BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 1/5

Transkrypt

1 BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 1/5 BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO 1. Wiadomości wstępne Silniki asynchroniczne jednofazowe są szeroko stosowane wszędzie tam, gdzie sieć trójfazowa jest niedostępna. Moce tych silników na ogół nie przekraczają 2 kw. Wirnik silnika jednofazowego ma uzwojenie klatkowe, a stojan uzwojenie jednofazowe, które może mieć jedną lub więcej par biegunów. Uzwojenie to, zasilane prądem sinusoidalnie zmiennym wytwarza pulsujący sinusoidalnie strumień F. Można go rozłożyć na dwa strumienie F 1 i F 2 wartości maksymalnej równej połowie wartości maksymalnej strumienia F, wirujące w przeciwnych kierunkach z prędkością synchroniczną dla danej liczby par biegunów. Każdy z wirujących strumieni magnetycznych F 1 i F 2 wytwarza moment obrotowy. Na rys. 1 przedstawiono przebiegi zmienności momentów M 1 i M 2 w funkcji prędkości obrotowej. Dodając do siebie wartości momentów M 1 i M 2 z uwzględnieniem ich znaków otrzymujemy krzywą momentu wypadkowego M. Przy n = 0 wypadkowy moment rozruchowy równa się zeru i silnik nie może sam ruszyć z miejsca. Jeżeli jednak wirnikowi nadamy początkową prędkość w dowolnym kierunku, wówczas następuje przewaga momentu napędowego nad hamującym i silnik zaczyna się obracać. Brak momentu rozruchowego stanowi poważną wadę opisanego silnika. Rys. l. Moment obrotowy silnika jednofazowego (bez fazy rozruchowej) Aby silnik jednofazowy miał własny moment rozruchowy, należy w stojanie wytworzyć pole wirujące. Osiąga się to poprzez umieszczenie w nim dodatkowego uzwojenia, zwanego fazą pomocniczą, w odróżnieniu od poprzednio opisanego uzwojenia zwanego fazą główną. Uzwojenie fazy pomocniczej w maszynie dwubiegunowej nawija się tak, aby jego oś tworzyła w przestrzeni z osią fazy głównej kąt 90 o. Prądy płynące w obu uzwojeniach także powinny być przesunięte w fazie względem siebie o kąt p/2. Jest to najkorzystniejszy przypadek, bowiem wirujący wektor pola magnetycznego kreśli wówczas okrąg. W innych przypadkach kreśli on elipsę. w której stosunek długości osi zależy od obu przesunięć. Do odłączania uzwojenia fazy pomocniczej po zakończeniu rozruchu służy łącznik odśrodkowy. Jest on zamontowany na końcu wału silnika. Jego styki przy nieruchomym wirniku są zamknięte, a otwierają się przy określonej prędkości obrotowej wirnika na

2 BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 2/5 skutek siły odśrodkowej. Podczas rozruchu taki silnik jest więc dwufazowy, a jednofazowym staje się dopiero po odłączeniu fazy pomocniczej. Przesunięcie fazowe uzyskuje się przez włączenie w obwód fazy pomocniczej odpowiedniego rezystora, cewki lub kondensatora. Najczęściej stosuje się silnik jednofazowy klatkowy z kondensatorem w fazie pomocniczej. W tym przypadku uzwojenie fazy pomocniczej przyłączone jest do sieci szeregowo z kondensatorem C (rys. 2). Prądy I l oraz I 2 wytwarzają dwa strumienie magnetyczne przesunięte w fazie i przestrzeni o kąt f zależny od reaktancji uzwojenia. Wypadkowa obu strumieni daje pole magnetyczne wirujące, podobnie jak w silniku trójfazowym. Rys. 2. Schemat połączeń i wykres wektorowy silnika jednofazowego z kondensatorowa fazą rozruchową Uzwojenie fazy pomocniczej w niektórych typach silników stanowi jednocześnie fazę pracy i jest przyłączone do sieci poprzez kondensator na stałe. Takie silniki nazywa się kondensatorowymi. Są one w istocie silnikami dwufazowymi zasilanymi jednofazowo. Charakterystyka mechaniczna takiego silnika jest podobna do charakterystyki mechanicznej silnika klatkowego trójfazowego. Do zalet silnika kondensatorowego należy wysoka wartość współczynnika mocy, która przy obciążeniu znamionowym bliska jest jedności oraz brak łącznika odśrodkowego. Rys. 3. Charakterystyka w mechaniczna silnika jedno fazowego z fazą rozruchową Charakterystykę mechaniczną silnika z kondensatorową pomocniczą fazą rozruchu przedstawiono na rys. 3. Silnik rozwija moment rozruchowy M r, pod wpływem którego rusza i pracuje wg charakterystyki 1 (z włączoną fazą rozruchową). Przy prędkości n p następuje otwarcie wyłącznika odśrodkowego i przejście na pracę charakterystyki 2 (z wyłączoną pomocniczą fazą

3 BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 3/5 rozruchową). Jednofazowe silniki asynchroniczne charakteryzują się w porównaniu z silnikami trójfazowymi mniejszą krotnością momentu rozruchowego M r /M n (M r, M n - momenty rozruchowy i nominalny) a także większą krotnością prądu rozruchowego I r /I n (I r, I n -prądy rozruchowy i nominalny). Dla jednofazowych silników z fazą rozruchową M r /M n = 1 1,5, a I r /I n = 5 9. W porównaniu z silnikami trójfazowymi o tych samych wymiarach i prędkości obrotowej silniki jednofazowe mają mniejszą moc oraz niższy współczynnik mocy (np. moc silnika trójfazowego P n = 1,1 kw i cosf = 0,88, a silnika jednofazowego P n = 0,55 kw i cosf = 0,78). Sprawność silnika jednofazowego jest mniejsza od sprawności silnika trójfazowego tej samej mocy (np. trójfazwego h = 77%, a dla jednofazowego h = 64%). Rys. 4. Zmiana kierunku wirowania w silniku jednofazowym Zmianę kierunku wirowania w silniku jednofazowym osiąga się poprzez zmianę zwrotu prądu w fazie pomocniczej. W praktyce realizuje się to przez dokonanie odpowiednich przełączeń na tabliczce zaciskowej silnika (rys. 4). 2. Program ćwiczenia Wyznaczanie charakterystyki mechanicznej silnika Załączyć silnik. Obciążyć silnik do wartości znamionowej prądu obciążenia. Zmniejszając obciążenie do wartości minimalnej (za pomocą nastawnika wzbudzenia) wykonać ok. 10 pomiarów. UWAGA: W przypadku użycia amperomierzy i watomierzy elektromechanicznych na czas rozruchu zewrzeć ich cewki prądowe (przełącznik zakresu prądowego ustawić w położenie "K" lub zwarte ) Wzory do obliczeń: P 2 =U 2 I 2 = P 2 P 1 P s =P 1 h M =9,55 P S n

4 BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 4/5 cos = P 1 f U 1 I 1 Tabela pomiarowa: L.p Silnik Pomiary Prądnica Obliczenia I 1 U 1 P 1 n I 2 U 2 I w U w P 2 P s M h cosf A V W obr/min A V A V W W Nm - - Schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyki mechanicznej silnika jednofazowego Na podstawie pomiarów i obliczeń narysować charakterystyki I 1 =f(m), P 1 =f(m), cosf =f(m), n=f(m), h=f(m)

5 BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 5/5 Protokół z pomiarów Data: , podpis prowadzącego: Temat: BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO KLATKOWEGO Wykonujący sprawozdanie: L.p Pomiary Silnik Prądnica Obliczenia I 1 U 1 P 1 n I 2 U 2 I w U w P 2 P s M h cosf A V W obr/min A V A V W W Nm - -