1 Rodzaje pól występujące w maszynach elektrycznych i zasada ich wytwarzania:

- stałe - oś jest nieruchoma, kierunek jest stały względem elementu (układu), odchylenia a zwrot i wartość są stałe, (wytworzone np. przez magnes trwały lub przez nieruchome uzwojenie z prądem stałym)

- przemienne - oś jest nieruchoma (kierunek stały) względem elementu (układu) odchylenia a zwrot i wartość ulegają zmianom w czasie szczególnym przypadkiem takiego pola jest pole pulsacyjne (pulsujące), którego przy nieruchomej osi i zmiennej wartośći zachowuje stały zwrot. To pole otrzymuje się zasilając prądem przemiennym pojedynczy zwój lub

większą liczbę zwojów umieszczonych symetrycznie w rdzeniu stojana

- wirujące - oś wiruje względem układu odniesienia przy zachowaniu stałego zwrotu wzdłuż tej osi. Typowym i szczególnym przypadkiem jest pole wirujące o stałej wartości - pole wirujące kołowe, są też pola wirujące eliptyczne, gdzie wartość ulega zmianom. Wytwarza się to pole układem wirujących magnesów lub układem uzwojeń przesuniętych w fazie.

2 Siła elektromotoryczna indukowana w uzwojeniach maszyn:

W transformatorze:

W maszynach

ku - współczynnik uzwojenia

ks - współczynnik skutku, kg - współczynnik grupy

3 Podział oraz budowa maszyn indukcyjnych.

Rozróżnia się ze względu na:

- sposób zasilania: maszyny indukcyjne jednofazowe, dwufazowe i trójfazowe

- sposób wykonania uzwojenia wirnika: maszyny pierścieniowe i klatkowe.

- rodzaj ruchu: maszyny indukcyjne wirujące i liniowe.

Budowa: Maszyna indukcyjna składa się z części nieruchomej - stojan, część ruchoma - wirnik.

Obwód magnetyczny składa się z rdzenia stojana i rdzenia wirnika. Rdzenie stojana i wirnika są wykonane w formie pakietu z blach izolowanych między sobą. Na całym obwodzie rdzenia stojana i wirnika wycina się rowki zwane żłobkami, w których umieszcza się uzwojenia. Rdzeń stojana umieszcza się w kadłubie maszyny natomiast rdzeń wirnika bezpośrednio na wale (silnik małej mocy) lub na piaście (silnik dużej mocy). Każda maszyna indukcyjna wirująca składa się z 3 podstawowych elementów:

- rdzenia ferromagnetycznego, stanowiącego obwód mocy maszyny (składa się z rdzenia wirnika i stojana)

- uzwojenia stojana i wirnika, w których indukują się siły elektromotoryczne i płyną prądy

- elementy konstrukcyjne zapewniające ochronę, ruch, chłodzenie.

Silnik indukcyjny buduje się o mocach od kilku W do kilku MW przy napięciach zasilających od 100 V - 15 kV

5 Zasada działania silnika indukcyjnego.

Silnik indukcyjny wykorzystuje wirujące pole magnetyczne wytworzone w jego stojanie przez umieszczone tam uzwojenie trójfazowe. Pod wpływem tego pola w nieruchomym wirniku indukuje się SEM i zaczyna płynąć prąd. Oddziaływanie pola magnetycznego na przewodnik z prądem powoduje powstanie siły F=BIl Wirnik zaczyna się obracać i po pewnym czasie osiąga prędkość ustaloną, która jest mniejsza od prędkości wirowania pola magnetycznego (prędkości synchronicznej). Prędkości synchronicznej silnik nie osiąga ponieważ oznaczałoby to zanik momentu obrotowego (wirnik byłby wtedy nieruchomy względem pola magnetycznego).

Poślizg
n1 prędkość wirowania pola; n - prędkość wirowania wirnika

Jeśli wirnik wiruje względem pola, to w nim indukuje się sem a jego f2=sf1 (jeśli s=0 to f2=0)

6 Napiecie zwarcia Uz Maszyny indukcjunej nazywamy takie napiecie jakie nalezy doprowadzic do uzwojenia jednej ze stron np.: Stojana , aby przy zwarciu uzwojenia drugiej strony i unieruchomionym wirniku popłynął prad znamionowy po stronie zasilanej

Prad jalowy przy w typowych maszynach indukcyjnych przy zasilaniu napieciem znamionowym wynosi

A współczynnik przy biegu jalowym

7 Schemat zastępczy maszyny indukcyjnej.

8 Związek mocy i momentu, sprawność maszyny indukcyjnej.

Sprawność:

Dla maszyn małych

Dla maszyn dużych

- nie przypada przy znamionowym obciążeniu maszyny.

Silniki pracują zaczynając przy niedociążeniu.

Związek miedzy wytwarzaną mocą a momentem użytecznym na wale określa zależność:

---- moment użyteczny

I

Prędkość kątowa wirnika

Prędkość kątowa wirnika

9.wykres wskazowy

A) bieg jalowy idealny

B) bieg jalowy rzeczywisty vs idealny

10. Bilans mocy czynnej w maszynie asynchronicznej

Silnik indukcyjny pobiera z sieci zasilającej moc czynną P_in. Część tej mocy pobieranej jest zużywana na pokrycie strat ΔP_Cul w uzwojeniu stojana oraz strat ΔP_Fel w rdzeniu stojana, reszta jest przekazywana do wirnika jako moc idealna P_ψ. Część tej mocy z kolei pokrywa straty w uzwojeniu wirnika ΔP_cu2. Część pozostałej mocy pola magnetycznego wirującego P₂ wydziela się na rezystancji zewnętrznej przyłączonej do uzwojenia wirnika, reszta jest przekazywana na wał wirnika jako mocy mechanicznej o straty mechaniczne ΔP_n.

Sprawność η - stosunek mocy mechaniczno - użytkowej silnika P_UŻ do mocy elektrycznej (czynnej) P₁ pobranej przez silnik z sieci zasilającej.

η = P_UŻ / P₁

Różnica między mocą pobraną z sieci a przekazaną do urządzenia napędzanego określa straty mocy w silniku.

ΔP = P₁ - P_UŻ

Straty mocy obejmują straty mocy w stojanie i wirniku. Na straty mocy w stojanie składają się:

- strata mocy w uzwojeniu stojana

ΔP_Cu1 = m R­­₁ I₁²

m - liczba faz, R₁ - rezystancja uzwojenia stojana

- straty mocy w rdzeniu stojana ΔP_Fe1 (do tych strat jest proporcjonalny prąd zastępczy strat w rdzeniu stojana I_Fe

Straty mocy w wirniku są sumą:

- straty mocy w uzwojeniu wirnika

ΔP_Cu2 = m R₂ I₂²

m - liczba faz, R₂ - rezystancja wirnika

- straty mocy w rdzeniu wirnika ΔP_Fe2

- straty mocy mechanicznych tarcia ΔP_mech

Moc P₁₂ jest mocą przeniesioną ze stojana do wirnika przez wirujące pole magnetyczne o prąd synchroniczny ϖ_m1 i odpowiada ona momentowi elektromag.

M= P₁₂ / ϖ_m1

11.Charakterystyka mechaniczna silnika indukcyjnego - opisz charakterystyczne punkty i zakresy pracy

◦ w zakresie poślizgów 0 < s < 1 maszyna wytwarza dodatni moment elektromagnetyczny, a wirnik wiruje z prędkością 0 < n < n₁,

◦ dla poślizgów s > 1 prędkość jest ujemna n < 0, co oznacza, że wirnik wiruje w kierunku przeciwnym do kierunku wirowania pola magnetycznego, a mimo to moment elektromagnetyczny jest dodatni,

◦ dla poślizgów s < 0 maszyna wiruje zgodnie z kierunkiem wirowania pola z prędkością większą od prędkości synchronicznej n > n₁, maszyna ma ujemny moment elektromotoryczny.

11. ,Moment elektromagnetyczny

Wykorzystując uproszczony schemat zastępczy jak na rysunku:

Fukcja T(s) ma dwa ekstrema:

T_k-moment maksymalny zwany inaczej T krytyczne.

.

Moment elektromagnetyczny możemy również obliczyć znając moc mechaniczną P_m i prędkość obrotową wirnika

.

Mimo, iż moment użyteczny różni się od momentu elektromagnetycznego o moment tarcia, a moc użyteczna od mocy mechanicznej o straty mechaniczne, zależność ta jest określona podobnie:

, gdy [n] = Obr/s,

, gdy [n] = Obr/min.

13. Charakterystyka mechaniczna silnika indukcyjnego - charakterystyczne punkty i zakresy pracy

14. wpływy ...

• wpływ napięcia

• wpływ rezystancji - w wirniku pierścieniowym możemy przez pierścienie włączyć dodatkową rezystancję do wirnika

15. Rozruch

• rozruch za pomocą przełącznika gwiazda - trójkąt

Przełącznik ten może być stosowany do rozruchu silników indukcyjnych, które mają wyprowadzone na tabliczkę zaciskową 6 końcówek uzwojenia stojana. Napięcie sieci zasilającej powinno być równe napięciu znamionowemu uzwojenia stojana połączonego w trójkąt. Silnik załącza się do sieci przy ustawieniu przełącznika w takim położeniu, w którym ustawienie stojana jest połączone w gwiazdę, wirnik silnika zaczyna wirować. W chwili, gdy ustali się prędkość obrotową silnika przełącznik należy położyć na położenie, przy którym uzwojenie stojana jest połączone w trójkąt.

Jest to minus tego sposobu rozruchu

• rozruch za pomocą autotransformatora

Przez zastosowanie autotransformatora o przekładni ν uzyskuje się zmniejszenie momentu rozruchowego ν² razy oraz ze zmniejszeniem prądu sieci ν² razy.

Autotransformator może być wykonany z odpowiednio dużą liczbą zaczepów, co pozwala na stopniowanie napięcia rozruchowego np. przez załączanie odpowiednich styczników.

Wyłącznik W jest w momencie przystępowania do rozruchu otwarty W₁ i W₂ zamknięty. Ustawiamy Ty tak, aby napięcie było niskie, przy którym następuje rozruch (regulujemy napięcie)

• rozruch za pomocą rezystancji włączonej w obwód stojana

(stosuje się go w silnikach małej mocy). Dobranie oporników rozruchowych w taki sposób, aby moment początkowy zmniejszał się ν² razy powoduje zmniejszenie prądu zaledwie ν razy. Jest to wada w porównaniu z rozruchem za pomocą autotransformatora. W obwodzie stojana w czasie rozruchu powstają duże straty.

• rozruch częstotliwościowy (reguluje się napięcie jak i jego częstotliwość)

I_DW

I_f

I₀

U_Xz'

U_X1

I₂'

U_Rz'

U_i

U_R1

U

X_f

R_Fe

R₂' (1-s)/s

R_z'

X_z'

R₁

X₁

I₁

---