BADANIE SILNIKA JEDNOFAZOWEGO

BADANIE SILNIKA JEDNOFAZOWEGO
Wprowadzenie
Silnik indukcyjny jednofazowy ma wirnik o uzwojeniu klatkowym i stojan o uzwojeniu
jednofazowym.
Warunkiem wytworzenia momentu rozruchowego w maszynie indukcyjnej jest istnienie
pola magnetycznego wirującego. W tym celu w stojanie silnika jednofazowego umieszcza się
dwa uzwojenia w 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 nazywane jest głównym lub
roboczym (zaciski oznaczone U1 – U2). Uzwojenie główne jest zasilane przez cały czas pracy
silnika. Drugie z uzwojeń nazywa się uzwojeniem pomocniczym rozruchowym (zaciski
oznaczone R1 – R2) i jest załączone tylko w chwili rozruchu.
JeŜeli prądy płynące w tych dwu uzwojeniach będą przesunięte względem siebie w fazie o kąt
~ 90°, to powstanie pole wirujące kołowe (ściśle pole eliptyczne). W chwili zasilenia
nieruchomego silnika napięciem pojawi się więc moment rozruchowy. PoniewaŜ oba
uzwojenia silnika indukcyjnego jednofazowego zasilane są z tej samej sieci jednofazowej, dla
osiągnięcia przesunięcia fazowego między prądami w obwód uzwojenia rozruchowego
(pomocniczego) włącza się szeregowo impedancje dodatkową – kondensator.
Po dokonaniu rozruchu uzwojenie rozruchowe, przystosowane do pracy krótkotrwałej,
zostaje samoczynnie odłączone przez:
- wyłącznik odśrodkowy po osiągnięciu przez silnik około 80% prędkości znamionowej,
- 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.
Schemat układu pomiarowego
Schemat połączeń układu pomiarowego silnika jednofazowego z kondensatorem
rozruchowym C odłączanym przez wyłącznik odśrodkowy W.
Przebieg ćwiczenia:
1. Pomiar rezystancji uzwojeń
Wykonujemy pomiary rezystancji uzwojenia głównego i uzwojenia rozruchowego za pomocą
multimetru lub metodą techniczną.
2. Badanie na biegu jałowym
Charakterystyka biegu jałowego jest to zaleŜność mocy pobieranej i prądu od napięcia przy
biegu jałowym.
Pomiary rozpoczynamy przy napięciu większym o kilka procent (ok. 10%) od znamionowego
i stopniowo napięcie obniŜamy do takiej wartości, przy której prędkość obrotowa (kątowa)
pozostała jeszcze praktycznie stała (do ok. 1/3 Un). Na podstawie otrzymanych wyników
pomiarów wyznaczamy cos ϕ0.
Tabela pomiarów:
l.p.
U0
-
V
Z pomiarów
I0
P0
A
W
Z obliczeń
n
cosϕ
ϕ
Q0
∆Pcu
∆PFe+m
∆Pm
∆PFe
obr/m
-
VAr
W
W
W
W
Wzory do obliczeń:
cos ϕ =
P0
U0I0
Q0 = U 0 I 0 sin ϕ
∆PCu = I 02 Rg
∆PFe +m = P0 − ∆PCu
∆PFe = ∆PFe + m − ∆Pm
∆Pm -moc mechaniczna wyznaczona przy uŜyciu ekstrapolacji
( )
zaleŜności ∆PFe + m = f U 02
Na podstawie wyników wykreślić charakterystyki: I0, P0, Q0, cosϕ10 = f(U)
3. Badanie w stanie zwarcia
Próbę zwarcia wykonuje się przy zahamowanym wirniku silnika (tzn. prędkość kątowa ω = 0)
i przeprowadza się w celu wyznaczenia parametrów nieruchomej maszyny w funkcji napięcia
zasilającego. Przy próbie zwarcia dokonuje się pomiaru prądu, strat mocy oraz momentu
rozruchowego początkowego.
Pomiary wykonujemy przy kilku wartościach prądu w zakresie od 0 do wartości znamionowej
In. NaleŜy wykonywać je moŜliwie szybko, poniewaŜ chłodzenie nieruchomego silnika jest
utrudnione. Na podstawie otrzymanych wyników pomiarów wyznaczamy cos ϕz.
Tabela pomiarów:
L.P.
U
Ip
Ig
-
V
A
A
Z pomiarów
Iz
Pp
A
Pg
W
W
Na podstawie wyników wykreśla się charakterystyki:
Pz
W
cosϕz
Mr
Nm
-
I z , P z ,cos ϕ z , Mr =f( U ),
4. Próba obciąŜenia
Celem próby obciąŜenia jest wyznaczenie charakterystyki ruchowej silnika. Podczas próby
dokonuje się pomiaru prądu, mocy pobranej, momentu uŜytecznego i prędkości obrotowej.
Silnik zasilamy napięciem znamionowym i obciąŜamy hamownicą. Pierwszy pomiar
dokonujemy na biegu jałowym (M = 0), a następne przy wzrastającym momencie obciąŜenia.
Kończymy przy obciąŜeniu silnika nie przekraczającym 1,2 Pn. Poślizg wyznaczamy z
pomiarów prędkości obrotowej, cos ϕ z pomiarów prądu, napięcia i mocy pobranej. Moc
mechaniczną uŜyteczną (moc na wale) wyznacza się ze wzoru: Pmu = M * ω. Sprawność
silnika określamy sposobem bezpośrednim metodą hamowania przez pomiar momentu
uŜytecznego Mu, prędkości obrotowej n oraz mocy pobranej z sieci P.
Tabela pomiarów:
Lp.
U
V
Wzory do obliczeń:
I
A
P
W
cos ϕ
-
Mu
Nm
Pmu
W
n
η
obr/min
%
P
2πn
P
cos ϕ =
η = mu
60
UI
P
Na podstawie wyników wykreśla się charakterystyki: n, I, P, Pmu, η, cosϕ = f(Mu)
Pmu = M u ω
ω=