Celem laboratorium było wyznaczanie charakterystyk silnika indukcyjnego (pierscieniowego).

Budowa

Silnik indukcyjny zwarty zbudowany jest z dwóch zasadniczych zespołów: wirnika (nazywanego też rotorem) oraz stojana (nazywanego też statorem). Wirnik złożony jest z izolowanych blach (aby zmniejszyć straty na prądy wirowe) osadzonych na wale silnika. W blachach wirnika wycięte są żłobki na nie izolowane uzwojenie w postaci prętów miedzianych lub aluminiowych. Po obu stronach wirnika pręty te są połączone nie izolowanymi pierścieniami, tworząc niejako klatkę (stąd popularna nazwa silniki klatkowe). Dość często klatka zakończona jest łopatkami wentylacyjnymi do chłodzenia silnika. Czasami wirniki wykonuje się jako dwuklatkowe (klatki o różnej średnicy jedna w drugiej). Stojan silnika zbudowany jest z pakietu izolowanych blach z naciętymi na wewnętrznym obwodzie żłobkami, w których umieszczone są izolowane uzwojenia (drut miedziany lub aluminiowy).Poszczególne cewki przesunięte są względem siebie w przestrzeni o pewien kąt zależny od ilości par biegunów. Końce i początki uzwojeń stojana wyprowadza się do tabliczki zaciskowej silnika. Rdzeń stojana, odpowiednio sprasowany, osadzony jest w kadłubie i zamocowany śrubami lub klinami. Kadłub wykonany jest jako odlew żeliwny, może też być spawany. Z obu stron kadłuba znajdują się tarcze łożyskowe zaopatrzone w gniazda do umieszczania łożysk wału silnia.

Zasada działania

Silnik indukcyjny pracuje na zasadzie wzajemnego oddziaływania wirującego pola magnetycznego stojana i prądu wytworzonego w wirniku drogą indukcji elektromagnetycznej. Prądy sinusoidalne płynąc przez cewki, stojana przesunięte względem siebie w przestrzeni, wytwarzają pole magnetyczne wirujące z prędkością kątową zależną od częstotliwości zmian prądu (jest ona nazwana prędkością synchroniczną). Pole wirujące przecina pręty wirnika i wytwarza w nich prąd indukcyjny. Dzięki oddziaływaniu elektrodynamicznemu pola wirującego i prądu w klatce, wirnik zaczyna podążać za obracającym się polem magnetycznym. Prędkość wirnika musi być mniejsza od prędkości pola wirującego (dlatego mówimy o silniku klatkowym, że jest asynchroniczny) i musi mieć taką wartość aby prąd płynący w wirniku wytwarzał moment obrotowy wystarczający do pokonania sił hamujących. Gdyby wirnik osiągnął prędkość pola wirującego, wówczas pręty przestały być przecinane i znikłaby siła elektromotoryczna, a zatem prąd w wirniku. Zanik prądu w wirniku powodowałby zanik siły obracającej wirnik, a zatem zanik momentu obrotowego. Zanik momentu obrotowego powoduje, że wirnik zaczyna zwalniać. Wtedy pręty klatki znów będą przecinane przez pole wirujące, a więc pojawia się moment obrotowy. Różnicę, wyrażoną w procentach, między prędkością synchroniczną, a prędkością obrotową wirnika nazywamy poślizgiem silnika.

Specyfikacja badanego silnika:

• Pn=3000 [W]

• F=50 [Hz]

• In=6,6 [A]

• Un=220 [V]

• n_n=1420 [ obr/min]

• Cos()=0,81

Ist	P1[kW]	n	Q[kg]	L [cm]	M[Nm]	cos	P2[kW]	S
2,2	0,4	1410	0,5	12	0,1345	0,349909	0,33188	0,06
2,8	0,9	1390	1,5	16	0,4635	0,61859	1,12746	0,07333
3,9	1,5	1370	2	28	0,858	0,740193	2,05706	0,08667
4,6	1,95	1360	2,6	27	1,0894	0,815821	2,59277	0,09333
5,6	2,4	1330	3,4	26,5	1,4076	0,824786	3,27619	0,11333
6,6	2,9	1310	4,1	26,5	1,6974	0,845614	3,89129	0,12667

Otrzymane pomiary dla R=0

Otrzymane pomiary dla R=0,6

Ist	P1[kW]	n	Q[kg]	L[cm]	M[Nm]	cos	P2[kW]	S
2,2	0,35	1360	0,5	22	0,1845	0,306171	0,43911	0,09333
2,4	0,65	1295	1	17,7	0,326	0,521219	0,7388	0,13667
3	1,1	1160	2	17	0,638	0,70565	1,29514	0,22667
3,9	1,6	1040	3	16	0,927	0,789539	1,68714	0,30667
4,3	1,85	960	3,5	15,5	1,064	0,827983	1,78752	0,36
4,8	2,1	880	3,9	17	1,2441	0,841969	1,91591	0,41333

Otrzymane pomiary dla R=0,8

Ist	P1	n	Q[kg]	L[cm]	M[Nm]	cos	P2[kW]	S
2,2	0,4	1330	0,5	12	0,1345	0,349909	0,31305	0,11333
2,4	0,7	1200	1,2	17	0,3828	0,561313	0,80388	0,2
2,8	1	1120	1,2	27	0,5028	0,687322	0,98549	0,25333
3,6	1,4	940	1,6	32	0,7504	0,748417	1,23441	0,37333
4,3	1,8	780	2,2	33,5	1,0648	0,805605	1,45345	0,48
4,6	2	690	2,1	42	1,1949	0,83674	1,44284	0,54

Ostatecznie na podstawie pomiarów przedstawiamy charakterystyki[S(M);cos(M);P2(M)] silnika w zalezności od momentu obrotowego na wale silnika(M).

Wnioski

Wykresy wykonane na podstawie przeprowadzonych pomiarów są zgodne z charakterystykami roboczymi silników zamieszczonymi w literaturze. Należy zwrócić uwagę na niską wartość współczynnika mocy dla silnika, co potwierdza indukcyjny charakter tego odbiornika.