POLITECHNIKA POZNAŃSKA Laboratorium Maszyn Elektrycznych Temat: Badanie silnika indukcyjnego 1-fazowego.
Rok akademicki: 2008/09 Wydział Elektryczny Elektrotechnika Studia dzienne magisterskie Grupa E-3
Uwagi:

1. Przebieg ćwiczenia.

Warunkiem wytworzenia momentu rozruchowego w maszynie indukcyjnej jest istnienie pola magnetycznego wirującego. W tym celu w silniku jednofazowym umieszcza się dwa uzwojenia o osiach przesuniętych w przestrzeni, zwykle o 90° elektrycznych, przy czym pomiędzy prądami przepływającymi przez te uzwojenia musi istnieć przesunięcie fazowe.

W silniku indukcyjnym jednofazowym jedno z uzwojeń nazwane jest głównym lub roboczym – zaciski oznaczone U1 i U2. Uzwojenie główne jest zasilane przez cały czas pracy silnika. Drugie z uzwojeń może być również zasilane przez cały czas i wówczas nazywane jest uzwojeniem pomocniczym pracy – Z1 i Z2. To drugie uzwojenie może być też załączone tylko w chwili rozruchu i wtedy nazywa się uzwojeniem pomocniczym rozruchowym – R1 i R2.

Ponieważ oba uzwojenia silnika indukcyjnego jednofazowego zasilane są z tej samej sieci jednofazowej, dla osiągnięcia przesunięcia fazowego między prądami o obwód uzwojenia pomocniczego włącza się impedancję dodatkową.

Po dokonaniu rozruchu uzwojenie rozruchowe, przystosowane do pracy krótkotrwałej, zostaje samoczynnie odłączone przez:

- wyłącznik odśrodkowy po osiągnięciu przez silnik około 80% prędkości znamionowej lub

- wyłącznik elektromagnetyczny, jeśli w wyniku wzrostu prędkości obrotowej zmaleje prąd przepływający przez uzwojenie główne.

Zmianę kierunku wirowania silnika uzyskuje się przez zmianę kierunku przepływu prądu w jednym z uzwojeń.

Dane znamionowe silnika:

częstotliwość: 50 Hz;

prąd: I=10 [A];

napięcie: U=220~ [V];

prędkość wirowania: n=1440 obr/min;

moc: P=1,1 kW;

R_G=1,4 [Ω];

R_R=6,5 [Ω];

2. Przebieg ćwiczenia.

Schemat połączeń:

2.1. Próba stanu jałowego.

Tabela 1.

………… Lp.	Z pomiarów	Z obliczeń
	U1	n
	[V]	[Obr/min]
1	220	1490
2	200	1490
3	180	1495
4	160	1493
5	140	1492
6	120	1490
7	100	1485
8	80	1477
9	60	1453

Następnym punktem było sprawdzenie jak silnik zachowuje się przy obniżonym napięciu zasilania. Wyniki obserwacji zestawione są w poniższych tabelach:

Tabela 2. U₁=220V

Lp.	T	n	PG	IG	cosϕ	Pmech
	[Nm]	[Obr/min]	[W]	[A]	[-]	[W]
1	0	1495	260	6,8	0,17	0,00
2	1	1490	400	6,9	0,26	156,02
3	2	1483	500	7	0,32	310,58
4	3	1479	720	7,5	0,44	464,61
5	4	1475	840	7,9	0,48	617,80
6	5	1460	1100	8,6	0,58	764,40
7	6	1459	1270	9,4	0,61	916,65
8	7	1452	1450	10,2	0,65	1064,29
9	7,5	1444	1640	11	0,68	1134,03

Tabela 3. U₁=180V

Lp.	T	n	PG	IG	cosϕ	Pmech
	[Nm]	[Obr/min]	[W]	[A]	[-]	[W]
1	0	1493	200	4,8	0,23	0,00
2	0,5	1490	290	4,9	0,33	78,01
3	1	1485	370	5,1	0,40	155,50
4	1,5	1480	450	5,4	0,46	232,46
5	2	1476	540	5,6	0,54	309,11
6	2,5	1470	650	6,1	0,59	384,82
7	3	1465	730	6,5	0,62	460,21
8	3,5	1458	840	7,1	0,66	534,35
9	4	1456	900	7,4	0,68	609,84
10	4,5	1450	1000	7,9	0,70	683,25
11	5	1440	1080	8,5	0,71	753,93

Ponieważ dla każdego przypadku zasilania należało obliczyć moment, użyliśmy wzoru: $T_{w}^{*} = T_{N}\left( \frac{U^{*}}{U_{N}} \right)^{2}$

$${T_{N} = 9,55 \bullet \frac{P}{n} = 9,55 \bullet \frac{1100}{1440} = 7,3}{T_{w}^{*} = T_{N}\left( \frac{U^{*}}{U_{N}} \right)^{2} = 7,3 \bullet \left( \frac{180}{220} \right)^{2} = 4,88 \approx 5\ \left\lbrack \text{Nm} \right\rbrack}$$

2.2. Próba zwarcia.

W tej próbie należy unieruchomić silnik.

	Wzbudzenie	Główny obwód
Lp.	U	I	PR	IR	PG
	[V]	[A]	[P]	[A]	[P]
1	72	10	240	4,8	300
2	60	8	180	4	180
3	46	6	110	3,1	100
4	30	4	50	2,1	40

Prąd obliczamy ze wzoru: $I = \sqrt{\left( I_{R} \right)^{2} + \left( I_{G} \right)^{2}}$.

Dla punktu 4

$$I = \sqrt{\left( I_{R} \right)^{2} + \left( I_{G} \right)^{2}} \rightarrow 6 = \sqrt{\left( 2,1 \right)^{2} + \left( 3,5 \right)^{2}} \rightarrow 4 \approx 4,08$$

Dla punktu 1

$$I = \sqrt{\left( I_{R} \right)^{2} + \left( I_{G} \right)^{2}} \rightarrow 6 = \sqrt{\left( 4,8 \right)^{2} + \left( 9,6 \right)^{2}} \rightarrow 10 \approx 10,73$$

Powyższe obliczenia wskazują na poprawność metody oraz niedokładność pomiaru co skutkuje rozbieżnością w wynikach.

3. Opracowanie wyników pomiarów.

Wykres 1. Zależność P, I, cosϕ = f(U)

Wykres 2. Zależność T, P_el, I, cosϕ, n = f(P_mech) dla U=220 V

Wykres 3. Zależność T, P_el, I, cosϕ, n = f(P_mech) dla U=180 V

4. Wnioski

Podczas ćwiczenia zapoznaliśmy się z silnikiem indukcyjnym jednofazowym. Po spisaniu jego wartości znamionowych i zmierzeniu rezystancji uzwojeń przystąpiliśmy do wykonywania ćwiczenia. W pierwszej kolejności wykonaliśmy rozruch by zapoznać się z jego właściwościami. Następnym punktem było zbadanie silnika w stanie jałowym. Wyniki pomiarów zawarte są w Tabeli 1. Później obciążaliśmy silnik momentem. Wyniki znajdują się w tabelach 2, 3. Dodatkowo każda tabela jest reprezentowana przez inne napięcia zasilające silnik. Tabela 2 to napięcie znamionowe wynoszące 220V. Tabela 2 to napięcie 180V. Wyraźnie widać, że charakterystyki są proporcjonalne do siebie i każda krzywa ma bardzo podobny kształt do swojej odpowiedniczki z innej wartości zasilania. Wszystkie wartości (T, P_el, I, cosϕ, n) są wyznaczone w funkcji mocy mechanicznej P_mech. Wykres 1 to zależność pomiędzy mocą P, prądem I i cosϕ w funkcji napięcia, które było przez nas regulowane.