Wstęp teoretyczny.

Celem ćwiczenia jest poznanie najczęściej stosowanych metod rozruchu i hamowania silników indukcyjnych trójfazowych (klatkowych i pierścieniowych) oraz rozruchu silnika jednofazowego.

Silnik indukcyjny (asynchroniczny) składa się z nieruchomego stojana i obracającego się wirnika. Oba te elementy posiadają rdzenie wykonane z pakietów cienkich odizolowanych blach (aby zmniejszyć straty od prądów wirowych). Na wewnętrznej powierzchni stojana wycięte są żłobki, w których umieszczone jest uzwojenie trójfazowe. Uzwojenie to w zależności od napięcia sieci zasilającej oraz znamionowego napięcia silnika może być łączone w gwiazdę lub trójkąt.

W zależności od rodzaju uzwojenia wirnika rozróżnia się silniki:

- indukcyjne klatkowe (zwarte) - w ich wirniku, w żłobkach znajdują się nieizolowane pręty aluminiowe lub miedziane, połączone na obu końcach wirnika pierścieniami;

- indukcyjne pierścieniowe - wirnik jest uzwojony tak samo jak stojan. Jego uzwojenie jest połączone najczęściej w gwiazdę z końcami wyprowadzonymi do pierścieni ślizgowych, do których przylegają szczotki. Do uzwojenia wirnika przyłącza się rezystory zewnętrzne, które mogą służyć jako rozrusznik lub regulator prędkości obrotowej.

Silniki indukcyjne do sieci mają przyłączone uzwojenie stojana, natomiast uzwojenie wirnika nie mają połączenia elektrycznego z siecią - energia jest przenoszona na drodze indukcji elektromagnetycznej.

W wyniku dynamicznego oddziaływania wytworzonego przez stojan pola wirującego na prądy indukowane w uzwojeniach wirnika powstaje moment napędowy silnika:

c - stała zależna od parametrów konstrukcyjnych silnika.

Rozruch silnika indukcyjnego klatkowego obejmuje okres przejściowy od postoju do stanu pracy ustalonej. Możliwy jest tylko wtedy, gdy moment napędowy silnika przewyższa moment obciążenia na wale, czyli występuje tzw. moment dynamiczny. Decyduje on o czasie trwania rozruchu. Bezpośrednie uruchamianie powoduje przepływ dużego prądu rozruchowego i krótkotrwałe spadki napięcia w sieci zasilającej, które mogą zakłócać prace innych odbiorników. Z tego względu tylko w przypadku silników o mocy do kilku kilowatów stosuje się rozruch bezpośredni.

W celu zmniejszenia prądu pobieranego z sieci w chwili rozruchu stosuje się przełącznik gwiazda - trójkąt - następuje zmniejszenie napięcia na zaciskach uzwojenia stojana. Ten sposób rozruchowy stosuje się do silników o średniej mocy (do 15kW). Natomiast do silników o dużej mocy stosuje się rozruch za pomocą autotransformatora.

W rozruchu silników indukcyjnych pierścieniowych wykorzystuje się zwiększenie rezystancji w obwodzie wirnika, które powoduje zmniejszenie prądu w uzwojeniu wirnika w chwili rozruchu oraz zmniejszenie prądu pobieranego z sieci, przy jednoczesnym wzroście momentu rozruchowego. Rezystory wraz z urządzeniem przełączającym noszą nazwę rozrusznika.

Silniki jednofazowe posiadają wirnik klatkowy i stojan z uzwojeniem jednofazowym. Prąd przemienny, który przepływa przez uzwojenie stojana, wywołuje nieruchome pole magnetyczne w przestrzeni i sinusoidalne w czasie. Moment rozruchowy tego silnika jest równy zeru - jest to jego główna wada. Aby uzyskać wirujące pole magnetyczne oraz moment rozruchowy, silnik wyposaża się w dodatkowe uzwojenie - fazę rozruchową.

Do hamowania silników indukcyjnych trójfazowych używa się dwóch metod:

- hamowanie przeciwprądem - polega na zmianie kierunku obrotów pola wirującego silnika. Dokonuje się tego przez przełączenie dwóch dowolnych faz uzwojenia stojana. Czas hamowania jest bardzo krótki, a silnik po zatrzymaniu się zmienia kierunek wirowania.

- hamowanie prądem stałym - polega na tym, że po odłączeniu uzwojenia stojana od sieci trójfazowej zostaje ono podłączone do źródła prądu stałego, przy czym fazy stojana mogą być podłączone wg różnych układów. Hamowanie to jest mniej skuteczne od hamowania przeciwprądem ,ale jest łagodniejsze i po osiągnięciu prędkości obrotowej równej zeru nie zachodzi zmiana kierunku wirowania.

Badania laboratoryjne.

Dane znamionowe silnika indukcyjnego klatkowego

- moc 2,2kW

- napięcie fazowe i międzyprzewodowe 220 /380 V

- prąd przewodowy i prąd fazowy 8,8/5,1 A

- częstotliwość 50 Hz

- prędkość obrotowa 1425obr/min

- sprawność 1

- współczynnik mocy 0,80

Dane znamionowe silnika indukcyjnego fazowego

- moc 1,1kW

- napięcie fazowe i międzyprzewodowe 30/450 µF/V

- prąd przewodowy 7,2 A

- prędkość obrotowa 1370obr/min

- sprawność 1

- współczynnik mocy 0,93

Rozruch bezpośredni silnika indukcyjnego klatkowego

Rozruch silnika indukcyjnego jednofazowego

Hamowanie silnika indukcyjnego klatkowego

a) hamowanie przeciwprądem

b) hamowanie prądem stały

Lp.	Ih	th
		[A]	[s]
1	Hamowanie swobodne Ih = 0	17,01
2	1	8,59
3	1,5	6,22
4	2	4,67
5	2,5	4,17
6	3	3,69

Wnioski.

W pierwszej części zadania badaliśmy metodę bezpośredniego rozruchu silnika indukcyjnego klatkowego. Można zauważyć, że prąd pobierany z sieci, który wynosi 35 A, jest dużo większy od znamionowego prądu fazowego badanego silnika. Większy prąd rozruchowy może spowodować krótkotrwałe spadki napięcia w sieci zasilającej, co jest czynnikiem niekorzystnym dla ewentualnej pracy innych odbiorników. Jednak przy tym rodzaju silnika, o niezbyt dużej mocy, nie jest to zjawisko niebezpieczne.

Przy hamowaniu silnika przeciwprądem natężenie prądu pobieranego z sieci jest większe od prądu znamionowego. Jest także większy od prądu pobieranego z sieci przy rozruchu bezpośrednim tego samego silnika. Dzieje się tak, ponieważ silnik jest najpierw hamowany poprzez zmianę kierunku obrotów pola wirującego silnika, potem zaś silnik zmienia kierunek wirowania. Czas tego hamowania jest bardzo krótki.

Natomiast przy hamowaniu prądem stałym, jego czas zależy od wartości natężenia prądu hamowania. Im większy prąd, tym szybciej silnik zostaje zatrzymany. Różnica jest znaczna, ponieważ przy I_h = 0 (hamowanie swobodne) praca silnika została zahamowana po 17,01, natomiast przy natężeniu o 1A większym czas ten zmalał o połowę. Zaletą tej metody hamowania jest brak zmiany kierunku wirowania silnika.

---