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.

Jeżeli 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. Ponieważ 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 metoda techniczną (woltomierza i amperomierza). Należy zanotować temperaturę otoczenia przy której dokonano pomiarów.

 

2.                  Badanie na biegu jałowym

 

Charakterystyka biegu jałowego jest to zależność mocy pobieranej i prądu od napięcia przy biegu jałowym.

Pomiary rozpoczynamy przy napięciu większym o kilka procent (ok. 10%) od znamionowego i stopniowo napięcie obniżamy do takiej wartości, przy której prędkość obrotowa (kątowa) pozostała jeszcze praktycznie stała (do ok. 1/3 Un). Na podstawie otrzymanych wyników pomiarów wyznaczamy cos j0.

 

 

Tabela pomiarów:

 

 

Z pomiarów

Z obliczeń

l.p.

U0

I0

P0

n

cosj

Q0

DPcu

DPFe+m

DPm

DPFe

-

V

A

W

obr/m

-

VAr

W

W

W

W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wzory do obliczeń:

 -moc mechaniczna wyznaczona przy użyciu ekstrapolacji zależności

Na podstawie wyników wykreśla się charakterystyki: I0, P0, Q0, cosj10 = f(U)

 

3.      Badanie w stanie zwarcia

 

Próbę zwarcia wykonuje się przy zahamowanym wirniku silnika (tzn. prędkość kątowa w = 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. Należy wykonywać je możliwie szybko, ponieważ chłodzenie nieruchomego silnika jest utrudnione. Na podstawie otrzymanych wyników pomiarów wyznaczamy cos jz.

 

Tabela pomiarów:

 

 

Z pomiarów

 

L.P.

U

Ip

Ig

Iz

Pp

Pg

Pz

Mr

cosjz

-

V

A

A

A

W

W

W

Nm

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Na podstawie wyników wykreśla się charakterystyki: ,,cos, Mr =f(),

 

4.      Próba obciążenia

 

Celem próby obciążenia jest wyznaczenie charakterystyki ruchowej silnika. Podczas próby dokonuje się pomiaru prądu, mocy pobranej, momentu użytecznego i prędkości obrotowej.

Silnik zasilamy napięciem znamionowym i obciążamy hamownicą. Pierwszy pomiar dokonujemy na biegu jałowym (M = 0), a następne przy wzrastającym momencie obciążenia. Kończymy przy obciążeniu silnika nie przekraczającym 1,2 Pn. Poślizg wyznaczamy z pomiarów prędkości obrotowej, cos j z pomiarów prądu, napięcia i mocy pobranej. Moc mechaniczną użyteczną (moc na wale) wyznacza się ze wzoru: Pmu = M * w. Sprawność silnika określamy sposobem bezpośrednim metodą hamowania przez pomiar momentu użytecznego Mu, prędkości obrotowej n oraz mocy pobranej z sieci P.

 

Tabela pomiarów:

 

Lp.

U

I

P

cos

Mu

Pmu

n

 

V

A

W

-

Nm

W

obr/min

%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wzory do obliczeń:

            

Na podstawie wyników wykreśla się charakterystyki: n, I, P, Pmu, h, cosj = f(Mu)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Obliczanie parametrów schematu zastępczego:

 

      Z próby zwarcia możemy wyznaczyć:

     

-         dla uzwojenia głównego:

                       

 

-         dla uzwojenia POMOCNICZEGO:

                       

 

-         dla uzwojenia głównego     i pomocniczego:

 

                       

 

      Z próby biegu jałowego możemy wyznaczyć: