POLITECHNIKA WROCŁAWSKA Laboratorium z elektrotechniki	Temat: Silnik z polem wirującym		Nr. ćw.: 8
Marcin Kopka Rafał Hostyński Wojciech Łuczkiewicz	Data wykonania ćwiczenia: 1998-XII-21 pon.godz.11^15 Wydział Mechaniczno-Energetyczny	Data i ocena:
Uwagi prowadzącego:

1.Cel ćwiczenia:

Poznanie zasady działania i podstawowych właściwości silników trójfazowych oraz zasady wytwarzania pola wirującego

2.Schemat układu pomiarowego:

Przyrządy pomiarowe

• woltomierz magnetoelektryczny prądu stałego (nr.6109.90) LM-3 kl.0,5 - zakresy (0,3; 0,75; 1,5; 3, 75;15; 30; 75; 150; 300 ;750)[V]; oporność wewnętrzna woltomierza: 1000 ΩV

• amperomierz elektromagnetyczny prądu zmiennego (nr. 1106.92) LE-3 kl.0,5 ∼ zakresy (0,6; 1,2; 3; 6; 12; 30)[A]; dopuszczalne zakresy częstotliwości: 40 ... 50 ... 400 Hz

Oporność wewnętrzna:

I [A]	0,6	1,2	3	6	12	30
RA[mΩ]	320	140	32	12	4,4	1,65

• częstościomierz (Timer Counter 20 MHz) typu C549A zakres (00000-99999) imp./sec. 1 obrót = 6 impulsów zakres (0 - 999999) obr./min.

• rezystor obciążający R_o = 105 [Ω]

• zestaw sprzężonych mechanicznie silników małej mocy , zasilaczy i elementów regulujących

3.Część praktyczna - wykonanie ćwiczenia

a) Pomiar rezystancji wirnika wykazał wartość 4,3 Ω

b) Dokonano pomiarów prądu I_w wirnika, jego obrotów n przy zwartym obwodzie wirnika jedynie przy pomocy amperomierza ( wyniki ujęto w tabeli l.p.1)

c) Wykonano pomiary I_w oraz n włączając w obwód wirnika różne wartości oporności R ( wyniki ujęto w tabeli l.p.2 do l.p. 8)

l.p	R	Rz=Rw+RA+R	Zakres	Iw	ΔIw	n	S	M
	Ω	Ω	A	A	A	obr/min	%
1 2 3 4 5 6 7 8	0 5 10 15 20 25 30 35	4,3+0,0032=4,332 4,3+0,32+5=9,62 4,3+0,32+10=14,62 4,3+0,32+15=19,62 4,3+0,32+20=24,62 4,3+0,32+25=29,62 4,3+0,32+30=34,62 4,3+0,32+35=39,62	3 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6	2,200 0,350 0,330 0,340 0,330 0,340 0,330 0,330	0,025 0,005 0,005 0.005 0,005 0,005 0,005 0,005	1790 2750 2600 2470 2340 2230 2080 1950	40,3 8,3 13,3 17,6 22,0 25,6 30,6 35,0	0,1655 0,0450 0,0380 0,0409 0,0388 0,0425 0,0391 0,0392

d) Obliczono wartość błedu pomiarowego prądu wg wzoru

ΔI_w=
[A]

oraz poślizgu :

n₀ - liczba obrotów pola wirującego,

n - liczba obrotów wirnika,

s - poślizg,

W silniku trójfazowym przy częstotliwości 50Hz i pojedynczych uzwojeniach trójfazowych wektor indukcji wykonuje n₀ = 50*60 = 3000 [obr/min]

Błąd pomiaru obrotów wynosi : Δn=
10 [obr/min]

e) Wykres obrotów wirnika w funkcji oporności włączonej w obwód wirnika.

f) Obciążono silnik generatorem prądu stałego i wykonano pomiaru I_w i n dla przypadków pokazanych w poniższej tabeli oraz pomiar napięcia na generatorze.

l.p.	Włączone elementy	Rz [Ω]	n [obr/min]	Iw [A]	zakres	ΔIw [A]	U [V]	M [Nm]
1	Przypadek 1 R=5Ω - w obwodzie wirnika RA=0,32Ω - zakres 0,6 (obwód generatora rozwarty)	9,62	2880	0,34	0,6	0,005	-	0,0885
2	Przypadek 2 R=5Ω - w obwodzie wirnika RA=0,32Ω - zakres 0,6 Woltomierz w obwodzie generatora	9,62	2780	0,52	0,6	0,005	44 ±1	0,1130
3	Przypadek 3 R=5 - w obwodzie wirnika RA=0,14Ω - zakres 1,2 Woltomierz + R0=105Ω w obwodzie generatora	9,44	2490	1,08	1,2	0,01	34 ±1	0,2063

g) Obliczono moment obrotowy silnika wg wzoru:

gdzie:

R_z - rezystancja zastępcza obwodu wirnika równa sumie: R_z=R_w+R_A+R

I_w - wartość skuteczna prądu wirnika;

h) Przy obciążeniu wirnika silnika opornością R=5Ω po ustaleniu się obrotów na wysokości 2750 obr/min dokonano jego odłączenia podając w jego miejsce napięcie stałe U₃ (jak pokazano na schemacie pomiar.)

Manewr ten spowodował wzrost obrotów wirnika do wartości n=n₀=3000 obr/min

i). Pracujący silnik z obrotami równymi 3000 obr/min obciążono generatorem z włączonym w jego obwód najpierw woltomierzem, a następnie opornikiem R_o =105Ω. Obciążenie to nie spowodowało zmian obrotów silnika napędowego.

4.Wnioski:

Zmiana R - oporności w obwodzie wirnika silnika asynchronicznego powoduje zmiany jego prędkości obrotowej wg. zależności przedstawionej na wykresie n = f(R) a więc i zmianę poślizgu.

Zależność ta jest nieliniowa, a obroty są zawsze mniejsze od synchronicznych co jest warunkiem pracy silnika asynchronicznego gdyż musi występować indukowanie prądu w obwodzie stojaka.

Potwierdzeniem tego faktu jest rozwarcie obwodu wirnika co powoduje natychmiastowe zatrzymanie się wirnika. Podobnie zmiana dwóch faz zasilających silnik spowoduje zmianę kierunku wirowania pola magnetycznego, a więc i zmianę kierunku wirowania wirnika.

Indukowany prąd oddziałując z wirującym polem wytwarza moment mechaniczny, którego wielkość jest równoważona z momentem na wale silnika (np. tarcie lub obciążenie). Zmieniając oporność R w obwodzie wirnika silnika można uzyskać różną wartość momentu napędowego

co wynika również ze wzoru

Dodatkowa rezystancja R zmniejsza jednak sprawność silnika, może być stosowana w praktyce jedynie do rozruchu w urządzeniach wymagających dużego momentu rozruchowego, a następnie jest wyłączana. W praktyce stosuje się klatkę rozruchową tzn. uzwojenia z prętów aluminiowych które spełniają wymogi ciężkiego rozruchu, nie wpływając ujemnie w trakcie normalnej pracy.

Z przeprowadzonego ćwiczenia p.3f. wynika że wzrost obciążenia silnika (opornikiem na generatorze) powoduje wzrost momentu obrotowego silnika przy jednoczesnym zmniejszeniu jego obrotów zmniejszenie się obrotów powoduje oczywiście zmniejszenie się napięcia wytworzonego na generatorze.

Z przeprowadzonego doświadczenia wynika że silnik asynchroniczny może pracować jako silnik synchroniczny, wystarczy dokonać rozruchu asynchronicznego, a następnie przy obrotach zbliżonych do synchronicznych podać napięcie stałe na uzwojenie wirnika, wówczas wirnik stanie się elektromagnesem i będzie synchronicznie obracany przez pole wirujące z prędkością synchroniczną (zależną od częstotliwości i konstrukcji silnika). Stała prędkość obrotowa jest cechą bardzo korzystną w praktyce, szczególnie że nie zmienia się ona wraz ze zmianą obciążenia napędzanego przez silnik generatora co wykazało ćwiczenie 3i.

4

---