SPRAWOZDANIE z ćw. M3 – badanie silnika indukcyjnego jednofazowego

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z budową silnika indukcyjnego jednofazowego oraz analiza wpływu napięcia zasilania na parametry eksploatacyjne silnika w zależności od zmian obciążenia.

Schemat stanowiska pomiarowego:

At – autotransformator

M –badany silnik indukcyjny jednofazowy,

U – uzwojenie główne silnika,

Ur –uzwojenie rozruchowe silnika,

k – wyłącznik uzwojenia rozruchowego,

V1 – woltomierz elektromagnetyczny – zakres 300V,

A1 amperomierz elektromagnetyczny – zakres 2,5A

W –watomierz elektrodynamiczny – zakres prądowy 5A, zakres napięciowy 200V,

n – miernik prędkości obrotowej – zakres 2000obr/min,

A2 – amperomierz magnetoelektryczny – zakres 3A,

V2 – woltomierz magnetoelektryczny – zakres 300V,

A1,2 – uzwojenie twornika prądnicy,

F1,2 – uzwojenie wzbudzenia prądnicy,

R – rezystancja obciążenia prądnicy prądu stałego,

W1, W2, W3 – wyłączniki

Wykonaliśmy 3 serie pomiarów. Pierwszy pomiar został przeprowadzony bez obciążenia. Drugi z włączonym napięciem wzbudzenia prądnicy prądu stałego. Trzeci pomiar z włączonym obciążeniem prądnicy. Obliczenia, których wyniki przedstawiamy w tabelach na następnych stronach sprawozdania, wykonane zostały zgodnie z wzorami zamieszczonymi w instrukcji do ćwiczenia.

U1 - napięcie zasilania przy pracy silnika,

I1 - prąd pobierany przez silnik, I1max=2,5A

P1 - moc czynna pobierana przez silnik, P1=1kW

n1 - prędkość obrotowa synchroniczna – 1500obr/min

U2 - napięcie prądnicy prądu stałego,

I2 - prąd obciążenia prądnicy, I2= 2,4A

PG - moc prądnicy = U2 I2,

Δ3PG - straty w uzwojeniach twornika prądnicy = Rtw I2² Rtw=20Ω

RW - rezystancja uzwojenia twornika,

P2 - moc prądnicy obciążająca silnik (moc na wale silnika) = PG +Δ1PG +Δ2PG +Δ3PG;

Δ1PG – straty mechaniczne prądnicy – 10W

Δ2PG – straty w żelazie prądnicy -15W

ηG – sprawność prądnicy = P_G/(P₁η_s)

ηS – sprawność silnika = ( P₂/P₁ )100%

cosϕ1 - współczynnik mocy = P₁ /( U₁ I₁)

Po wykonaniu pomiarów i obliczeń, stworzyliśmy wykresy przedstawiające zależność wybranych parametrów od mocy P₂ dla trzech różnych napięć zasilających. Wykresy w kolorze NIEBIESKIM : dla napięcia U=220V, CZERWONYM: dla napięcia U=200V, ZIELONYM: dla napięcia U=180V

Otrzymane wykresy charakterystyk badanego silnika są zgodne z teoretycznymi charakterystykami. Na wykresie przedstawiającym zależność n=f(P₂) obserwujemy spadek prędkości obrotowej n wraz ze wzrostem obciążenia. Wraz ze spadkiem napięcia zmniejsza się odporność silnika na przeciążenia, co powoduje niepożądany efekt - znaczny spadek prędkości obrotowej silnika przy wzroście momentu obciążenia. Zmiana obciążenia silnika wpływa na zmianę współczynnika mocy, co możemy zaobserwować na wykresie zależności cosφ=f(P₂). Wraz ze wzrostem obciążenia rośnie wartość cosφ. Przy wzroście prądu wraz ze wzrostem obciążenia, składowa bierna jest praktycznie stała, dzięki czemu otrzymujemy mniejszy kąt φ a cosφ wzrasta. W naszych pomiarach musiał wystąpić błąd, prawdopodobnie był to błąd narzędzi, ponieważ dla napięcia U=180V, z obliczeń otrzymaliśmy wartość cosinusa wyższą od 1, co jest niezgodne z rzeczywistością, bo jak wiemy, funkcja ta, może przyjmować wartości z zakresu od -1 do 1. Z wykresów wynika, że silnik niedociążony ma mały współczynnik mocy, dlatego należy tak projektować napędy elektryczne, aby silnik jak najdłużej pracował przy obciążeniu bliskim znamionowemu, co daje korzystniejszy współczynnik poboru mocy biernej do czynnej niż podczas małego obciążenia. Jak wynika z wykresów, sprawność silnika przy mniejszym napięciu zasilania osiąga wartość największą dla momentu mniejszego i charakterystyka przy większym napięciu jest bardziej płaska. Ma to korzystny wpływ na sprawność silnika przy zmianach momentu. Analizując charakterystykę P₁=f(P₂) stwierdzamy, że wraz ze wzrostem obciążenia silnika rośnie moc pobierana przez ten silnik co jest uzasadnione wzrostem wartości prądu pobieranego przez silnik, przy wzroście P₂. Charakterystyka przy mniejszym napięciu przebiega bardziej stromo czyli otrzymujemy znacznie większy wzrost prądu i mocy pobieranej przez silnik przy zmianie obciążenia niż przy napięciu większym. Gdy silnik będziemy zasilali napięciem dużo niższym od znamionowego to otrzymamy charakterystyki robocze silnika, na których dostrzeżemy, że mała zmiana momentu obciążenia będzie powodowała znaczną zmianę wartości określonego parametru np. prądu pobieranego przez silnik. Silnik zasilany niższym napięciem może pracować przy niższym momencie obciążenia.