamianę kolejności faz .

---