BADANIE SILNIKA INDUKCYJNEGO KLATKOWEGO TRÓJFAZOWEGO

  1. Wstęp

W maszynach elektrycznych, podobnie jak w transformatorze, wykorzystane jest prawo indukcji elektromagnetycznej

. (1)

Modelem silnika indukcyjnego może być zwój wirujący ze stałą prędkością kątową w kierunku zależnym od kierunku przepływającego przez niego prądu. Praca maszyny asynchronicznej trójfazowej oparta jest na zasadzie oddziaływania między wirującym polem magnetycznym, które wywołane jest trójfazowym zasilaniem uzwojeń stojana, a prądami powstałymi w uzwojeniach wirnika. W silniku asynchronicznym wirnik obraca się z prędkością , natomiast prędkość wirującego pola magnetycznego stojana wynosi

(2)

gdzie:

- częstotliwość pola wirującego stojana równa częstotliwości sieciowej,

- liczba par biegunów pola stojana zależna od sposobu nawinięcia uzwojeń stojana.

Gdyby , to nie wystąpiłaby zmienność strumienia w czasie i siła elektromotoryczna w wirniku byłaby równa zero. Koniecznym więc warunkiem działania maszyny asynchronicznej jest . Gdy , to maszyna asynchroniczna pracuje jako silnik, natomiast gdy - jako prądnica. W maszynie asynchronicznej wirnik obraca się w stosunku do wirującego pola stojana z prędkością . Dlatego powstające w wirniku siły elektromotoryczne charakteryzują się tzw. Częstotliwością równą

,

gdzie oznacza poślizg

(3)

Na rys. 2 przedstawiono zależność momentu silnika z wirnikiem pierścieniowym od poślizgu dla coraz to większej rezystancji w obwodzie uzwojenia wirnika. W silnikach z wirnikiem klatkowym nie ma możliwości włączenia dodatkowej rezystancji w obwód wirnika. Można jednak uzyskać podobny skutek przez stosowanie specjalnych rozwiązań konstrukcyhnych prętów klatki. Wykorzystuje się zjawisko naskórkowości ("wypychanie" prądu w prętach klatki). Intensywność zjawiska naskórkowości wzrasta w miarę wzrostu częstotliwości prądu. W prętach klatki prąd jest wypychany ku zewnętrznej średnicy wirnika. Przy dużym poślizgu, a wię podczas rozruchu, częstotliwość prądu w wirniku jest największa i maleje w miarę wzrostu prędkości obrotowej wirnika. Na skutek zjawiska naskórkowości prąd płynie głównie zewnętrzną częścią przekroju pręta, w wyniku czego zwiększa się rezystancja. W czasie rozruchu, w miarę wzrostu prędkości , czyli w miarę zmniejszania się prędkości , następuje automatyczne zmniejszanie rezystancji w obwodzie wirnika. Przez odpowiednie wyprofilowanie przekroju prętów można spotęgować zjawisko "wypychania". W tym celu stosuje się:

Podstawowa realizacja maszyny asynchronicznej to silnik. Rzadsza - prądnica, hamulec lub regulator indukcyjny.

Oprócz silników trójfazowych, w których występuje wirujące pole magnetyczne, stosowane są także silniki jednofazowe z dodatkowym uzwojeniem rozruchowym i układem kondensatorowym, co umożliwia wytworzenie wirującego pola (przy zasilaniu jednofazowym pojawia się pole magnetyczne pulsujące, a nie wirujące) oraz silniki jednofazowe z kondensatorem załączonym do fazy pomocniczej na stałe tzw. Kondensatorem pracy.

Do obciązania silników stosuje się urządzenia zwane hamownicami. Dla silników dużych i średnich mocy jest to prądnica obcowzbudna prądu stałego, której wytwarzana energia tracona jest na rezystorze włączonym w obwód wirnika (hamownica indukcyjna).

Małe silniki obciąża się hamulcami, w których moment hamujący powstaje na skutek oddziaływania stałego strumienia magnetycznego z prądami wirowymi wzbudzonymi w wirujących częściach hamulca. Spotyka się dwa wykonania tych hamulców: tarczowe i bębnowe. Całkowita moc wyhamowania wydziela się jako ciepło w wirujących częściach hamulca (hamownice elektromagnetyczne). Zmieniając prąd wzbudzenia prądnicy (przy stałej rezystancji obciążenia) lub hamownicy tarczowej, można wyznaczyć charakterystykę mechaniczną silnika, ale tylko jej części "roboczej", tzn. między B i C (rys. 3 i 4): pkt. A - moment rozruchowy, B - moment maksymalny, C - bieg jałowy). Między punktami A i B znajduje się część niestabilna charakterystyki.

Aby otrzymać charakterystykę mechaniczną w pełnym zakresie (od pkt. A do C), należy silnik obciążyć tzw. Układem Leonarda lub prądnicą obcowzbudną zasilaną z prostownika sterowanego z możliwością pracy inwertorowej (rys. 5).

 

 

  1. Pomiary
  2. Zapoznać się z tabliczką znamionową silnika i wynotować jego dane znamionowe oraz sposób połączeń uzwojeń stojana dla podanych napięć. Obliczyć moment znamionowy silnika w Nm i przeliczyć go na kGcm

    (wzory 4, 6 oraz zależność ).

    1. Sprawdzenie prawidłowości oznaczeń zacisków stojana
    2. Gdy stojan ma wyprowadzonych sześć zacisków, to należy najpierw stwierdzić, np. omomierzem, które zaciski są uzwojeniami jednej fazy (rys. 6).

      Naszkicować tabliczkę zaciskową. Następnie zasilić uzwojenie stojana napięciem przemiennym, kontrolując wartość prądu (nie może przekroczyć jego wartości znamionowej). Dwa uzwojenia łączy się szeregowo, a do zacisków trzeciego włącza się woltomierz. Przy prawidłowymoznaczeniu zacisków , , woltomierz wychyli się. Jeśli woltomierz nie wychyli się, to należy, po uprzednim odłączeniu napięcia zasilającego, zmienić miejscami zaciski i ponownie sprawdzić wskazanie woltomierza. Analogicznie wyznacza się początek i koniec trzeciej fazy (np. woltomierz włączyć do uzwojenia , a zasilić szeregowo połączone uzwojenia i ).

       

    3. Wyznaczenie charakterystyki mechanicznej silnika

Uzwojenia badanego silnika skojarzyć w gwiazdę, a następnie zestawić układ pomiarowy wg rys. 7.

W celu wyznaczenia charakterystyki mechanicznej należy:

za pomocą tachometru. Jeśli miernik jest wyskalowany w obrotach na minutę, to wskazanie należy przeliczyć na radiany na sekundę wg wzoru

(4)

(5)

gdzie i są wskazaniami watomierzy w układzie Arona

- średni prąd pobrany przez silnik

Na podstawie powyższych pomiarów wyznaczyć:

(6)

(7)

gdzie:

- średni prąd pobrany przez silnik

- wartość skuteczna napięcia międzyfazowego

(8)

Wyniki pomiarów oraz obliczeń należy zanotować w tabeli 1.

Tabela 1

-

-

 

    1. Zmiana kierunku wirowania
    2. Zamienić dwie fazy na tabliczce zaciskowej silnika.

      Załączyć silnik, sprawdzić kierunek wirowania.

       

    3. Praca silnika 3-fazowego w sieci jednofazowej

Uzwojenia silnika skojarzyć w trójkąt, a do jednej z faz dołączyć kondensator (rys. 8)

Umieszczony na hamownicy silnik załączyć napięciem 220 V i obciążyć go aż do uzyskania znamionowych obrotów. Obliczyć moc obciążenia i porównać ją z mocą znamionową silnika. Sprawdzić wartość prądu pobieranego przez silnik.

 

 

  1. Zakres sprawozdania
    1. Należy wykreślić charakterystyki:
    2. , ,

    3. Zanotować uwagi i wnioski na temat parametrów silnika na biegu jałowym i pod obciążeniem oraz pracy silnika w sieci 1-fazowej.

 

LITERATURA:

  1. Plamitzer A.: Maszyny elektryczne, wyd. VII, Warszawa 1982
  2. Praca zbiorowa pod red. Hickiewicza J.: Badania maszyn elektrycznych i układów napędowych. Wyd. Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1990