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 U_n). 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 I_n. Należy wykonywać je możliwie szybko, ponieważ chłodzenie nieruchomego silnika jest utrudnione. Na podstawie otrzymanych wyników pomiarów wyznaczamy cos j_z.

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, M_r =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 P_n. 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: P_mu = M * w. Sprawność silnika określamy sposobem bezpośrednim metodą hamowania przez pomiar momentu użytecznego M_u, 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, P_mu, h, cosj = f(M_u)

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: