3.Rezonans- reaktancja indukcyjna i pojemnościowa skompensują się wzajemnie. Oznacza to, że między napięciem zasilającym a prądem w obwodzie nie będzie przesunięcia fazowego - będzie się zachowywał tak jak gdyby miał tylko rezystancję.

Rezonans napięć - rezonans w obwodzie szeregowym R,L,C, występuje w obwodzie prądu sinusoidalnego, złożonego z elementów R, L, C, napięcia na cewce i kondensatorze są równe, lecz mają przeciwne zwroty, czyli: Ul+Uc=0

Rezonans prądów może wystąpić w równoległym połączeniu elementów R,L,C, czyli Il+Ic=0, a zgodnie z II prawem Kirhchoffa: I=Ir+Ic+Il więc I=Ir

4.Poprawa współczynnika mocy

Mały współczynnik mocy nie pozwala generatorowi wytworzyć mocy czynnej o wartości zbliżonej do jego mocy znamionowej; ponadto powoduje zwiększenie strat energii elektrycznej

Naturalnym sposobem poprawy mocy jest właściwy dobór mocy silników asynchronicznych uwzględniający zapotrzebowana moc oraz wyłączenie silników spawarek transformatorów itp. urządzeń pracujących na biegu jałowym.

Sztuczne środki: polegają na kompensacji mocy biernej indukcyjnej przez równoległe włączani do odbiorników o charakterze indukcyjnym urządzenia pobierającego moc bierną pojemnościową. Takim urządzeniem jest kondensator lub przez wzbudzona maszyna synchroniczna (kompresor synchroniczny).

5. Obwody elektryczne trójfazowe prądu sinusoidalnego

Obwód trójfazowy zawiera 3 sprzężone źródła napięcia sinusoidalnego, mające tę samą częstotliwość, których przebiegi czasowe są przesunięte względem siebie w fazie o kąt 120˚

Napięcie trójfazowe wytwarza się w prądnicach trójfazowych. Prądnica taka działa w ten sposób, że stały strumień magnetyczny wytwarzany przez elektromagnes, zwany magneśnicą, wiruje ze stałą prędkością kątową ω wskutek działania pochodzącego z zewnątrz momentu obrotowego. Magneśnica jest zasilana z zewnątrz, poprzez szczotki i pierścienie na wale prądnicy trójfazowej, z małej niezależnej prądnicy prądu stałego, zwanej wzbudnicą. W żłobkach strojenia prądnicy trójfazowej są umieszczone trzy uzwojenia, przesunięte względem siebie o kąt 120˚.

Układ trójfazowy nieskojarzony: jeżeli 3 uzwojenia prądnicy wykorzysta się jako niezależne źródła napięcia (niestosowane bo za duża liczba obwodów do podłączenia)

Układy skojarzone otrzymuje się przez połączenie odpowiednich początków lub zakończeń uzwojeń prądnicy, dzieli się na gwiazdowe i trójkątowe.

Układ trójfazowy połączony w gwiazdę - końce faz prądnicy lub odbiornika połączone razem. Wspólny węzeł faz zarówno prądnicy jak i odbiornika nazywa się punktem neutralnym. Jeżeli punkty neutralne prądnicy i odbiornika nie są połączone to mamy układ trójfazowy gwiazdowy trójprzewodowy a jeżeli są połączone przewodem to jest trójfazowy gwiazdowy czteroprzewodowy

Układ w trójkąt - koniec jednej fazy prądnicy lub odbiornika, będzie połączony z początkiem drugiego i tak dalej

Moc czynna wytwarzana przez trójfazowe źródło napięcia lub pobierana przez odbiornik trójfazowy jest równa sumie mocy poszczególnych faz. P=Pa+Pb+PC= UaIbcosφa + UbIbcosφb + UcIccosφc

Wzór na moc czynną układów trójfazowych symetrycznych, taki sam dla obu połączeń

U- napięcie między fazowe; I- prąd liniowy; φ- kąt przesunięcia fazowego między napięciem a prądem.

Na tabliczkach znamionowych silników podana jest zwykle moc użyteczna czyli iloczyn mocy i sprawności

Moc bierna: wytwarzana przez trójfazowe źródło napięcia lub pobierana przez odbiornik trójfazowy jest równa sumie mocy biernych poszczególnych faz Q=Qa+Qb+Qc=

Moc pozorna: S=sqrt(P^2+Q^2)=3UfIf=sqrt(3)UI

8. Mierniki magnetoelektryczne

Do ich działania wykorzystuje się siłę działającą na umieszczony w polu magnetycznym przewód, w którym płynie prąd elektryczny. Budowę przyrządu magnetoelektrycznego przedstawia rysunek. Część nieruchomą przyrządu stanowi magnes trwały, między którego nabiegunnikami umieszczony jest walec wykonany z materiału ferromagnetycznego miękkiego. Kształt nabiegunników i usytuowanie walca są takie, że dwie szczeliny powietrza między nimi mają jednakową szerokość, co zapewnia stałą wartość indukcji magnetycznej B w obu szczelinach.. W szczelinach umieszczone są dwa boki cewki osadzonej na osi, do której przymocowana jest wskazówka. Moment zwracający wytwarzają dwie spirale sprężynki, które umożliwiają także doprowadzenie prądu do ruchomej cewki. Jeżeli przez uzwojenie cewki płynie prąd I, to na każdy bok cewki znajdujący się w szczelinie miedzy nabiegunnikiem a walcem z materiału ferromagnetycznego działa siła ( wg wzoru): F = z B I l gdzie: z - liczba zwojów cewki B - indukcja magnetyczna w szczelinie praktycznie równomierna wzdłuż całego nabiegunnika, I - długość boku cewki znajdującego się w polu magnetycznym.

AMPEROMIERZE: Cewki mierników magnetoelektrycznych ze względu na wymaganą lekkość wykonywane są z cienkiego drut, umożliwiającego przepływ małego prądu. Miernikiem magnetoelektrycznym można, więc mierzyć bezpośrednio prąd o wartości nieprzekraczającej wartości dopuszczalnej prądu do uzwojenia jego cewki. Amperomierze wyskalowane w mikroamperach nazywane są odpowiednio mikroamperomierzami i miliamperomierzami. Amperomierze o czułości mniejszej od jednego mikroampera nazywane są galwanometrami.

OMOMIERZE - miernik do pomiaru rezystancji, w takim omomierzu szeregowo z ustrojem magnetoelektrycznym włączone jest źródło napięcia stałego E rezystor dodatkowy RS oraz rezystancja mierzona Rx

WOLTOMIERZE: Jeżeli szeregowo z ustrojem miernika magnetoelektrycznego zostanie włączony opornik szeregowy R_d , to prąd płynący przez ustrój I =U/R_u+R_d

Podziałka takiego miernika jest równomierna i może być wyskalowana bezpośrednio w jednostkach napięcia.

Przy pomiarze napięć w o wartościach większych od zakresu woltomierza magnetoelektrycznego zakres woltomierza rozszerza się przez włączenie szeregowane z woltomierzem mającym rezystancję R_u rezystora R_d. Dla n- krotnego rozszerzenia zakresu woltomierza

n=U`/U=I(R_v+R_p)/IR_v

11. Mierniki elektromagnetyczne

Istnieją dwa rozwiązania konstrukcyjne mierników elektromagnetycznych- mierniki jednordzeniowe oraz mierniki dwurdzeniowe.

W mierniku jednordzeniowym rdzeń z materiału ferromagnetycznego w postaci blaszki, mającej specjalnie wyprofilowany kształt, przytwierdzonej do osi, jest wyciągany do wnętrza cewki, jeżeli płynie przez nią prąd elektryczny. Powoduje to odchylenie organu ruchomego.

W mierniku dwurdzeniowym wewnątrz cewki cylindrycznej znajdują się dwie blaszki ( rdzenie) z materiału ferromagnetycznego - nieruchoma i ruchom połączona z osią, a na której osadzona jest wskazówka. Pod wpływem pola magnetycznego wytworzonego przez prąd płynący w cewce obie blaszki magnesują się jednoimienne i odpychają z siłą zależną od pola magnetycznego cewki. Powstający w ten sposób moment napędowy jest funkcją kwadratu prądu cewki. Ponieważ i² ma wartość zawsze dodatnią, niezależnie od zwrotu prądu, wiec przyrząd elektromagnetyczny może mierzyć zarówno prąd stały, jak i przemienny. Wychylenie wskazówki przyrządu określa zależność:

α = k f(i²).

Mierniki elektromagnetyczne są stosowane do pomiaru napięć, których wartości zawarte są w przedziale od kilku do kilkuset woltów, i prądów o wartości od kilkudziesięciu mikroamperów do kilkudziesięciu amperów.

12. Pomiar rezystancji metoda techniczna i mostkową:

Metoda techniczna pomiaru rezystancji polega na włączaniu rezystancji do źródła napięcia stałego oraz na pomiarze prądu płynącego przez tą rezystancje za pomocą amperomierza i pomiarze napięcia na zaciskach rezystora za pomocą woltomierza. Wyniki tych pomiarów umożliwiają obliczenie wartości rezystancji za pomocą prawa Ohma.

Metoda mostkowa-

Należy do dokładnych metod pomiaru rezystancji. Rezystor R1 - ma mierzona

Rezystancje i 3 rezystory wzorcowe gdzie R2 nastawny- dekadowy. Przekątna BD czworoboku jest gałąź zawierająca galwanometr i rezystor R. W przekątnej AC włączona jest bateria akumulatorów, jako źródło zasilające Mostek Wheatstone'a znajduje się w równowadze, gdy przez gałąź BD nie płynie prąd na tej gałęzi znajduje się galwanometr

13. Pomiary mocy i energii w układach trójfazowych

Do pomiaru mocy czynnej w układzie trójfazowym czteroprzewodowym używa się 3 watomierzy włączonych miedzy poszczególne przewody fazowe a przewód neutralny. Każdy z tych trzech watomierzy mierzy moc jednej fazy. Moc czynna pobierana przez odbiorniki jest równa sumie mocy poszczególnych faz

.

W przypadku układu trójfazowego symetrycznego do pomiaru mocy czynnej wystarczy jeden watomierz gdyż moce czynne poszczególnych faz są jednakowe. W tym przypadku moc czynna określa się mnożąc wskazania tego watomierza przez 3.

W układach trójfazowych trójprzewodowych wystarcza 2 watomierze reszta jest jak wyżej.

14. Zasada działania transformatora jednofazowego.

Transformator jest statycznym urządzeniem elektrycznym, w którym następuje przekazywanie energii elektrycznej z jednego obwodu do drugiego za pośrednictwem pola magnetycznego. Transformator jest zbudowany z uzwojeń sprzężonych magnetycznie. Transformator składa się z rdzenia, w którym zamyka się strumień magnetyczny oraz umieszczonych na nim uzwojeń. Ze względu na liczbę uzwojeń rozróżnia się transformatory: dwuuzwojeniowe, wielouzwojeniowe oraz jednouzwojeniowe (autotransformatory). Uzwojenie, do którego doprowadza się energię, nazywa się uzwojeniem pierwotnym, a uzwojenie, z którego odprowadza się energie nazywa się wtórnym.

Na rdzeń z materiału ferromagnetycznego stanowiący zamkniętą drogę dla strumienia magnetycznego nawinięte są dwa uzwojenia odizolowane od siebie oraz od rdzenia. Uzwojenie pierwotne, mające z1 zwojów, dołączone jest do źródła prądu sinusoidalnego, U1, który płynąc przez te zwoje wywołuje sinusoidalny strumień magnetyczny w rdzeniu transformatora. Uzwojnienie drugie wtórne ma Z2 zwojów. W uzwojeniach pierwotnym z1 i wtórnym z2 zmiany strumienia magnetycznego sprzęgającego oba uzwojenia indukują siły elektromotoryczne o wartościach: e1= Z1d(ϕ)/dt
e2= Z2d(ϕ)/dt.

15. Straty mocy w transformatorze

Straty mocy czynnej związane z przenoszeniem energii elektrycznej przez transformator można w przybliżeniu ograniczyć do strat mocy w rdzeniu oraz do strat mocy w uzwojeniach a) Straty mocy w rdzeniu:

∆PFe=∆Ph+∆Pw

gdzie
(k- współczynnik proporcjonalności, B-indukcja magnetyczna, f- częstotliwość) straty wywołane przez sinusoidalnie zmienny strumień płynący w rdzeniu który powoduje cykliczne przemagnesowanie materiału ferromagnetycznego rdzenia. Związane są z tym straty histerezowe.

 związane z indukowaniem się i przepływem prądów wirowych. Celem ograniczenia tych strat rdzenie transformatorów wykonuje się z cienkich blach pokrytych lakierem elektroizolacyjnym lub przedzielonych cienka warstwo izolacji elektrycznej.

b)Straty mocy w uzwojeniach transformatora:

związane z przepływem prądu I1 przez uzwojenie o rezystancji R1 oraz prądu I2 przez uzw. o rez. R2. wg prawa Joule'a Lenza

16.Podstawowe stany pracy transformatora

Stan jałowy

Stanem jałowym transformatora jest stan, w którym uzwojenie pierwotne połączone jest ze źródłem napięcia sinusoidalnego, a uzwojenie wtórne jest otwarte. Prąd płynący przez uzwojenie pierwotne nazywa się wtedy prądem stanu jałowego I₀. Występujące straty mocy czynnej spowodowanej histerezą i prądami wirowymi można przedstawić jako: ΔP_Fe=E₁I_hw stąd I_hw= ΔP_Fe/E₁.

Całkowity prąd stanu jałowego I₀ jest równy I₀= I_μ+I_hw. Strumienie rozproszenia są proporcjonalne do prądów, które je wzbudzają. Są z tymi prądami w fazie, tak jak w idealnej cewce powietrznej. Oddziaływanie ich można przedstawić po stronie pierwotnej cewek indukcyjnych o reaktancjach X₁ i X₂. Napięcie zasilające jest zgodne z II prawem Kirhchoffa U₁=E₁+RI₀+jX₁I₀. Prąd stanu jałowego transformatora I₀ jest kilkanaście razy mniejszy od prądu znamionowego uzwojenia pierwotnego I_ln, tak, ze spadki napięcia i na rezystancji i reaktancji indukcyjnej uzwojenia pierwotne są znikomo małe. Więc przyjmuje się, że U₁=E₁. Przekładnie transformatora jest równa stosunkowi napięcia zasilającego uzwojenie pierwotne do napięcia na zaciskach wtórnego w stanie jałowym υ=E₁/E₂=U₁/U₂.

Transformator w stanie jałowym nie oddaje mocy. Pobrana ze źródła moc przeznaczona jest prawie w całości na pokrycie strat magnetycznych w rdzeniu.

Stan obciążenia

Jeśli do zacisków uzwojenia wtórnego zostanie włączony odbiornik o impedancji Z_odb to pod wpływem siły elektromotorycznej E₂ w obwodzie tym popłynie prąd I₂. Dla obwodu tego zgodnie z drugim prawem Kirchhoffa można napisać bilans napięć: E₂=R₂I₂+jX_zI₂+U₂, gdzie U₂=Z_odbI₂ jest napięciem na zaciskach odbiornika. Natomiast dla obwodu pierwotnego analogiczne równanie ma postać: U₁=E₁+R₁I₁+jX₁I₁.

Równaniom tym odpowiadają 2 niezależne obwody elektryczne.

Analizę pracy transformatora najlepiej przeprowadza się wykorzystując wykres wektorowy prądów i napięć występujących w transformatorze przy dowolnym obciążeniu włączonym do zacisku uzwojenia wtórnego.

Schemat zastępczy umożliwia skonstruowanie wykresu wektorowego napięć i prą­dów w transformatorze przy dowolnym obciążeniu włączonym do zacisków uzwojenia wtórnego. Jeśli transformator jest zasilany napięciem o stałej wartości skutecznej, a zmienia się impedancja odbiornika, wówczas zmianie ulega napięcie na zaciskach uzwojenia wtórnego Zależność napięcia na zaciskach uzwo­jenia wtórnego od prądu obciążenia I₂ dla odbiorników mających różny współczyn­nik mocy.

Stan zwarcia

Stan zwarcia jest takim stanem transformatora, w którym zaciski wtórne są zwarte, a uzwojenie pierwotne jest zasilane napięciem. W praktyce stan zwarcia jest stanem awaryjnym. Rezystancje uzwojeń R_l, R₂ oraz ich reaktancje rozproszeniowe X₁, X₂ są tak małe, że po zasileniu uzwojenia pierwotnego napięciem znamionowym w uzwo­jeniach płynęłyby bardzo duże prądy. W wyniku zamiany energii elektrycznej na ciepło w uzwojeniach, w bardzo krótkim czasie nastąpiłoby przegrzanie izolacji uzwo­jeń i zniszczenie transformatora.

Parametrem charakteryzującym dany transformator jest tzw. znamionowe napięcie zwarcia. Jest to wartość napięcia zasilającego uzwojenie pierwotne transformatora, gdy przy zwartych zaciskach uzwojenia w uzwojeniu pierwotnym płynie prąd równy prądowi znamionowemu I_ln czyli Uz=ZzI_ln gdzie Zz- impedencja zwarcia transformatora.

17. Budowa transformatora trójfazowego.

Rdzeń transformatora trójfazowego składa się z 3 kolumn połączonych na obu końcach jarzmami. Uzwojenia pierwotne i wtórne poszczególnych faz umieszczone są na kolumnach rdzenia. Jeżeli uzwojenia pierwotne zostaną przyłączone do symetrycznej trójfazowej sieci zasilającej, to w uzwojeniach tych popłyną prądy, które wytworzą w kolumnach rdzenia strumienie magnetyczne, proporcjonalne do wartości prądów. Ponieważ w dowolnej chwili suma trzech wartości chwilowych prądów w układzie trójfazowym symetrycznym jest równa zeru, więc również suma wartości chwilowych trzech strumieni poszczególnych kolumn, dopły­wających do jarzma jest równa zeru. Uzwojenia pierwotne i wtórne transformatora mogą być łączone w gwiazdę, w trójkąt, lub w zygzak - tylko uzwojenie dolnego napięcia.

Wynikiem różnych połączeni transformatorów trójfazowych jest występowanie przesunięć fazowych między napięciami pierwotnymi a wtórnymi. Można użyć 3 transformatorów jednofazowych do dużych mocy lub jeden trójfazowy.

18. Praca równoległa transformatorów

Do transformowania energii elektrycznej zamiast 1 transformatora o mocy dobranej do obciążenia szczytowego stosuje się 2 transformatory mniejsze połączone równolegle. W warunkach zmiennego obciążenia układ taki stwarza możliwość zmniejszenia strat energii związanej z jej transformacją. Przy obciążeniu szczytowym pracują 2 transformatory. W dolinie obciążenia wyłącza się jeden z transformatorów a zostawia włączony ten, dla którego aktualne obciążenie zbliżone jest do optymalnego.

Należy podkreślić, że układ transformatorów współpracujących równolegle zwiększa pewność zasilania energią elektryczną; jeśli przyjąć, że jeden ze współpracujących transformatorów uszkodzi się, drugi może nadal zasilać sieć rozdzielczą.

Aby współpraca transformatorów była optymalna, tak pod względem technicz­nym jak i ekonomicznym, transformatory pracujące równolegle muszą mieć:

-Warunek pierwszy - jednakowych grup połączeń - wynika z koniecznej zgod­ności w fazie sił elektromotorycznych odpowiadających sobie faz transformatorów przeznaczonych do pracy równoległej.

- Warunek drugi - jednakowe przekładnie - wynika z koniecznej równości sił elektromotorycznych indukowanych w uzwojeniach dolnego napięcia. Przy niejed­nakowych przekładniach te siły elektromotoryczne nie są równe

-Warunek trzeci -jednakowe napięcia zwarcia - wynika z faktu, że transforma­tory współpracujące równolegle obciążają się odwrotnie proporcjonalnie do ich napięć zwarcia, tzn. transformator mający mniejsze napięcie zwarcia przyjmuje na siebie większe obciążenie.

- Warunek czwarty - stosunek mocy znamionowych współpracujących równole­gle transformatorów nie większy od 3 - związany jest z sumowaniem się prądów oddawanych przez transformatory.

19. Budowa transformatorów energetycznych

W czasie pracy transformatora energetycznego w rdzeniu i w uzwojeniach wy­dziela się dużo ciepła,. dlatego trzeba go chłodzić, aby nie zniszczyć izolacje uzwojeń. Zazwyczaj transfor­matory energetyczne są chłodzone mineralnym olejem izolacyjnym, ale mogą też być chłodzone powietrzem.

W transformatorze energetycznym uzwojenia są umieszczone na kolumnach rdzenia, których przekrój zbliżony jest do koła. Uzwojenia mogą być wykonywane jako walcowe (cylindryczne) bądź krążkowe. Przy uzwojeniach cylindrycznych bliżej rdzenia umieszcza Się uzwojenie dolnego napięcia. Natomiast przy uzwojeniu krążkowym krążki cewek będące częściami uzwojeń dolnego i górnego napięcia są ułożone na przemian i przedzielone przegrodami z materiału elektroizolacyjnego!!!

W celu ułatwienia odprowadzania ciepła z transformatora do otoczenia ścianki kadzi transformatora wykonuje się z blachy falistej lub mocuje się radiatory ruro­we, umożliwiające grawitacyjną (lub wymuszoną przez specjalną pompę) cyrkula­cję oleju.

20. Autotransformator

Wynikiem zastosowania w transformatorze dwóch oddzielnych uzwojeń - pierwotnego i wtórnego - jest elektryczne odizolowanie od siebie obwodów- pierwotnego i wtórnego. Jeśli takie odizolowanie nie jest wymagane, można zbudować transformator mający jedno uzwojenie, którego część jest wspólna dla obwodów pierwotnego i wtórnego. Taki transformator nazywamy autotransformatorem. W części wspólnej uzwojenia autotransformatora (z₂) przy obciążeniu płynie prąd o wartości I₁-I_2.

21. Przekładniki napięciowe i prądowe

W pomiarach wielkości elektrycznych w obwodach prądu przemiennego, w których występuje wysokie napięcie lub duży prąd bądź względy bezpieczeństwa wymagają aby miernik był odizolowany od obwodu w którym występuje wysokie napięcie powszechnie stosuje się transformatory małej mocy zwane przekładnikami przekładniki umożliwiają pomiar napięcia prądu mocy i energii elektrycznej przyrządami o niewielkich zakresach pomiarowych i o stosunkowo nieskomplikowanej budowie. W zależności od przeznaczenia przekładniki dzielimy na prądowe- wykorzystywane w pomiarach prądu i napięciowe przekładniki - wykorzystywane w pomiarach napięcia. Przekładniki prądowe są to jednofazowymi transformatorami małej mocy, zasilanymi po stronie pierwotnej wysokim napieciem którego wartości jest mierzona.

22. Zasada działania silnika indukcyjnego.

Zasadę tą można przedstawić na uproszczonym modelu silnika, złożonym ze stojana, w którym układ cewek zasilany z sieci trójfazowej wytwarza pole magnetyczne wirujące, i wirnik, którym jest przymocowana do ułożyskowanej osi ruchomej cewka mająca uzwojenie zwarte. Gdy pole magnetyczne wirujące z prędkością kątową ω_p zbliża się z prędkością liniową v_p do początkowo nieruchomej ramki, wskutek zmiany tego pola magnetycznego w prętach ramki równoległych do osi obrotu indukują się siły elektromotoryczne. Kierunek i zwrot siły F można wyznaczyć z reguły lewej dłoni e = Blv

gdzie B - wart. indukcji magnetycznej

l - dł. pręta

v - względna prędkość pręta ramki

23 Analiza pracy silnika indukcyjnego.

a) stan jałowy silnika pierścieniowego przy otwartym obwodzie wirnika

Po włączeniu uzwojeń stojana do sieci zasilającej powstaje w nim wirujące pole magnetyczne ten strumień magnetyczny napotyka na swojej drodze szczeliny powietrzne miedzy rdzeniem stojana a rdzeniem wirnika. Szczeliny te stanowią duży opór magnetyczny w porównaniu z oporem magnetycznym rdzeni wykonanych z materiałów ferromagnetycznych. Dlatego prąd magnesujący potrzebny do wytworzenia w silniku indukcyjnym magnetycznego strumienia wirującego jest relatywnie znacznie większy niż w transformatorze. Wirnik pierścieniowy silnika pozostaje nieruchomy ponieważ uzwojenia nie tworzą obwodu zamkniętego.

Uzwojenie faz stojana silnika indukcyjnego są wykonane tak, że rozkład indukcji magnetycznej wzdłuż obwodu szczeliny między stojanem a wirnikiem jest w przybliżeniu sinusoidalny, więc w uzwojeniach stojana i wirnika indukują się sinusoidalne zmienne siły elektromotoryczne.

b) Praca silnika indukcyjnego

Po zamknięciu obwodu wirnika, np. przez bezpośrednie połączenie (zwarcie) zacisków uzwojenia wirnika na tabliczce zaciskowej, siła elektromotoryczna indukowana w wirniku wywołuje w zamkniętym obwodzie wirnika prąd, który wytwarza elektromagnetyczny moment napędowy. Jeżeli wartość tego momentu jest większa od momentu obciążenia, to wirnik zaczyna się obracać, a jego prędkość wzrasta do wartości, przy której moment elektromagnetyczny jest równy momentowi obciążenia. Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej wirnika maleje względna prędkość obrotowa pola i wirnika. Jednocześnie pulsacja i częstotliwość siły elektromotorycznej indukowanej w wirniku maleją.

Prądy, które płyną w uzwojeniach stojana i wirnika, wywołują oprócz strumienia głównego również strumienie rozproszenia, skojarzone z uzwojeniami, które je wytworzyły, powodują powstanie w uzwojeniach indukcyjnych spadków napięcia na indukcyjnościach rozproszeniowych L1 i L2.

Uzwojenie stojana i wirnika nie są połączone elektrycznie, lecz sprzężone magnetycznie, jak uzwojenie pierwotne i wtórne w transformatorze.

24. Charakterystyki mechaniczne silników indukcyjnych

Moc mechaniczna wytwarzana przez 1 fazę silnika przy poślizgu s jest równa mocy wydzielonej na rezystorze

Dla silnika trójfazowego, moc całkowita jest 3 razy większa, czyli zgodnie z prawem Joule'a-Lenza

Wzór ten pozwala wyznaczyć na podstawie zmierzonych parametrów silnika indukcyjnego zależności momentu elektromagnetycznego M silnika od poślizgu s, albo po skorzystania z wzoru s=np-n/np, zależność momentu elektromagnetycznego silnika od jego prędkości obrotowej n. Ta ostatnia zależność nazywa się charakterystyką mechaniczną silnika. Typowy przebieg charakterystyki mechanicznej silnika indukcyjnego, którego uzwojenia są zwarte, przedstawiono na poniższym wykresie. Wykres przechodzi przez 3 ćwiartki: I,II,IV.

Ćwiartki:

I-zakres pracy silnikowej. Moment elektromagnetyczny jest zgodny ze zwrotem wirowania wirnika, jest więc momentem napędowym. Po włączeniu nieruchomego wirnika do sieci wytwarza on moment rozruchowy. Pod jego wpływem wirnik silnika zaczyna zwiększać swoją prędkość obrotową. Jednocześnie wzrasta moment elektromagnetyczny. Jego wartość maksymalna nazywa się momentem krytycznym. Po pewnym czasie prędkość silnika i sprzęgniętej z nim maszyny napędzanej ustala się na poziomie, przy którym występuje różność momentu elektromagnetycznego i momentu hamującego(momentu obciążenia)

Jeżeli zamiast obciążyć silnik indukcyjny momentem hamującym, dostarczy się do niego moment mechaniczny, to silnik zacznie zwiększać swoją prędkość obrotową i w pewnej chwili osiągnie prędkość synchroniczną z polem magnetycznym wirującym, a następnie ją przekroczy (ćw. IV) Wtedy nastąpi zmiana zwrotu momentu elektromagnetycznego silnika na przeciwny. Moment wytwarzany przez silnik będzie skierowany przeciwnie do kierunku wirowania wirnika i stanie się momentem hamującym. - zakres pracy prądnicowej lub hamowanie odzyskowe

II-wirnik obraca się przeciwnie do kierunku wirowania pola magnetycznego. Zwrot wytwarzanego przez silnik momentu elektromagnetycznego jest skierowany przeciwnie do zwrotu prędkości wirowania wirnika. Moment ten jest więc momentem hamującym. Ten rodzaj hamowania nosi nazwę hamowania przeciw włączeniem/przeciwprądem.

Charakterystyki zakresu pracy silnikowej:

-moment znamionowy oraz prędkość znamionowa i poślizg znamionowy

-moment, prędkość, poślizg krytyczny (oznaczenie k)

-przeciążalność

-moment rozruchowy

Moment znamionowy oblicza się:

25. Metody rozruchu silników indukcyjnych

Rozruch silnika jest procesem przejście wirnika od stanu postoju do stanu pracy ustalonej, w danych warunkach zasilania i obciążenia. Może on nastąpić tylko wówczas, gdy wytworzony przez silnik w chwili włączenia moment rozruchowy będzie większy od momentu hamującego. Mr>Mh Następuje gdy moment rozruchu > moment hamujący. Początkowo moment rozruchowy silników indukcyjnych jest mniejszy od momentu znamionowego. Czas rozruchu zależy od wartości momentu dynamicznego a także od momentów wszystkich sprzężonych ze sobą części wirujących silnika o napędzanej maszyny.

Bezpośrednie włączenie do sieci stojana silnika indukcyjnego klatkowego lub pierścieniowego ze zwartymi uzwojeniami wirnika powoduje, że silnik te pobierają znaczny prąd. Duży prąd pobierany przy rozruchu rzez silnik indukcyjny z sieci zasilającej powoduje w niej duże spadki napięć, których konsekwencją jest pogorszenie parametrów energii elektrycznej dostarczonej do wszystkich odbiorników zasilanych tą siecią. Natomiast w samym silniku przepływ dużego prądu rozruchowego powoduje wyzwolenie się w uzwojeniach dużej energii w postaci ciepła.

a)uruchamianie silnika indukcyjnego klatkowego jest bezpośrednie włączenie do sieci, stosowane w przypadku silników do 3kW. W przypadku silników mających moc od 3kW zmniejszenie prądu rozruchu uzyskuje się przez obniżenie napięcia doprowadzającego do uzwojeń faz silnika w czasie rozruchu. Wiąże się to oczywiście ze zmniejszeniem momentu rozruchu silnika. Najczęściej są stosowane następujące metody obniżenia napięcia na zaciskach uzwojeń faz stojana silnika: zastosowanie przełącznika gwiazda-trójkąt; zastosowanie autotransformatora rozruchowego.

Inny sposób polega na tym ze uzwojenie stojana łączy się z siecią poprzez dodatkowe rezystory albo dławiki jest stosowany sporadycznie. W zależności od rodzaju zastosowanego autotransformatora napięcie podnosi się płynie skokowo.

b)Uruchomienie silników indukcyjnych pierścieniowych w silniku indukcyjnym pierścieniowym prąd rozruchu może być zmniejszony przez włączenie w obwód uzwojenia wirnika dodatkowych rezystorów tworząc tzw. rozrusznik. Rozrusznik jest układem 3 kilkustopniowych rezystorów zmontowanych we wspólnej obudowie i połączonych w gwiazdę. Zaciski rozrusznika (gwiazdy) są połączone z uzwojeniami faz wirnika za pośrednictwem 3 szczotek przylegających do pierścieni wirnika.

Uzwojenie stojana silnika połączone jest w trójkąt uzwojenie wirnika natomiast w układzie gwiazdowym połączone jest z czterostopniowym rozrusznikiem. Pierwszy stopień wirnika odpowiada największej rezystancji, a czwarty stopień odpowiada całkowicie wyłączonemu rozrusznikowi. Przełączenie poszczególnych stopni rozrusznika odbywa się za pomocą specjalnej dźwigni.

Rozrusznik jest przystosowany tylko do rozruchu silnika i długotrwałe obciążenie jego rezystorów może spowodować ich uszkodzenie.

Przed przystąpieniem do rozruchu silnika, zanim uzwojenia stojana zostaną włączone do sieci zasilającej, należy sprawdzić czy dźwignia rozrusznika jest cofnięta w swoje pierwotne położenie, odpowiadające otwartemu obwodowi wirnika. Wtedy włącza się napięcie zasilające stojan. Następnie za pomocą dźwigni przesuwa się zestyki ruchome rozrusznika. W początkowej fazie rozruchu są włączone wszystkie sekcje rozrusznika.

---