POLITECHNIKA LUBELSKA

WYDZIAŁ MECHANICZNY

Laboratorium elektrotechniki i elektroniki

SPRAWOZDANIE

Temat ćwiczenia: nr 4 Maszyny prądu zmiennego	Kierunek studiów:  Mechanika i Budowa Maszyn
Wykonał: Bubicz Piotr	Grupa: MD 102.1A

Maszyny elektryczne prądu zmiennego można podzielić na jednofazowe i trójfazowe silniki, prądnice i transformatory. Silnik to maszyna przetwarzająca energię elektryczną w mechaniczną. Prądnica to maszyna przetwarzająca energię mechaniczną w elektryczną. Transformator to maszyna służąca do zmiany wartości napięcia elektrycznego za pośrednictwem zmiennego pola magnetycznego, wykorzystująca zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Działanie silnika oparte jest na zjawisku oddziaływania siły mechanicznej na przewodnik przewodzący prąd i umieszczony w polu magnetycznym. W silniku indukcyjnym siła mechaniczna działa na prąd indukowany w uzwojeniu twornika pod wpływem wirującego pola magnetycznego wytworzonego przez uzwojenie wzbudzenia. Działanie prądnicy oparte jest na indukowaniu napięcia w przewodniku poruszającym się w polu magnetycznym lub w przewodniku nieruchomym, który jest obejmowany przez zmienne w czasie pole magnetyczne. Źródłem pola magnetycznego w maszynach są magnesy trwałe lub uzwojenia nawinięte na rdzeniach magnetycznych i przewodzące prąd. Rdzenie maszyn prądu zmiennego wykonywane są najczęściej w postaci pakietowanej (warstwy blachy przedzielone izolatorem) ponieważ zmienny strumień magnetyczny indukuje w rdzeniu tzw. prądy wirowe, zwiększając jego temperaturę. Podstawowe uzwojenia w maszynach wirujących prądu zmiennego nazywane są uzwojeniem wzbudzenia i uzwojeniem twornika. Pierwsze z nich jest źródłem pola magnetycznego, natomiast w drugim indukuje się (tworzy) napięcie oraz działa siła mechaniczna na płynący przez nie prąd. Uzwojenia transformatora określa się jako pierwotne i wtórne. Wśród maszyn wirujących prądu zmiennego wprowadza się podział na:

- silniki asynchroniczne (indukcyjne) (1-fazowe (klatkowe) i 3-fazowe (klatkowe i pierścieniowe))

- prądnice synchroniczne 3-fazowe

- silniki synchroniczne 1-fazowe i 3-fazowe

- silniki komutatorowe szeregowe 1-fazowe

Wirniki silników asynchronicznych obracają się z prędkością mniejszą od prędkości wirującego pola magnetycznego, a wirniki silników synchronicznych wirują z prędkością równą prędkości pola magnetycznego. Wirniki silników komutatorowych osiągają większe prędkości obrotowe od rotorów silników indukcyjnych i synchronicznych. Maszyny z komutatorem posiadają także większy moment rozruchowy.

1. Badanie jednofazowego silnika indukcyjnego klatkowego (stan obciążenia)

Układ elektryczny połączono zgodnie ze schematem zamieszczonym poniżej (rys. 1). Następnie ustawiono znamionowe napięcie zasilania silnika. Regulowano obciążenie silnika poprzez zmianę prądu obciążenia prądnicy napędzanej przez silnik, w dopuszczalnych wartościach dla prądnicy i silnika. Wyniki pomiarów zapisano w tabeli 1.

Rys. 1. Schemat układu do badania silnika prądu przemiennego

Tabela 1

Dane znamionowe silnika: P=180 [W] U=220 [V] I=2,4 [A]
Napięcie silnika Us [V]
219
219
219
217
216
216
216
216
216

Przykładowe obliczenia:

cosφ₀=$\frac{P}{I*U}$ cosφ₀=$\frac{632}{4*216} = 0,73$

η = $\frac{\text{Pp}}{\text{Ps}}*100\%$ η = $\frac{100}{380}*100\% = 26,31\%$

2. Badanie jednofazowego silnika komutatorowego poprzez regulację napięciową i regulację mocy Połączono układ elektryczny zgodnie ze schematem zamieszczonym na rysunku 2. Regulowano napięcie i przeprowadzono pomiary podstawowych wielkości elektrycznych. Wyniki pomiarów zapisano w tabeli 2. Następnie przeprowadzono próbę działania silnika z regulatorem mocy. Wyniki pomiarów zapisać w tabeli 2.

Rys. 2. Schemat układu do badania silnika prądu przemiennego (stan jałowy)

Tabela 2

Dane znamionowe silnika:
Regulacja napięciowa
Regulacja mocy (regulatorem)

Przykładowe obliczenia:

cosφ₀=$\frac{P}{I*U}$ cosφ₀=$\frac{228}{2,3*220} = 0,45$

3.Badanie transformatora jednofazowego

Zmierzono rezystancję uzwojeń badanego transformatora, wyniki pomiarów wpisano do tabeli 3

Tabela 3

R1	R2
Ω	Ω
3,4	0,8

Próba stanu jałowego.

Połączono obwód elektryczny według schematu z rysunku 3. Zmieniając
autotransformatorem napięcie zasilające, przeprowadzono próbę stanu jałowego

Wyniki pomiarów i obliczeń zestawiono w tabeli 4. Następnie wykreślono na wykresach charakterystyki I₀=f(U₂), ∆P_o= f(U₂), cosφ₀=f(U₂).

Rys. 3. Schemat układu pomiarowego do próby stanu jałowego

Tabela 4

Lp.	U1	U2	I0	∆P0	S0	cosφ0	Iocz	Iµ	υu
	V	V	A	W	V·A	-	A	A	-
1	220	13,2	0,23	19	50,600	0,375	0,086	0,213	16,667
2	195	11,7	0,18	15	35,100	0,427	0,077	0,163	16,667
3	184	10,9	0,15	14	27,600	0,507	0,076	0,129	16,881
4	160	9,5	0,12	10	19,200	0,521	0,063	0,102	16,842
5	135	8	0,1	7	13,500	0,519	0,052	0,086	16,875

Przykładowe obliczenia:

S₀=V₁*I₀ S₀=220*0,23=50,6A I_u=$\sqrt{{I_{0}}^{2} - {I_{\text{ocz}}}^{2}}$ I_u=$\sqrt{{0,23}^{2} - {0,086}^{2}}$=0,213A

cosφ₀=$\frac{P0}{S0}$ cosφ₀ = $\frac{19}{50,6}$= 0,375 υ_u=$\frac{U1}{U2}$ υ_u=$\frac{220}{13,2}$=16,667

I_ocz=I₀* cosφ₀ I_ocz=0,23*0,375=0,086A

Wykres 1

Wykres 2

Wykres 3

Próba stanu zwarcia

Połączono obwód elektryczny według schematu z rysunku 3.. Zwiększano napięcie zasilające autotransformatorem. Wyniki pomiarów i obliczeń zestawiono w tabeli 5. Wykreślono wykresy charakterystyki I₁ = f(U_z), ∆P_Z = f{U_z), cosφ_z=f(U_z).

Rys. 4 Schemat układu pomiarowego do próby stanu zwarcia.

Tabela 5

Lp.	I2	In	∆P2=∆PCu	Ulz	υlz	cosφlz	uz
	A	A	W	V	-	-	%
1	0,11	1,46	0	2,3	13,27	0	1,02%
2	0,2	2,55	0,5	4,1	12,75	0,61	1,82%
3	0,34	5,35	3	8,9	15,74	0,99	3,96%
4	0,5	7,9	6	13,3	15,8	0,9	5,91%
5	0,7	10,95	11,5	18,5	15,64	0,89	8,22%
6	0,84	13,3	17	23,1	15,83	0,88	10,27%
7	1,08	16,65	27	29	15,42	0,86	12,89%

Wykres 4

Wykres 5

Wykres 6

Próba obciążenia

Połączono obwód elektryczny według schematu z rysunku 4. Regulując rezystorem wartość prądu uzwojenia wtórnego odczytano wskazania mierników. Wyniki pomiarów i obliczeń zestawionoć w tabeli 6. Wykreślono na wykresach charakterystyki U₂ =f(P₂), η= f(P₂), cosφ₂ = f(P₂).

Rys 5. Schemat układu pomiarowego do próby obciążenia.

Tabela 6

Lp.	I1	I2	P1	P2	U1	U2	cosφ1	cosφ2	∆P	η
	A	A	W	W	V	V	-	-	W	%
1	0,39	3,4	66	50	220	13,4	0,75	1,1	16	75,6
2	0,49	5,43	94	80	220	13,3	0,85	1,12	14	85,1
3	0,6	7,48	122	100	220	13,1	0,9	0,102	22	81,96
4	0,8	10,34	159	130	220	13	0,88	0,97	29	81,76

Wykres 7

Wykres 8

Wykres 9

Wnioski

Próba biegu jałowego maszyn elektrycznej prądu zmiennego pozwala na określenie strat mocy w żelazie.

Stratą mocy jest przemagnesowanie rdzenia i prądy wirowe w rdzeniu.

Straty są proporcjonalne do kwadratu natężenie prądu U₂.

Próba zwarcia umożliwia określenie strat czynnych, straty w żelazie są pomijane. Prąd zwarcia jest proporcjonalny do napięcia zwarcia (I₂=$\frac{U_{2}}{R_{2}})$.

Straty czynne są zależne od kwadratu prądu I₂

Próba obciążenia umożliwia określenia sprawności maszyny.

Przy stałym napięciu, sprawność zależny od obciążenia i współczynnika mocy podczas stanu jałowego sprawność równa się 0.

Maszyny elektryczne maja największą sprawność.