Laboratorium Elektrotechniki
Skład grupy: Agnieszka Zych, Krzysztof Ziółkowski, Rafał Rutkowski							Wydział WT Grupa 4.3
Data wyk. Ćwicz:		Numer ćwicz: 14		Temat ćwiczenia Silnik trójfazowy zwarty
Zaliczenie		Ocena		Data	Podpis

1. Wiadomości wstępne.

Silniki asynchroniczne trójfazowe dzięki swoim zaletom ruchowym, prostocie konstrukcji łatwej obsłudze są powszechnie stosowane w napędach przemysłowych i rolniczych. Silnik taki składa się ze stojana i łożyskowanego wirnika. Stojan tworzą sprasowane blach ze stali elektrotechnicznej prądnicowej uformowany w kształcie wydrążonego walca z wyciętymi na wewnętrznej części żłobkami i osadzony sztywno w kadłubie silnika najczęściej odlewanego z żeliwa. W żłobkach umieszcza się trzy uzwojenia fazowe ,rozmieszczone symetrycznie na obwodzie. Początki U, V, W i końce x, y, z są wyprowadzone na tabliczkę zaciskową. Odpowiednio łącząc początki i końce uzwojeń kojarzymy silnik w gwiazdę lub trójkąt.

Wirnik silnika składa się także ze sprasowanego pakietu blach prądnicowych z naciętymi żłobkami na części zewnętrznej. Żłobki wirnika i połączenia są zalewane zwykle aluminium. Pręty w żłobkach połączone pierścieniami tworzą tzw. klatkę stąd nazwa silnik trójfazowy zwarty. Silniki asynchroniczne z wirnikiem o żłobkach normalnych charakteryzują się dużymi prądami rozruchu I_r=5,5÷7,5I_n oraz posiadają stosunkowo małe momenty rozruchowe M_r≈0,8 M_n.

Silnik trójfazowy skojarzony w gwiazdę lub trójkąt działa dzięki temu że wytwarza wirujące pole magnetyczne , którego prędkość obrotowa względem stojana wyraża się wzorem:

gdzie:

f- częstotliwość napięcia zasilającego w Hz,

p- liczba par biegunów magnetycznych stojana ,

n_s- obroty pola wirującego w obr/min.

Wirujące pole magnetyczne przecinające pręty klatki wirnika indukuje w nich siły elektromotorycznej E₂, które powodują przepływ przez pręty prądu. Wzajemne oddziaływanie prądu I₂ w prętach klatki i wirującego pola magnetycznego na siebie, daje moment napędowy, który powoduje obrót wirnika w kierunku wirowania pola magnetycznego.

gdzie:

C_m.- stała wynikająca z danych konstrukcyjnych silnika,

φ- strumień magnetyczny,

ϕ₂-opóżnienie prądu I₂ względem E₂,

I₂-prąd w prętach klatki.

Wartość strumienia φ jest warunkowana wielkością napięcia fazowego uzwojeń stojana:

gdzie:

k_q1- wypadkowy współczynnik uzwojeń stojana.

2. Wykonanie ćwiczenia.

1. Dane znamionowe silnika.

Typ

P [kW]

U [V]

I [A]

n [obr/min]

cosϕ [-]

η [%]

Ir/In [-]

M.r/Mn [-]

M.max/Mn [-]

Mn [Nm]

Q [var]

sn [%]

AO100 Lli

2,2

380/220

5/8

1420

0,82

80,5

5

2,2

2,4

1,25

1745

5,33

2. Próba zwarcia pomiarowego

Połączenie uzwojeń stojana	Pomiary				Obliczenia
	Uz [V]	Iz [A]	F1 [Kg]	F2 [Kg]	Ir [A]	Mr [Nm]	IrY/IrΔ	IrΔ/In	MrY/MrΔ	MrΔ/Mn
w gwiazdę	80	5	4,8	5,9	13,75	8,98	0,31	3,21	1,54	1,2
w trójkąt	40	8	4,8	5,9	44	35,91

Obliczenia:

D=0,22m U_n=220 V I_N=8A

w trójkąt

w gwiazdę

Schemat układu badawczego.

3. Próba rozruch bezpośredniego.

L.p.	Połączenie w gwiazdę				Połączenie w trójkąt				IrśrΔ / Irśrgw	IrśrΔ/InΔ
		IAr [A]	ϑi [-]	Ir [A]	Irśr [A]	IAr [A]	ϑi [-]	Ir [A]			Irśr [A]
1	1,4	10	14	14,3	3,7	10	37	37,3			2,6	4,63
2	1,5	10	15			4	10				40
3	1,4	10	14			3,5	10				35

4. Porównanie wielkości charakteryzujących rozruch.

	IrT/IrG [-]	IrΔ / In	MrΔ / Mn
Dane znamionowe		5	2,2
Próba zwarcia	3,2	5,5	0,25
Próba rozruchu	2,61	4,66

5. Charakterystyka napięciowo-prądowa biegu jałowego

U [V]	80	120	160	200	220	240	260	280
I0 [A]	1,6	2,2	2,8	3,9	4,7	5,7	7,4	9,4

Wykres charakterystyki U=f(I₀)

dla U_n I_0% = 100% I ₀ = 4,75/8 *100% = 59,37%

dla I₀ = I_n U'_% =100% U' = 265/220 * 100% = 120%

6. Próba obciążenia.

L.p.	Pomiary					Obliczenia
		I [A]	Pw [W]	F1 [kG]	F2 [kG]	n [obr/min]	P1 [W]	F [N]	M [Nm]	P [W]	cosϕ [-]	η [%]	S [%]	Q [var]
1	4,7	60	0	0	1420	180	0	0	0	0,1	—	5,33	1781,96
2	5,3	340	2	5	1400	1020	29,43	3,24	474,77	0,505	46,54	6,67	1743,13
3	6	480	7	10,7	1390	1440	36,3	3,99	580,49	0,63	40,31	7,33	1775,53
4	6,8	620	4,8	14,5	1370	1860	95,16	10,47	1501,33	0,718	80,71	8,86	1803,55
5	7,4	720	6,8	17,1	1360	2160	101,04	11,11	1581,47	0,766	73,21	9,33	1812,67
6	8	800	6,6	18,1	1350	2400	112,82	12,34	1743,64	0,787	72,65	10	1880,73
7	9	920	6,6	19,2	1340	2760	123,61	13,6	1907,5	0,805	69,11	10,67	2034,61

P=3 P_w

Dane	I [A]	P [W]	N [obr/min]	cosϕ [-]	η [%]	Q [var]
Z tabliczki znamionowej	8	2200	1420	0,82	80,5	1745
Z pomiarów	8	1750	1370	0,79	80	1950

7. Praca nienaturalna.

Pomiary						Obliczenia
U [V]	I [A]	Pw [W]	F1 [kG]	F2 [kG]	n [obr/min]	P1 [W]	F [N]	M [Nm]	P [W]	cosϕ [-]	η [%]	S [%]	Q [var]
220	5	520	2,8	11,5	1280	1560	85,35	9,39	1257,76	0,66	80,63	14,67	1431,35

Rodzaj pracy	I [A]	P [W]	n [obr/min]	cosϕ [-]	η [%]	Q [var]
Naturalna	6,68	1257,76	1370	0,69	69	1760
Nienaturalna	5	1257,76	1280	0,66	80,69	1431,35

Obliczenia:

P=3 P_w

Wnioski:

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów i obliczeń możemy stwierdzić że przełącznik gwiazda/trójkąt jest ekonomicznym rozwiązaniem podczas rozruchu silników trójfazowych gdyż, dzięki niemu uzyskuje się trzykrotnie mniejszy prąd rozruchu, co minimalizuje obciążenie sieci elektrycznej, kosztem malejącego momentu rozruchowego.

Przy próbie rozruchu bezpośredniego stosunek prądu rozruchowego w przypadku połączenia w „trójkąt” do prądu rozruchowego w przypadku połączenia w „gwiazdę” wynosi 2,6. Teoretycznie stosunek ten powinien wynosić = 1,732. Rozbieżność pomiarów może być zlikwidowana w przypadku użycia specjalnych przyrządów pomiarowych.

Porównując iloraz I_r do I_n w przypadku pomiarów wynosi on 4,23,natomiast w danych znamionowych 5. Spowodowane jest to również zastosowaniem nieodpowiednich przyrządów pomiarowych.

N

L3

L3

L2

A

W

L2

y

z

x

L

K

L1

L1

u

y

v

z

w

x

u

v

w

l

k

Q_t

T

Q_b

A_r

Przełącznik

gwiazda / trójkąt

Tabliczka zaciskowa

silnika

Q

---