Laboratorium Maszyn Elektrycznych Temat: Badanie silnika indukcyjnego 1-fazowego.
Rok akademicki: 2008/2009 Wydział Elektryczny Studia dzienne Grupa: E4
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	260	1495
2	240	1495
3	220	1495
4	200	1495
5	180	1494
6	160	1492
7	140	1491
8	120	1488
9	100	1483
10	80	1472
11	60	1441

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	280	6,6	0,19	0
2	0,5	1492	355	6,8	0,24	78,12
3	1	1490	435	7	0,28	156,02
4	1,5	1488	530	7,1	0,34	233,72
5	2	1485	610	7,2	0,39	310,99
6	2,5	1482	700	7,4	0,43	387,96
7	3	1480	780	7,5	0,47	464,92
8	3,5	1476	860	7,7	0,51	540,94
9	4	1472	950	8	0,54	616,54
10	4,5	1470	1050	8,3	0,58	692,67
11	5	1468	1070	8,4	0,58	768,59
12	5,5	1465	1170	8,8	0,60	843,72
13	6	1461	1250	9,1	0,62	917,91
14	6,5	1456	1370	9,5	0,66	990,99
15	7	1452	1480	10	0,67	1064,29
16	7,5	1448	1560	10,4	0,68	1137,17

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
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

Tabela 4. U₁=150V

Lp.	T	n	PG	IG	cosϕ	Pmech
	[Nm]	[Obr/min]	[W]	[A]	[-]	[W]
1	0	1492	160	3,8	0,28	0
2	0,5	1485	250	4	0,42	77,75
3	1	1477	350	4,4	0,53	154,66
4	1,5	1468	470	5	0,63	230,58
5	2	1462	540	5,4	0,67	306,18
6	2,5	1451	650	6,2	0,70	379,84
7	3	1444	740	6,9	0,71	453,61
8	3,5	1427	860	7,9	0,73	522,98
9	4	1411	980	9	0,73	590,99

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	76	10	260	4,8	310
2	62	8	200	4,1	190
3	47	6	120	3,2	100
4	31	4	50	2,4	40

Z pomiarów wynika, że prawa Kirchhoffa pozornie nie są spełnione. W pomiarze 3 suma prądów 3,2 i 5,6 nie daje wartości 6, jednakże jeżeli weźmiemy pod uwagę wartości zespolone wynik znacznie mniej odbiega od ideału. Dokładny wynik otrzymamy obliczając prąd ze wzoru: I = I_G + I_R, I_G = I_Gm • (cosφ_G+jsinφ_G), a I_R = I_Rm • (cosφ_R+jsinφ_R). Z racji, że pomiary nie były dokładne i zawierają liczne błędy takie dokładne liczenie nie jest potrzebne. Wystarczy skorzystać ze wzoru: $I = \sqrt{\left( I_{R} \right)^{2} + \left( I_{G} \right)^{2}}$. I tak dla punktu 3:

$$I = \sqrt{\left( I_{R} \right)^{2} + \left( I_{G} \right)^{2}} \rightarrow 6 = \sqrt{\left( 3,2 \right)^{2} + \left( 5,6 \right)^{2}} \rightarrow 6 \approx 6,4498$$

Błąd pomiędzy 6, a 6,4 jest do zaakceptowania ze względu na niedokładność pomiarów.

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

Wykres 4. Zależność T, P_el, I, cosϕ, n = f(P_mech) dla U=150 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. Na początku silnik bardzo hałasuje, jednak, gdy jego prędkość osiąga około 80% prędkości znamionowej silnik zaczyna pracować cicho. Dowiedzieliśmy się, że jest to sprawka uzwojenia rozruchowego, które jest potrzebne do rozruchu silnika. Podczas normalnej pracy za sprawą siły odśrodkowej uzwojenie zostaje odłączone i silnik nie potrzebuje już dodatkowego uzwojenia.

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, 4. Dodatkowo każda tabela jest reprezentowana przez inne napięcia zasilające silnik. Tabela 2 to napięcie znamionowe wynoszące 220V. Tabela 2 to napięcie 180V, a w Tabeli 3 badaliśmy zachowanie silnika dla 150V. Graficzne przedstawienie wyników pomiarów znajduje się na wykresach: 2, 3 i 4. 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. We wszystkich wykresach pozwoliłem sobie skorzystać z logarytmicznej osi rzędnych, by funkcje były bardziej czytelne.

Ćwiczenie zostało przeprowadzone szybko i bez kłopotów. Do sprawozdania dołączona jest oryginalna kartka z wynikami pomiarów.