Uruchamianie silników elektrycznych oraz pomiary ich parametrów 724[05].Z1.05

MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ Eleonora Muszyńska Uruchamianie silników elektrycznych oraz pomiary ich parametrów 724[05].Z1.05 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy Radom 2006

Recenzenci: mgr Elżbieta Burlaga mgr Stefan Sotomski Opracowanie redakcyjne: mgr inż. Barbara Kapruziak Konsultacja: dr inż. Bożena Zając Korekta: Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 724[05].Z1.05 Uruchamianie silników elektrycznych oraz pomiary ich parametrów, zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu elektromechanik 724[05]. Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006 1

SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 4 2. Wymagania wstępne 6 3. Cele kształcenia 7 4. Materiał nauczania 8 4.1. Rodzaje silników indukcyjnych i ich budowa. Zasada działania silnika indukcyjnego 8 4.1.1. Materiał nauczania 8 4.1.2. Pytania sprawdzające 11 4.1.3. Ćwiczenia 11 4.1.4. Sprawdzian postępów 12 4.2. Tabliczka znamionowa i tabliczka zaciskowa silnika indukcyjnego. Rozruch, regulacja prędkości obrotowej, zmiana kierunku wirowania silników indukcyjnych 13 4.2.1. Materiał nauczania 13 4.2.2. Pytania sprawdzające 16 4.2.3. Ćwiczenia 17 4.2.4. Sprawdzian postępów 19 4.3. Budowa i zasada działania silników synchronicznych. Rozruch silników synchronicznych 20 4.3.1. Materiał nauczania 20 4.3.2. Pytania sprawdzające 21 4.3.3. Ćwiczenia 21 4.3.4. Sprawdzian postępów 21 4.4. Rodzaje silników prądu stałego i ich budowa. Zasada działania silnika prądu stałego. Tabliczka znamionowa i zaciskowa silnika prądu stałego 22 4.4.1. Materiał nauczania 22 4.4.2. Pytania sprawdzające 24 4.4.3. Ćwiczenia 25 4.4.4. Sprawdzian postępów 26 4.5. Rozruch, regulacja prędkości obrotowej, zmiana kierunku wirowania silników prądu stałego 27 4.5.1. Materiał nauczania 27 4.5.2. Pytania sprawdzające 28 4.5.3. Ćwiczenia 28 4.5.4. Sprawdzian postępów 29 4.6. Budowa silników komutatorowych prądu przemiennego. Rozruch, regulacja prędkości obrotowej, zmiana kierunku wirowania silników komutatorowych prądu przemiennego 30 4.6.1. Materiał nauczania 30 4.6.2. Pytania sprawdzające 31 4.6.3. Ćwiczenia 31 4.6.4. Sprawdzian postępów 32 2

4.7. Maszyny specjalne. Rodzaje, budowa i zastosowanie 33 4.7.1. Materiał nauczania 33 4.7.2. Pytania sprawdzające 34 4.7.3. Ćwiczenia 34 4.7.4. Sprawdzian postępów 35 4.8. Sprzęganie silnika z maszyną roboczą. Zasady obsługi i konserwacji silników elektrycznych 36 4.8.1. Materiał nauczania 36 4.8.2. Pytania sprawdzające 37 4.8.3. Ćwiczenia 38 4.8.4. Sprawdzian postępów 38 5. Sprawdzian osiągnięć 39 6. Literatura 43 3

1. WPROWADZENIE Poradnik, który masz przed sobą, będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy i kształtowaniu umiejętności z zakresu uruchamiania silników elektrycznych oraz pomiaru ich podstawowych parametrów. Wiadomości i umiejętności z tej dziedziny zostały określone w jednostce modułowej 724[05].Z1.05 Uruchamianie silników elektrycznych oraz pomiary ich parametrów. Jest to jednostka modułowa zawarta w module Budowa i eksploatacja maszyn i urządzeń elektrycznych (schemat układu jednostek modułowych przedstawiony jest na stronie 5 tego poradnika). Tak, jak każda jednostka modułowa, również i ta ma ściśle określone cele kształcenia, materiał nauczania oraz wskazania metodyczne do realizacji programu. Zgodnie z tymi zaleceniami, w poniższym poradniku zamieszczono: szczegółowe cele kształcenia, materiał nauczania dotyczący poszczególnych tematów, pytania sprawdzające, ćwiczenia, sprawdziany postępów, przykładowy zestaw zadań testowych przygotowany dla potrzeb sprawdzenia efektywności kształcenia. Jednostka modułowa pt. Uruchamianie silników elektrycznych oraz pomiary ich parametrów została podzielona na 8 tematów. Każdy z nich zawiera ćwiczenia i materiał nauczania niezbędny do ich wykonania.. Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczeń odpowiedz na pytania sprawdzające, które są zamieszczone w każdym rozdziale po materiale nauczania. Udzielone odpowiedzi pozwolą Ci sprawdzić, czy jesteś dobrze przygotowany do wykonania zadań. Treść programu jednostki modułowej zawiera podstawowe zagadnienia związane z uruchamianiem silników elektrycznych. W wyniku realizacji programu powinieneś między innymi opanować umiejętności: rozpoznawania silników elektrycznych na podstawie wyglądu zewnętrznego, tabliczki znamionowej i tabliczki zaciskowej silników, dobierania zasilania do różnych rodzajów silników, wykonywania pomiarów podstawowych parametrów silników w oparciu o dokumentację techniczną. Szczególną uwagę zwróć na rozpoznawanie elementów budowy silników elektrycznych oraz na ocenę ich stanu technicznego. Po zakończeniu realizacji programu jednostki modułowej nauczyciel sprawdzi Twoje wiadomości i umiejętności za pomocą testu pisemnego. Abyś miał możliwość dokonania ewaluacji swoich działań, rozwiąż przykładowy test sumujący zamieszczony na końcu poniższego poradnika. Bezpieczeństwo i higiena pracy W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju wykonywanych prac. Przepisy te poznasz podczas trwania nauki. 4

Schemat układu jednostek modułowych Moduł 724[05].Z1 Budowa i eksploatacja maszyn i urządzeń elektrycznych 724[05].Z1.01 Eksploatacja źródeł energii elektrycznej oraz pomiary ich parametrów 724[05].Z1.02 Dobieranie transformatorów oraz sprawdzanie ich parametrów 724[05].Z1.03 Dobieranie przewodów, osprzętu i opraw oświetleniowych w instalacjach 724[05].Z1.05 Uruchamianie silników elektrycznych oraz pomiary ich parametrów 724[05].Z1.04 Dobieranie i sprawdzanie aparatury łączeniowej i sterowniczej 724[05].Z1.06 Dobieranie środków ochrony przeciwporażeniowej 5

2. WYMAGANIA WSTĘPNE Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej 724[05].Z1.05 Uruchamianie silników elektrycznych oraz pomiary ich parametrów powinieneś umieć: rozpoznawać podzespoły elektryczne i mechaniczne w maszynach elektrycznych, rozpoznawać materiały stosowane do budowy maszyn elektrycznych, określać właściwości materiałów stosowanych do budowy maszyn elektrycznych, rozróżniać rodzaje sieci zasilających: jednofazową, trójfazową i prądu stałego, stosować ważniejsze wzory z zakresu elektrotechniki, odczytywać proste schematy i na ich podstawie dokonywać analizy, korzystać z literatury, katalogów maszyn elektrycznych, norm oraz przepisów eksploatacji maszyn elektrycznych, pracować w grupie i indywidualnie, oceniać swoje umiejętności, uczestniczyć w dyskusji, przygotowywać prezentację, prezentować siebie i grupę, w której pracujesz, przestrzegać przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy. 6

3. CELE KSZTAŁCENIA W wyniku realizacji programu jednostki modułowej 724[05].Z1.05 Uruchamianie silników elektrycznych oraz pomiary ich parametrów powinieneś umieć: sklasyfikować silniki elektryczne ze względu na rodzaj zasilania, sklasyfikować silniki elektryczne ze względu na zasadę działania i budowę, rozpoznać silniki elektryczne na podstawie wyglądu zewnętrznego, rozpoznać silniki elektryczne na podstawie tabliczki zaciskowej i tabliczki znamionowej, rozpoznać podstawowe elementy budowy silników na eksponatach oraz na rysunkach, scharakteryzować podstawowe parametry silników elektrycznych, skorzystać z danych znajdujących się na tabliczkach znamionowych silników elektrycznych, dobrać zasilanie do różnych rodzajów silników elektrycznych, uruchomić silniki elektryczne, zmierzyć podstawowe parametry silników elektrycznych w oparciu o dokumentację techniczno-ruchową, ocenić stan techniczny badanych silników elektrycznych na podstawie uzyskanych wyników pomiarów, skorzystać z literatury, katalogów maszyn elektrycznych, norm oraz przepisów eksploatacji silników elektrycznych, zastosować zasady bhp i ochrony ppoż. i ochrony środowiska obowiązujące na stanowisku pracy. 7

4. MATERIAŁ NAUCZANIA 4.1. Rodzaje silników indukcyjnych i ich budowa. Zasada działania silnika indukcyjnego 4.1.1. Materiał nauczania Silniki indukcyjne (asynchroniczne) charakteryzują się prostą budową, dużą pewnością działania, są łatwe w obsłudze i konserwacji. Z tych względów są one najbardziej rozpowszechnionymi silnikami elektrycznymi, zarówno w przemyśle jak i w gospodarstwach domowych. Budowane są najczęściej jako maszyny trójfazowe i jednofazowe. Budowa silników indukcyjnych trójfazowych Silnik indukcyjny trójfazowy składa się z dwóch zasadniczych części: nieruchomego stojana i wirującego wirnika. Stojan silnika indukcyjnego składa się z korpusu stanowiącego obudowę maszyny oraz rdzenia umieszczonego wewnątrz korpusu. Korpus może być spawany lub odlewany z żeliwa. Do korpusu przymocowane są boczne tarcze łożyskowe z łożyskami, w których jest osadzony wał wirnika. W rdzeniu stojana, wykonanym z blach żelazo-krzemowych (o dobrych właściwościach magnetycznych) odizolowanych od siebie, znajdują się wycięcia nazywane żłobkami, w których umieszczone są uzwojenia. Żłobki mogą mieć różne kształty (mogą być otwarte, półotwarte lub zamknięte). Rys. 1. Przykładowa blacha rdzenia stojana Uzwojenie stojana składa się z trzech niezależnych pod względem elektrycznym uzwojeń (faz), których osie są przesunięte względem siebie w przestrzeni o kąt 120 o. Do wykonania uzwojeń stosuje się izolowane druty o przekroju kołowym lub prostokątnym, a w celu odizolowania ich od rdzenia, żłobki wykłada się materiałem izolacyjnym. Wewnątrz stojana umieszczony jest wirnik. Rozróżniamy dwa rodzaje wirników silników indukcyjnych trójfazowych: wirniki klatkowe (zwarte), wirniki pierścieniowe. Wirnik silnika klatkowego nie ma normalnego uzwojenia, lecz składa się z prętów miedzianych lub aluminiowych, które są umieszczone w żłobkach rdzenia wirnika. Pręty te są połączone (zwarte) na obu końcach pierścieniami zwierającymi, tak że całość przypomina klatkę (stąd nazwa tych silników). 8

1 2 Rys. 2. Uzwojenie klatkowe wirnika maszyny indukcyjnej [2] 1 pręty klatki, 2 pierścień zwierający Silniki zwarte ze względu na sposób wykonania wirnika dzielą się na zwykłe, głębokożłobkowe i dwuklatkowe. Wadą zwykłych wirników jest dosyć mały moment rozruchowy i duża wartość prądu rozruchowego przy bezpośrednim włączeniu silnika do sieci. a) b) Rys. 3. Różne kształty żłobków wirników klatkowych: a) głębokożłobkowych, b) dwuklatkowych [2] Wirnik silnika pierścieniowego, podobnie jak stojan, ma uzwojenie trójfazowe ułożone w żłobkach. Uzwojenia te mają początki połączone w jeden wspólny punkt gwiazdowy, a końcówki dołączone do trzech pierścieni ślizgowych, umieszczonych na jednym z końców wału wirnika. Po pierścieniach odizolowanych od wału ślizgają się szczotki osadzone w specjalnych szczotkotrzymaczach. Szczotki są połączone z zaciskami umieszczonymi na korpusie silnika i przeznaczonymi do przyłączenia rozrusznika. Rozrusznik jest to regulowany opornik, który służy do przeprowadzenia rozruchu silnika pierścieniowego. 1 2 praca 3 3xR rozruch Rys. 4. Schemat budowy wirnika silnika pierścieniowego [6]. 1 uzwojenie trójfazowe, 2 pierścienie ślizgowe, 3 rozrusznik Zasada działania silników indukcyjnych trójfazowych Po przyłączeniu silnika do trójfazowej sieci zasilającej, przez poszczególne uzwojenia stojana płyną prądy przemienne przesunięte względem siebie o kąt 120 o. Pod wpływem tych 9

prądów powstaje strumień magnetyczny przechodzący przez rdzenie stojana i wirnika oraz przez szczelinę powietrzną między nimi. Strumień ten ma praktycznie stałą wielkość i wiruje wokół osi silnika ze stałą prędkością obrotową (kątową) nazywaną prędkością synchroniczną. Synchroniczną prędkość obrotową określa się wzorem: f n = 60 1 [obr/min] p Synchroniczną prędkość kątową określa się wzorem: 2 60 π f ω1 = 2 π n1 = [rad/s] p W powyższych wzorach p oznacza liczbę par biegunów, natomiast f oznacza częstotliwość napięcia zasilającego. Pod wpływem wirującego strumienia magnetycznego w uzwojeniach (prętach) wirnika popłynie prąd. Wskutek oddziaływania na siebie prądu w wirniku i strumienia magnetycznego powstaje siła, która działa na uzwojenie wirnika w kierunku wirowania strumienia i powoduje wirowanie wirnika w tym samym kierunku. Wirnik silnika indukcyjnego przy biegu jałowym (jeżeli silnik nie jest obciążony) wiruje z prędkością prawie równą, ale nieco mniejszą niż prędkość pola wirującego. Stosunek różnicy prędkości obrotowej synchronicznej n 1 i prędkości obrotowej wirnika n do prędkości obrotowej synchronicznej nazywa się poślizgiem s. n1 n s = n1 Poślizg s może być wyrażany w procentach i wtedy wzór ma postać: n1 n s = 100% n % W znamionowych warunkach pracy silnika poślizg wynosi kilka procent. 1 Budowa i działanie silników indukcyjnych jednofazowych Jednofazowe silniki indukcyjne, jak nazwa wskazuje, zasilane są z sieci jednofazowej. Nie oznacza to jednak, że na stojanie umieszczone jest tylko jedno uzwojenie fazowe. W silnikach z jednym uzwojeniem fazowym pole magnetyczne jest polem przemiennym, a nie polem wirującym, które gwarantuje samoczynny rozruch silnika. Z tej przyczyny, aby wytworzyć pole wirujące, w żłobkach stojana umieszcza się dodatkowe uzwojenie, które nazywa się rozruchowym lub pomocniczym. Prąd w fazie rozruchowej musi być przesunięty w fazie względem prądu w uzwojeniu głównym. Rozróżniamy silniki z uzwojeniem rozruchowym rezystancyjnym i silniki z kondensatorem w fazie rozruchowej (rys. 5). a) W b) A R A W C n B n B Rys. 5. Schematy budowy indukcyjnych silników jednofazowych [6]: a) z rezystancyjną fazą rozruchową, b) z kondensatorową fazą rozruchową A uzwojenie główne, B uzwojenie rozruchowe, W wyłącznik odśrodkowy 10

W silnikach rezystancyjnych, w celu uzyskania przesunięcia prądów w fazie, nie włącza się do fazy rozruchowej żadnego dodatkowego opornika, ale zwiększenie rezystancji tego uzwojenia osiąga się przez zastosowanie przewodu o mniejszym przekroju. Są to tanie i najbardziej rozpowszechnione indukcyjne silniki jednofazowe. Silniki kondensatorowe mają lepsze od rezystancyjnych właściwości rozruchowe, jednak ze względu na to, że kondensatory są drogie i łatwo się psują, silniki te są droższe od rezystancyjnych. Osobną grupę jednofazowych silników indukcyjnych stanowią silniki zwartobiegunowe. Mają one wirniki klatkowe, a uzwojenie wzbudzenia nie jest rozłożone równomiernie w żłobkach stojana, tylko skupione w postaci cewek nałożonych na bieguny stojana. Na każdym biegunie wykonany jest żłobek dzielący nabiegunnik na dwie nierówne części. Mniejsza część jest otoczona tzw. zwojem zwartym. Zwój zwarty zastępuje fazę rozruchową. 4.1.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jaką inną nazwą określa się silniki indukcyjne? 2. Jak zbudowany jest stojan silnika indukcyjnego trójfazowego? 3. Co to jest rdzeń, do czego służy i z jakiego materiału jest wykonany? 4. Co to są żłobki? 5. Jakie znasz rodzaje wirników silników indukcyjnych trójfazowych? 6. Jak zbudowane są silniki zwarte? 7. Dlaczego silnik zwarty nazywa się również klatkowym? 8. Jak zbudowany jest silnik pierścieniowy? 9. Jaka jest zasada działania silników indukcyjnych trójfazowych? 10. Co to jest poślizg? 11. Jakie znasz rodzaje silników indukcyjnych jednofazowych? 12. Jaką rolę w jednofazowym silniku indukcyjnym pełni kondensator? 4.1.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Rozpoznaj elementy budowy silnika indukcyjnego na eksponacie znajdującym się na Twoim stanowisku pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) rozpoznać i wskazać rdzeń stojana oraz omówić jego budowę i przeznaczenie, 2) wskazać żłobki rdzenia stojana i podać ich przeznaczenie, 3) wskazać uzwojenia stojana i omówić budowę uzwojeń, 4) rozpoznać i wskazać wirnik oraz omówić elementy budowy wirnika, 5) wskazać materiały dielektryczne i omówić ich rolę w maszynie, 6) rozpoznać miejsce usytuowania tabliczki znamionowej i tabliczki zaciskowej silnika, 7) rozpoznać rodzaj silnika i podać jego nazwę. przekrój rzeczywistego silnika indukcyjnego lub model silnika, gablota poglądowa z elementami budowy silnika indukcyjnego. 11

Ćwiczenie 2 Dane są wirniki należące do różnych typów silników elektrycznych. Rozpoznaj wirniki należące do silników indukcyjnych klatkowych. Wybór uzasadnij. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) dokonać oględzin wirników dostępnych na stanowisku pracy, 2) wskazać wirniki należące do silników klatkowych, 3) scharakteryzować budowę wybranych wirników i uzasadnić, że pochodzą one od silników klatkowych. różne rodzaje wirników maszyn komutatorowych i bezkomutatorowych. Ćwiczenie 3 Rysunek przedstawia schemat budowy wirnika silnika pierścieniowego. Rozpoznaj wszystkie podzespoły tego wirnika, omów ich budowę i przeznaczenie. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) rozpoznać i wskazać uzwojenia wirnika, omówić ich budowę, 2) rozpoznać i wskazać pierścienie ślizgowe, omówić ich budowę i przeznaczenie, 3) rozpoznać i wskazać szczotki, omówić ich budowę i przeznaczenie, 4) rozpoznać i wskazać rozrusznik, omówić jego budowę i przeznaczenie. rysunek wirnika silnika pierścieniowego. 4.1.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) rozpoznać silnik indukcyjny na podstawie wyglądu zewnętrznego? 2) rozpoznać elementy budowy silnika indukcyjnego na eksponacie? 3) rozpoznać podstawowe elementy budowy silnika indukcyjnego na rysunku? 4) wyjaśnić zasadę działania silnika indukcyjnego trójfazowego? 5) podać wzór na poślizg? 6) podać cechy charakterystyczne silników indukcyjnych jednofazowych? 7) wymienić rodzaje silników indukcyjnych jednofazowych? 8) scharakteryzować budowę silników indukcyjnych jednofazowych? 12

4.2. Tabliczka znamionowa i tabliczka zaciskowa silnika indukcyjnego. Rozruch, regulacja prędkości obrotowej, zmiana kierunku wirowania silników indukcyjnych 4.2.1. Materiał nauczania Tabliczka znamionowa silnika indukcyjnego powinna być umieszczona na korpusie silnika w miejscu widocznym i dostępnym. Powinny być na niej umieszczone w sposób trwały i łatwy do odczytania dane ogólne oraz dane znamionowe silnika. Dane ogólne silnika: nazwa lub znak wytwórcy silnika, rok produkcji, typ silnika, numer fabryczny, dopuszczalna temperatura otoczenia [ o C], masa maszyny [kg]. Dane znamionowe silnika: klasa izolacji: A (maksymalna temperatura 105 o C), np. bawełna, jedwab, preszpan, polichlorek winylu, E (maksymalna temperatura 120 o C), np. folie polietylenowe, lakiery poliestrowe, B (maksymalna temperatura 130 o C), np. włókno szklane, żywice epoksydowe, F (maksymalna temperatura 155 o C), np. wyroby z miki, H (maksymalna temperatura 180 o C), np. wyroby z włókien szklanych i miki. układ połączeń uzwojeń stojana gwiazda lub trójkąt, napięcie znamionowe U N [V] wartość skuteczna napięcia międzyprzewodowego, prąd znamionowy I N [A] wartość skuteczna prądu przemiennego, częstotliwość znamionowa f N [Hz], moc znamionowa P N [kw] moc, którą maszyna może oddawać na wale bez przekroczenia dopuszczalnych przyrostów temperatury, znamionowa prędkość obrotowa n N [obr/min] jest to prędkość, z jaką wiruje wirnik silnika obciążony mocą znamionową przy napięciu znamionowym, współczynnik mocy cosj N, rodzaj pracy: praca ciągła S1, praca dorywcza S2, praca okresowa S3 S8, praca nieokresowa S9. stopień ochrony IP Symbol stopnia ochrony składa się z oznaczenia literowego IP oraz dwóch arabskich cyfr. Cyfra pierwsza oznacza stopień ochrony osób oraz stopień ochrony przed dostępem do wnętrza maszyny ciał obcych. Cyfra druga oznacza stopień ochrony przed dostępem do wnętrza maszyny wody (np. IP44, IP56). Cyfra 0 na pierwszym lub na drugim miejscu oznacza całkowity brak ochrony. Im większa cyfra, tym większy stopień ochrony. 13

Tabliczka zaciskowa silnika indukcyjnego Na korpusie stojana silnika indukcyjnego trójfazowego jest umieszczona tabliczka zaciskowa z sześcioma zaciskami, do których są doprowadzone początki i końce uzwojeń poszczególnych faz. Początki uzwojeń fazowych oznacza się symbolami: U1, V1, W1, a końce odpowiednio U2, V2, W2. L1 L2 V1 L3 L1 L2 L3 U2 V1 U2 V2 U1 V2 W2 W2 W1 U1 W1 a) układ połączeń uzwojeń w gwiazdę b) układ połączeń uzwojeń w trójkąt W2 U2 V2 U1 V1 W1 W2 U2 V2 U1 V1 W1 L1 L2 L3 L1 L2 L3 Rys. 6. Widok tabliczki zaciskowej silnika indukcyjnego trójfazowego Niektóre silniki indukcyjne trójfazowe mają na tabliczce znamionowej dostępne tylko cztery zaciski. Są to trzy zaciski fazowe i jeden zacisk ochronny. W takim silniku początki uzwojeń są na stałe połączone w gwiazdę. Rozruch silników indukcyjnych Rozruchem nazywamy stan pracy silnika od chwili załączenia napięcia zasilającego do momentu osiągnięcia przez wirnik ustalonej prędkości wirowania, określonej znamionowymi parametrami zasilania. Prąd pobierany z sieci w czasie rozruchu nazywany jest prądem rozruchu I r. Prąd ten jest zwykle kilkakrotnie większy od prądu znamionowego I N i dlatego może on być groźny dla silnika pod względem skutków cieplnych. Ponadto tak duży prąd powoduje znaczne spadki napięć w linii zasilającej, co niekorzystnie wpływa na pracę pozostałych odbiorników podłączonych do tej sieci. Z tych przyczyn dąży się do tego, aby w czasie rozruchu zmniejszyć prąd rozruchowy i tylko silniki o małej mocy włącza się bezpośrednio do sieci. Stosuje się następujące sposoby rozruchu silników indukcyjnych trójfazowych: 1) rozruch za pomocą rozrusznika (dotyczy tylko silników pierścieniowych), 2) rozruch za pomocą autotransformatora (dotyczy silników klatkowych), 3) rozruch za pomocą przełącznika zero-gwiazda-trójkąt (dotyczy silników klatkowych). Rozrusznik (rys. 4) jest to opornik regulacyjny, dołączony do obwodu wirnika przez pierścienie ślizgowe, który służy do rozruchu silnika pierścieniowego. Przed przystąpieniem do rozruchu należy upewnić się, że rezystancja rozrusznika ustawiona jest na maksymalną wartość. Następnie należy stopniowo zmniejszać tę rezystancję aż do całkowitego zwarcia. 14

M M k Rys. 7. Charakterystyki mechaniczne silnika indukcyjnego pierścieniowego [6] 1 bez włączonego rozrusznika, 2 z włączonym rozrusznikiem Z przebiegu charakterystyk mechanicznych widać, że włączenie rozrusznika zwiększa wartość początkowego momentu rozruchowego (dla n = 0). Wartość dużego momentu napędowego można utrzymać przez cały czas trwania rozruchu. Jednocześnie włączenie rezystancji znacznie ogranicza prąd rozruchowy, co stanowi podstawową zaletę tego typu rozruchu. Autotransformator jest to urządzenie, które umożliwia płynną regulację napięcia zasilającego silnik (rys. 8). Po zamknięciu wyłącznika sieciowego W 1 silnik zasilany jest obniżonym napięciem i zaczyna pracować. Gdy wirnik silnika uzyska prędkość zbliżoną do znamionowej, zamyka się wyłącznik W 2 i wtedy silnik zasilany jest pełnym napięciem znamionowym sieci. n 1 n Rys. 8. Schemat układu rozruchowego silnika z autotransformatorem [6] Rozruch za pomocą przełącznika zero gwiazda trójkąt możliwy jest wtedy, gdy napięcie znamionowe fazowe uzwojenia stojana równe jest znamionowemu napięciu międzyfazowemu sieci zasilającej silnik. W początkowym stanie rozruchu uzwojenia stojana należy połączyć w gwiazdę, a gdy wirnik osiągnie obroty zbliżone do znamionowych przełączyć je na trójkąt. Przy uzwojeniach połączonych w gwiazdę napięcie na każdej fazie silnika jest 3 razy mniejsze od znamionowego. Prąd fazowy jest również 3 razy mniejszy, a prąd przewodowy jest 3 razy mniejszy od prądu, jaki popłynąłby gdyby uzwojenia od początku połączone były w trójkąt. Wadą tego typu rozruch jest to, że moment rozruchowy silnika przy uzwojeniu połączonym w gwiazdę jest 3 razy mniejszy od momentu przy uzwojeniu połączonym w trójkąt. 15

I SU I SV I SW I 1U I 1V I 1W U1 V1 W1 U2 V2 W2 Rys. 9. Schemat przełącznika gwiazda-trójkąt [2] Regulacja prędkości silników indukcyjnych Możliwości regulacji prędkości obrotowej silników indukcyjnych wynikają ze wzoru: 60 f n = n1 ( 1 s) = ( 1 s) p Ze wzoru tego wynika, że prędkość obrotową wirnika silnika indukcyjnego regulować można poprzez: zmianę częstotliwości napięcia zasilającego f, zmianę liczby par biegunów p, zmianę poślizgu s: zmianę rezystancji w obwodzie wirnika, zmniejszenie napięcia zasilającego, wprowadzenie pola przeciwbieżnego. Zmiana kierunku wirowania silników indukcyjnych Zmianę kierunku wirowania wirnika uzyskać można przez przełączenie miejscami dwóch dowolnych przewodów łączących uzwojenie stojana z siecią zasilającą. Układ umożliwiający pracę silnika obu kierunkach wirowania nazwa się układem nawrotnym. 4.2.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Co to jest tabliczka znamionowa silnika elektrycznego? 2. Jakie parametry znamionowe zawarte są na tabliczce znamionowej silnika indukcyjnego? 3. Co oznacza symbol cosϕ podany na tabliczce znamionowej? 4. Jaki symbol oznacza rodzaj pracy maszyny indukcyjnej? 5. Jaki symbol oznacza stopień ochrony silnika przed dostępem ciał obcych i wody? 6. Co to jest tabliczka zaciskowa silnika indukcyjnego? 7. Kiedy mówimy, że uzwojenia są połączone w gwiazdę a kiedy w trójkąt? 8. Jakie znasz sposoby rozruchu silników indukcyjnych? 9. Jak dokonuje się rozruchu silników pierścieniowych a jak silników klatkowych? 10. Jakie znasz sposoby regulacji prędkości obrotowej silników indukcyjnych trójfazowych? 11. W jaki sposób można zmienić kierunek wirowania silnika indukcyjnego trójfazowego? 16

4.2.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Dana jest tabliczka znamionowa silnika indukcyjnego trójfazowego. Odczytaj wszystkie dane zawarte na tej tabliczce i podaj ich znaczenie. Sposób wykonania ćwiczenia MADE IN POLAND Silnik SZJe54a Nr 291575 10 kw Praca S1 1450 obr U 230/400 V / min I 34,8/20,1 A cosφ 0,86 50 Hz Izol.kl. E Δt/t o 75/40 o C 1995 rok PN-88/E 06701 104 kg Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) dokonać oględzin wskazanej przez nauczyciela tabliczki znamionowej, 2) odczytać dane ogólne umieszczone na tabliczce, 3) odczytać dane znamionowe silnika umieszczone na tabliczce, 4) podać znaczenie wszystkich danych ogólnych i znamionowych zawartych na tabliczce znamionowej, 5) zapisać do zeszytu wszystkie dane znamionowe silnika wraz z jednostkami. tabliczki znamionowe różnych silników indukcyjnych, tabliczka dołączona w postaci rysunku do ćwiczenia, zeszyt do ćwiczeń. Ćwiczenie 2 Dane są tabliczki zaciskowe silników indukcyjnych trójfazowych. Wyjaśnij, jaki jest sposób połączeń uzwojeń stojana w tych silnikach. Sposób wykonania ćwiczenia a) b) W2 U2 V2 U1 V1 W1 W2 U2 V2 U1 V1 W1 L1 L2 L3 L1 L2 L3 Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) rozpoznać i podać sposób połączeń uzwojeń silnika, którego tabliczka zaciskowa przedstawiona jest na rysunku a, 2) rozpoznać i podać sposób połączeń uzwojeń silnika, którego tabliczka zaciskowa przedstawiona jest na rysunku b, 3) uzasadnić odpowiedzi, rysując schematy połączeń uzwojeń trójfazowych wewnątrz stojana silnika. schematy tabliczek zaciskowych, tabliczki zaciskowe rzeczywistych silników, zeszyt do ćwiczeń. 17

Ćwiczenie 3 Rozpoznaj rodzaj silnika indukcyjnego na podstawie jego wyglądu zewnętrznego, a także danych zawartych na tabliczce znamionowej oraz tabliczce zaciskowej. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) dokonać oględzin silnika dostępnego na stanowisku pracy, 2) zlokalizować tabliczkę zaciskową i tabliczkę znamionową, 3) wyjaśnić, do jakiej sieci zasilającej (jedno- czy trójfazowej) należy podłączyć zaciski analizowanej maszyny, 4) wyjaśnić, w jaki sposób połączone są zaciski uzwojeń stojana analizowanej maszyny, 5) podać dane znamionowe silnika, 6) rozpoznać i podać nazwę silnika. silnik indukcyjny jedno- lub trójfazowy. Ćwiczenie 4 Dokonaj rozruchu trójfazowego silnika indukcyjnego stosując przełącznik zero-gwiazdatrójkąt. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) wyjaśnić, jaki jest cel przeprowadzania rozruchu metodą gwiazda-trójkąt (podać wady i zalety tego typu rozruchu), 2) upewnić się o braku napięcia zasilającego i dokonać oględzin silnika dostępnego na stanowisku pracy, 3) zapoznać się ze sposobem zasilania silnika, zwracając szczególną uwagę na przełącznik zero-gwiazda-trójkąt, 4) po uzyskaniu pozwolenia prowadzącego zajęcia uruchomić silnik stosując zasady bhp, ochrony ppoż. podczas pracy. stanowisko z doprowadzoną siecią pięcioprzewodową typu TN-S, zabezpieczone niezależnym wyłącznikiem różnicowoprądowym o prądzie zadziałania I N 30 ma, silnik indukcyjny trójfazowy klatkowy połączony z siecią zasilającą za pośrednictwem gniazda ze stykiem ochronnym oraz przełącznika gwiazda-trójkąt. Ćwiczenie 5 Silniki dwubiegowe stosowane są do napędu maszyn i urządzeń, które wymagają skokowej zmiany prędkości obrotowej. Korzystając z katalogu silników elektrycznych dobierz silnik na napięcie znamionowe 400 V umożliwiający uzyskanie prędkości obrotowych 2850/1430 obr/min. Wypisz wszystkie dane techniczne silników spełniających te wymagania, a następnie na podstawie tych danych porównaj ich właściwości. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) dobrać katalog silników elektrycznych i zapoznać się z jego zawartością, 18

2) odnaleźć rozdział dotyczący silników dwubiegowych - ich zastosowania, budowy i parametrów znamionowych, 3) odszukać w tabelach odpowiednie typy silników i wypisać ich wszystkie parametry znamionowe, 4) porównać wybrane silniki pod kątem wartości: mocy znamionowej, prądu rozruchowego, momentu rozruchowego, sprawności, współczynnika mocy. katalogi silników elektrycznych, zeszyt do ćwiczeń, długopis. Ćwiczenie 6 Dany jest silnik indukcyjny trójfazowy klatkowy. Wykonaj pomiary rezystancji uzwojeń i rezystancji izolacji. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) zapoznać się z układem zasilania i przeznaczeniem silnika, 2) pomiary rezystancji uzwojeń wykonać dla każdej fazy, przy rozwartych zaciskach, miernikiem uniwersalnym, 3) pomiary rezystancji izolacji wykonać miernikiem induktorowym 1000 V między każdym zaciskiem fazowym a korpusem silnika oraz między poszczególnymi rozwartymi uzwojeniami, 4) pomiary wykonać w warunkach zbliżonych do istniejących w czasie pracy, 5) zachować zasady bhp podczas wykonywania pomiarów, 6) porównać wyniki pomiarów z wartościami zalecanymi w poradnikach, 7) ocenić stan techniczny silnika. Uwaga: Nauczyciel powinien zaznajomić ucznia z zasadami obsługi mierników oraz pomiarów rezystancji uzwojeń i rezystancji izolacji. silnik indukcyjny trójfazowy, miernik uniwersalny, miernik rezystancji izolacji, skrzynka monterska, poradniki elektryka. 4.2.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) wskazać miejsce usytuowania tabliczki znamionowej silnika? 2) podać znaczenie parametrów umieszczonych na tabliczce znamionowej? 3) połączyć uzwojenia w gwiazdę i w trójkąt? 4) rozpoznać silnik na podstawie jego budowy, tabliczki znamionowej i tabliczki zaciskowej? 5) wyjaśnić rolę przełącznika zero-gwiazda-trójkąt? 6) uruchomić silnik przez przełącznik zero-gwiazda-trójkąt? 7) skorzystać z katalogu silników elektrycznych w celu dobrania odpowiedniego silnika? 19

4.3. Budowa i zasada działania silników synchronicznych. Rozruch silników synchronicznych 4.3.1. Materiał nauczania Silniki synchroniczne swoją nazwę zawdzięczają temu, że prędkość wirnika n jest równa prędkości wirowania pola magnetycznego stojana n 1. Prędkość ta jest zawsze jednakowa, niezależnie od wartości momentu obciążenia na wale maszyny. Mówimy, że silnik taki ma idealnie sztywną charakterystykę mechaniczną. n n 1 0 M N M Rys. 10. Charakterystyka mechaniczna silnika synchronicznego [5] W silnikach synchronicznych stojan pełni zwykle rolę twornika i jest wykonany tak samo jak w silnikach asynchronicznych. Wirnik natomiast ma pełnić rolę magneśnicy, czyli ma za zadanie wytwarzać stałe pole magnetyczne. Aby to było możliwe, wirnik powinien być wyposażony w uzwojenie wzbudzające zasilane prądem stałym. Silniki synchroniczne mają taką wadę, że nie posiadają własnego początkowego momentu rozruchowego, nie mogą więc samoczynnie rozpędzić się do prędkości synchronicznej. Aby silnik taki mógł ruszyć z miejsca, należy go zatem rozpędzić do prędkości synchronicznej za pośrednictwem pomocniczej maszyny napędowej i dopiero wtedy włączyć do sieci. Rozruch taki byłby dosyć kłopotliwy i dlatego opracowano różne metody rozruchu bezpośredniego. Najczęściej stosuje się tzw. rozruch asynchroniczny. Rozruch taki jest możliwy do przeprowadzenia w silnikach wyposażonych w tzw. klatkę rozruchową. Klatka taka wykonana jest podobnie jak w silniku indukcyjnym i pełni podobną rolę indukują się w niej prądy, które współdziałając z polem wirującym stojana wytwarzają siłę popychającą wirnik w kierunku ruchu pola wirującego. Po osiągnięciu przez wirnik prędkości około 0,95 prędkości synchronicznej n 1, załącza się źródło prądu wzbudzenia i dopiero wtedy wzbudzone bieguny wirnika zostaną przyciągnięte przez bieguny pola wirującego i wirnik wpadnie w synchronizm. Silniki synchroniczne stosowane są głównie jako maszyny dużej mocy, do napędu wentylatorów oraz dmuchaw. Cechą charakterystyczną silników synchronicznych jest to, że mogą one być dla sieci odbiornikami o charakterze rezystancyjno-pojemnościowym. Pobierając więc moc bierną pojemnościową oddają do sieci moc bierną indukcyjną. W związku z tym można je stosować w zakładach przemysłowych, gdy celem jest poprawa współczynnika mocy cosϕ. Specjalnym rodzajem silników synchronicznych są kompensatory synchroniczne. Są to maszyny przeznaczone wyłącznie do poprawy współczynnika mocy (do kompensacji mocy biernej) i nie przeznaczone do obciążenia ich mocą czynną na wale (końcówki wału takiej maszyny nie muszą być wyprowadzone na zewnątrz obudowy maszyny. Silniki synchronicznej małej mocy mogą być wykonane bez uzwojeń wzbudzających. Są to silniki histerezowe i reluktancyjne (patrz rozdział 4.7). 20

4.3.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jak zbudowany jest silnik synchroniczny? 2. Jaka jest zasada działania silnika synchronicznego? 3. Jakie znasz sposoby rozruchu silników synchronicznych? 4. Co to jest klatka rozruchowa? 5. Jaki jest przebieg charakterystyki mechanicznej silnika synchronicznego? 6. Jakich informacji o właściwościach silnika synchronicznego dostarcza charakterystyka mechaniczna? 7. W jakich przypadkach korzystne jest zamieniać silnik indukcyjny na synchroniczny? 4.3.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Rozpoznaj elementy budowy silnika synchronicznego na eksponacie znajdującym się na Twoim stanowisku pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) rozpoznać stojan i wskazać: rdzeń, uzwojenia, tabliczkę zaciskową, 2) scharakteryzować budowę i rolę rozpoznanych elementów, 3) wyjaśnić sposób zasilania uzwojeń stojana, 4) wskazać wirnik i rozpoznać na nim: rdzeń i uzwojenie wzbudzenia, 5) wyjaśnić, jaka jest rola wirnika w silniku synchronicznym, 6) scharakteryzować sposób doprowadzenia napięcia do uzwojenia wzbudzenia. eksponat silnika synchronicznego. Ćwiczenie 2 Wśród dostępnych rysunków różnych silników elektrycznych rozpoznaj silnik synchroniczny. Wybór uzasadnij. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) dokonać oględzin wszystkich rysunków przedstawiających różne silniki, 2) wskazać rysunek przedstawiający silnik synchroniczny, 3) uzasadnić swój wybór. rysunki różnych silników elektrycznych. 4.3.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) porównać budowę silnika synchronicznego i asynchronicznego? 2) wymienić wady i zalety silnika synchronicznego? 3) scharakteryzować właściwości silnika synchronicznego? 4) rozpoznać silnik synchroniczny na podstawie wyglądu zewnętrznego? 21

4.4. Rodzaje silników prądu stałego i ich budowa. Zasada działania silnika prądu stałego. Tabliczka znamionowa i tabliczka zaciskowa silnika prądu stałego 4.4.1. Materiał nauczania Silniki prądu stałego, tak jak wszystkie maszyny wirujące, składają się z nieruchomego stojana oraz wirnika. Stojan ma za zadanie wytwarzać strumień magnetyczny i dlatego nazywany jest magneśnicą, natomiast w wirniku tworzy się siła elektromotoryczna i dlatego nosi on nazwę twornika. Stojan składa się z kadłuba, do którego od wewnętrznej strony przymocowany jest rdzeń elektromagnesów głównych i (w niektórych silnikach) pomocniczych, zakończony nabiegunnikami. Nabiegunniki służą do odpowiedniego rozłożenia indukcji magnetycznej. Na rdzeniu biegunów głównych umieszczone są cewki uzwojenia wzbudzającego. Uzwojenie wzbudzające może być zasilane z obcego źródła lub też połączone szeregowo albo równolegle z uzwojeniem wirnika. W związku z tym silniki prądu stałego dzielą się na: obcowzbudne, samowzbudne: szeregowe, bocznikowe, szeregowo-bocznikowe. 1 a) b) c) d) Rys. 11. Uproszczone schematy silników prądu stałego [2]: a) silnik obcowzbudny, b) silnik bocznikowy, c) silnik szeregowy, d) silnik szeregowo-bocznikowy. 1 uzwojenie wzbudzenia Wirnik ma oś obrotu, czyli tzw. wał. Na wale, umieszczony jest rdzeń. Rdzeń jest wykonany z blach ze stali krzemowej o grubości 0,5 mm jednostronnie izolowanych lakierem. Na zewnętrznej części rdzenia wycięte są żłobki, w których ułożone jest uzwojenie twornika. Końce cewek tworzących uzwojenie twornika przyłącza się do odpowiednich wycinków komutatora. Do komutatora przylegają (grafitowe lub metalowe) szczotki, za pomocą których realizowane jest połączenie między wirującym twornikiem a nieruchomymi zaciskami silnika. Szczotki umieszczone są w specjalnych trzymaczach szczotkowych i dociskane są do komutatora za pomocą sprężyn. Zaciski, do których przyłączone są poszczególne uzwojenia silnika prądu stałego mają następujące oznaczenia literowe (tabela 1): 22

Tabela 1. Oznaczenia zacisków maszyn prądu stałego [2] Lp. Rodzaj uzwojenia Oznaczenie zacisków A1 A2 1 Uzwojenie twornika 2 Uzwojenie biegunów komutacyjnych 3 Uzwojenie kompensacyjne 4 Uzwojenie wzbudzające szeregowe 5 Uzwojenie wzbudzające bocznikowe 6 Uzwojenie obcowzbudne 7 Uzwojenie pomocnicze w osi podłużnej 8 Uzwojenie pomocnicze w osi poprzecznej B1 C1 D1 E1 F1 H1 J1 B2 C2 D2 E2 F2 H2 J2 Dodatkowe oznaczenia: I a prąd twornika [A], I f prąd wzbudzenia [A], I prąd pobierany z sieci [A], U napięcie zasilające twornik [V], R a rezystancja obwodu twornika [Ω], R f rezystancja obwodu wzbudzenia [Ω], E siła elektromotoryczna indukowana w tworniku (SEM) [V], n prędkość obrotowa wirnika silnika [obr/min], M moment elektrodynamiczny [Nm]. Aby silnik prądu stałego mógł działać, należy zasilić zaciski twornika ze źródła prądu stałego. Jednocześnie należy zapewnić zasilenie uzwojenia wzbudzenia w celu wytworzenia pola magnetycznego stojana. W wyniku wzajemnego współdziałania prądu płynącego w wirniku oaz pola magnetycznego stojana pojawia się siła działająca na wirnik i wprawiająca go w ruch obrotowy. Siła ta określona jest wzorem: F=B I a l [N] gdzie: B indukcja magnetyczna, I a natężenie prądu płynącego w tworniku, l długość czynna wirnika. Moment napędowy silnika określa zależność: M=F r [Nm] gdzie: r ramię działania siły (promień wirnika). Dla celów praktycznych stosowana jest zależność na moment określona wzorem: M = c Φ I a Gdzie: c stała konstrukcyjna. O właściwościach silnika najlepiej informuje charakterystyka mechaniczna, czyli zależność prędkości obrotowej n od momenty obciążenia M. 23

a) n n o b) n M M c) n 2 n o 1 M Rys. 12. Charakterystyki mechaniczne silników prądu stałego [2]: a) silnika bocznikowego, b) silnika szeregowego, c) silnika szeregowo-bocznikowego dozwolonego: zgodnie (1) i przeciwnie (2). Ze szczególną uwagą należy dokonać analizy charakterystyki mechanicznej silnika szeregowego, która jest charakterystyką miękką, silnie opadającą. Widać z niej, że gdy moment obciążenia w silniku jest bardzo mały, to wirnik silnika nabiera bardzo dużej prędkości obrotowej (rozbiega się). Jest to zjawisko bardzo niebezpieczne zarówno dla samej maszyny jak i dla obsługi i dlatego nie wolno dopuścić, aby silnik taki pracował bez obciążenia na wale (należy stosować do połączenia wału silnika z wałem maszyny roboczej sprzęgła nierozłączne lub przekładnie zębate). 4.4.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jak zbudowany jest wirnik silnika prądu stałego? 2. Jak zbudowany jest stojan silnika prądu stałego? 3. Jaki silnik prądu stałego nazywamy obcowzbudnym? 4. Jaki silnik prądu stałego nazywamy samowzbudnym? 5. Jak zbudowany jest silnik szeregowy prądu stałego? 6. Jak zbudowany jest silnik bocznikowy prądu stałego? 7. Jak oznacza się końcówki poszczególnych uzwojeń w maszynach prądu stałego? 8. Jaka jest rola komutatora w maszynie prądu stałego? 9. Jaka jest zasada działania silnika prądu stałego? 10. Od czego zależy moment elektrodynamiczny w silniku prądu stałego? 24

4.4.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Rozpoznaj rodzaj silnika prądu stałego na podstawie wyglądu przedstawionej poniżej tabliczki zaciskowej. A1 D1 A2 D2 Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) wymienić podstawowe rodzaje uzwojeń występujących w maszynach prądu stałego, 2) wyjaśnić, która część maszyny prądu stałego pełni rolę twornika i podać symbol literowy zacisków twornika, 3) wyjaśnić, co to jest uzwojenie wzbudzenia i wymienić rodzaje uzwojeń wzbudzenia w maszynach prądu stałego, 4) podać sposoby oznaczania końcówek uzwojeń wzbudzenia w maszynach prądu stałego, 5) rozpoznać rodzaj silnika, podać jego nazwę, wybór uzasadnić. rysunek tabliczki zaciskowej lub rzeczywista tabliczka zaciskowa silnika prądu stałego, zeszyt do ćwiczeń. Ćwiczenie 2 Rozpoznaj elementy budowy silnika prądu stałego na eksponacie znajdującym się na Twoim stanowisku pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) dokonać oględzin eksponatu, a następnie rozpoznać oraz wskazać: rdzeń twornika, uzwojenie twornika, komutator, szczotki, jarzmo, bieguny główne, bieguny pomocnicze, uzwojenie wzbudzenia, tabliczkę zaciskową, tabliczkę znamionową, 2) omówić przeznaczenie wskazanych elementów, a także określić rodzaj materiału, z jakiego zostały wykonane. rzeczywisty silnik prądu stałego, model silnika, plansza lub tablica poglądowa. 25

Ćwiczenie 3 Wykonaj pomiary rezystancji uzwojeń w silniku rozrusznika samochodowego oraz pomiary rezystancji izolacji między uzwojeniami a obudową silnika. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) dokonać oględzin silnika i zlokalizować w nim uzwojenie wzbudzenia i uzwojenie twornika, 2) zmierzyć rezystancję uzwojenia wzbudzenia stojana oraz rezystancję uzwojenia wirnika miernikiem uniwersalnym (pamiętając o odpowiednim ustawieniu zakresu miernika), 3) zmierzyć rezystancję izolacji miernikiem induktorowym między zaciskiem twornika a korpusem, 4) dokonać analizy wyników pomiarów i ocenić stan techniczny silnika. silnik rozrusznika samochodowego, miernik uniwersalny, megaomomierz do pomiaru rezystancji izolacji. Uwaga: Nauczyciel powinien zaznajomić ucznia z zasadami obsługi mierników oraz pomiarów rezystancji uzwojeń i rezystancji izolacji. 4.4.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) rozpoznać silnik prądu stałego na podstawie wyglądu zewnętrznego? 2) określić rolę poszczególnych podzespołów w silniku prądu stałego? 3) dokonać klasyfikacji silników w zależności od sposobu połączenia uzwojenia wzbudzenia z uzwojeniem wirnika? 4) rozpoznać rodzaj silnika na podstawie wyglądu tabliczki zaciskowej? 5) rozpoznać rodzaj silnika oraz sposób jego pracy na podstawie tabliczki znamionowej? 6) zmierzyć podstawowe parametry silników prądu stałego? 7) ocenić stan techniczny silnika na podstawie wyników pomiarów? 26

4.5. Rozruch, regulacja prędkości obrotowej, zmiana kierunku wirowania silników prądu stałego 4.5.1. Materiał nauczania W silnikach prądu stałego obowiązują podstawowe zależności: U > E gdzie: U jest napięciem zasilającym, a E to siła elektromotoryczna zaindukowana w tworniku. U = E+ U gdzie: U oznacza spadek napięcia wywołany przepływem prądu twornika I a. U = I a R a oraz E= c Φ n U = c Φ n + I a R a, a po przekształceniu tej zależności: U c Φ n I a = Ra W początkowym stanie rozruchu n = 0 więc E = 0 i wzór powyższy przyjmuje postać: U 0 I a = I R = Ra Ze wzoru widać, że prąd twornika wyznaczony dla n = 0 (prąd rozruchowy I R )ograniczony jest tylko rezystancją twornika R a. Aby ograniczyć prąd rozruchowy, należy w początkowym stanie rozruchu zwiększyć rezystancję obwodu wirnika. W tym celu w silnikach prądu stałego szeregowo z obwodem twornika włącza się rezystor rozruchowy nazywany rozrusznikiem. Jest to zwykle kilkustopniowy rezystor (oznaczony na rys. 13 symbolem Rar) przeznaczony do pracy tylko przy rozruchu, który po zakończeniu rozruchu należy zewrzeć. Układy silników prądu stałego z włączonym rozrusznikiem przedstawia rysunek 13. M A1 F1 F2 E1 E2 I f Ia A2 B1 I f R fr R fr A1 R ar A2 B1 B2 B2 I I f D1 D2 R fr A1 M M A2 B1 B2 R ar I a Rys. 13. Schematy silników: obcowzbudnego, bocznikowego i szeregowego z włączonym opornikiem rozruchowym R ar i regulacyjnym R fr [2] + - 27

Regulację prędkości obrotowej silników prądu stałego przeprowadza się w oparciu o zależność: U I a R a n = c Φ Ze wzoru tego wynika, że prędkość obrotową w silnikach prądu stałego regulować można przez: zmniejszenie napięcia zasilającego U, włączenie w obwód twornika dodatkowej rezystancji R, zmianę strumienia Φ, a przez to zmianę prądu wzbudzenia I f, Zmianę kierunku wirowania silników prądu stałego uzyskujemy przez zmianę kierunku prądu w uzwojeniu twornika albo w zwojeniu wzbudzenia (przez odpowiednie przełączenie). 4.5.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jaki stan pracy silnika prądu stałego nazywamy rozruchem? 2. Dlaczego często istnieje konieczność ograniczenia prądu rozruchowego? 3. W jaki sposób można ograniczyć prąd rozruchowy w silnikach prądu stałego? 4. Jakie znasz sposoby regulacji prędkości w silnikach prądu stałego? 5. W jaki sposób można wpłynąć na zmianę strumienia wzbudzającego w silniku? 6. W jaki sposób można zmienić kierunek wirowania wirnika silnika prądu stałego? 4.5.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Dany jest silnik prądu stałego małej mocy (np. silnik do napędu wycieraczek samochodowych) oraz źródło napięcia stałego (akumulator o napięciu 12 V).Uruchom ten silnik stosując się do zasad bhp i ochrony przeciwpożarowej na stanowisku pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) dokonać oględzin silnika, rozpoznać jego rodzaj i wskazać zaciski, do których należy podłączyć napięcie, 2) dokonać oględzin akumulatora, wskazać zaciski wyjściowe oraz podać ich biegunowość, 3) dobrać przewody łączeniowe oraz przełącznik załącz-wyłącz, 4) po akceptacji prowadzącego podłączyć silnik zachowując zasady bhp oraz ochrony ppoż. na stanowisku pracy. silnik do napędu wycieraczek samochodowych lub inny silnik prądu stałego, akumulator, przewody łączeniowe, przełącznik. Ćwiczenie 2 Obserwując sposób uruchomienia silnika obcowzbudnego za pośrednictwem prostownika sterowanego, wyjaśnij, jakie funkcje pełni prostownik w tym układzie. 28

Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) podać, jaka jest znamionowa wartość napięcia zasilającego ten silnik, 2) podać, jakie mogą być źródła takiego napięcia, 3) uzasadnić, dlaczego podczas rozruchu ustawiono najpierw mniejszą wartość napięcia i stopniowo podwyższano ją aż do napięcia znamionowego, 4) wskazać wady i zalety tego układu. silnik obcowzbudny prądu stałego, układ przekształtnikowy do zasilania silnika prądu stałego. Ćwiczenie 3 Na stanowisku pracy masz przygotowany układ silnika bocznikowego prądu stałego. Uruchom ten silnik, pamiętając o potrzebie ograniczenia prądu rozruchowego, a następnie dokonaj regulacji prędkości obrotowej wykorzystując do regulacji opornik R fr. A1 E1 E2 I f A2 B1 B2 R fr R ar I Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) dokonać analizy schematu połączeń silnika bocznikowego, 2) porównać układ zmontowany na stanowisku pracy z układem przedstawionym na rysunku, 3) rozpoznać rezystory R ar i R fr, 4) po uzyskaniu pozwolenia prowadzącego zajęcia uruchomić silnik, pamiętając o zachowaniu szczególnej ostrożności, 5) po osiągnięciu przez silnik znamionowej prędkości obrotowej, sprawdzić zakres regulacji prędkości rezystorem R fr, 6) zastosować zasady bhp i ochrony ppoż. obowiązujące na stanowisku pracy. stanowisko z dostępem do źródła napięcia stałego, zmontowany układ silnika bocznikowego prądu stałego. 4.5.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) uzasadnić potrzebę ograniczenia prądu rozruchowego w silniku? 2) rozróżnić rezystor rozruchowy od rezystora służącego do regulacji prędkości? 3) uruchomić silnik prądu stałego, włączając go bezpośrednio do sieci? 4) uruchomić silnik prądu stałego przez rozrusznik? 5) regulować prędkość obrotową w silniku prądu stałego? 29

4.6. Budowa silników komutatorowych prądu przemiennego. Rozruch, regulacja prędkości obrotowej, zmiana kierunku wirowania silników komutatorowych prądu przemiennego 4.6.1. Materiał nauczania Silniki komutatorowe prądu przemiennego mają budowę podobną do silników prądu stałego. Na stojanie umieszczony jest rdzeń wraz z nabiegunnikami (koniecznie pakietowany z cienkich izolowanych blach elektrotechnicznych), na których znajduje się uzwojenie wzbudzające. Wirnik, podobnie jak w maszynie prądu stałego, ma na wale rdzenia żłobki, w których umieszczone jest uzwojenie twornika (faliste lub pętlicowe). Silniki komutatorowe prądu przemiennego dzielą się na: jednofazowe: szeregowe, bocznikowe, repulsyjne. trójfazowe: szeregowe, bocznikowe, Schrage-Richtera. a) b) c) D1 E1 C D2 R fd E2 A1 F1 F2 U A1 M A2 M M U Rys. 14. Jednofazowe silniki komutatorowe [2] a) silnik szeregowy b) silnik bocznikowy c) silnik repulsyjny U A2 Silnik szeregowy (rys.14 a) jest najbardziej rozpowszechnionym rodzajem silnika komutatorowego prądu przemiennego. Ma on budowę podobną do budowy silników szeregowych prądu stałego. Jedyną różnicą jest to, że rdzeń stojana, objęty działaniem zmiennego strumienia magnetycznego, musi być całkowicie spakietowany z blach elektrotechnicznych (w celu wyeliminowania strat wiroprądowych). Silnik taki może być zasilany zarówno prądem przemiennym, jak i stałym i dlatego nazywa się go silnikiem uniwersalnym. Jest on stosowany w wiertarkach, urządzeniach gospodarstwa domowego. Silnik bocznikowy (rys.14 b) ma uzwojenie wzbudzenia wykonane z dużej liczby cienkich zwojów i połączone równolegle z uzwojeniem twornika. W celu zapewnienia poprawnej pracy maszyny w obwód uzwojenia wzbudzenia musi być włączony kondensator. Silnik repulsyjny (rys.14 c) ma uzwojenie wzbudzenia zasilane z sieci jednofazowej a uzwojenie twornika zwarte przez szczotki. Budowa zespołu szczotek umożliwia ich przesuwanie w dowolnym kierunku. Aby uruchomić taki silnik, należy wysunąć szczotki z osi obojętnej magnetycznie, a następnie odpowiednio je przesuwając regulować prędkość. 30

4.6.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jakie znasz rodzaje silników komutatorowych prądu przemiennego? 2. Jakie silniki komutatorowe prądu przemiennego są najbardziej rozpowszechnione? 3. Jak zbudowany jest jednofazowy silnik szeregowy? 4. Jakie właściwości napędowe ma silnik szeregowy? 5. W jaki sposób można regulować prędkość obrotową w silniku bocznikowym? 6. Jak zbudowany jest silnik repulsyjny? 4.6.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Rozpoznaj rodzaj komutatorowego silnika prądu przemiennego na podstawie jego wyglądu zewnętrznego, tabliczki znamionowej oraz tabliczki zaciskowej. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) dokonać oględzin silnika dostępnego stanowisku pracy, 2) zlokalizować tabliczkę znamionową i odczytać dane na niej zawarte, 3) zlokalizować tabliczkę zaciskową i wyciągnąć wnioski dotyczące sposobu zasilania maszyny, 4) rozpoznać rodzaj silnika, wybór uzasadnić. silnik komutatorowy prądu przemiennego. Ćwiczenie 2 Dany jest jednofazowy bocznikowy silnik komutatorowy bez kondensatora w uzwojeniu wzbudzenia. Dobierz zasilanie dla tego silnika korzystając z sieci trójfazowej. Sposób wykonania ćwiczenia L1 Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) wyjaśnić, jaki silnik nazywamy bocznikowym, N 2) wyjaśnić, jaką rolę w silniku bocznikowym pełni kondensator, 3) na przedstawionym obok wykresie wektorowym odnaleźć oraz wskazać napięcia fazowe i międzyfazowe, L3 L2 4) określić związek między wartością napięcia fazowego i międzyfazowego, 5) na przedstawionym obok wykresie odnaleźć pary napięć przesuniętych względem siebie o kąt 90 o, 6) zaproponować sposób podłączenia silnika do sieci trójfazowej, 7) po konsultacji z prowadzącym zajęcia narysować schemat podłączenia silnika w zeszycie do ćwiczeń. zeszyt do ćwiczeń, przybory kreślarskie. 31

4.6.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) rozpoznać silnik komutatorowy prądu przemiennego na podstawie wyglądu zewnętrznego, tabliczki znamionowej i tabliczki zaciskowej? 2) rozpoznać elementy składowe silnika komutatorowego na rysunku? 3) określić rolę poszczególnych elementów budowy silników komutatorowych prądu przemiennego? 4) dobrać zasilanie do silnika komutatorowego jednofazowego? 32

4.7. Maszyny specjalne. Rodzaje, budowa i zastosowanie 4.7.1. Materiał nauczania Silniki liniowe Tradycyjne silniki elektryczne przetwarzają energię elektryczną w energię mechaniczną przy ruchu obrotowym. Przetwarzanie to odbywa się za pośrednictwem pola magnetycznego. Silniki liniowe działają podobnie z tą różnicą, że energia elektryczna zamieniana jest na energię mechaniczną przy ruchu postępowym. Odpowiednikiem wirnika w tradycyjnym silniku jest w silniku liniowym bieżnik, wykonany najczęściej w postaci metalowej płyty przewodzącej. Częścią nieruchomą i odpowiednikiem stojana w tradycyjnym silniku jest w silniku liniowym induktor, wyposażony w uzwojenia zasilane prądem przemiennym. a) b) bieżnik c) induktor Rys. 15. Schematy budowy silników liniowych [5] a) z jednostronnym induktorem i jednowarstwowym bieżnikiem, b) z jednostronnym induktorem i dwuwarstwowym bieżnikiem, c) z dwustronnym induktorem i jednowarstwowym bieżnikiem. Silniki skokowe Silniki te noszą również nazwę silników krokowych, gdyż ich wirniki nie obracają się w sposób płynny tak jak w większości silników, lecz wykonują pewne przesunięcia kątowe, zwane krokami. Maszyny te mają stojan wyposażony w dużą liczbę par nabiegunników, na których nawinięte są uzwojenia wzbudzające. Wirnik wykonany jest z materiału ferromagnetycznego (może być w postaci magnesu trwałego). Po zasileniu poszczególnych par biegunów impulsowo prądem stałym, wirnik obraca się i zajmuje położenie zgodne z liniami sił pola magnetycznego. Aby osiągnąć określoną liczbę skoków (kroków), należy z odpowiednią częstotliwością zmieniać zasilanie kolejnych par biegunów lub biegunów połączonych w układy. Silniki takie stosuje się do sterowania w nowoczesnych układach automatyki przemysłowej. Silniki reluktancyjne i histerezowe Są to mikrosilniki (silniki małej mocy) zaliczane do grupy maszyn synchronicznych. Charakteryzują się one tym, że nie są wyposażone w uzwojenia wzbudzenia umieszczone na wirniku, ale swój moment obrotowy uzyskują dzięki charakterystycznej i odmiennej budowie. 33

Silniki reluktancyjne uzyskują moment obrotowy (napędowy) dzięki temu, że mają wystające bieguny i opór magnetyczny (reluktancja) wzdłuż osi biegunów jest większy niż w osi między biegunami. Silniki histerezowe mają wirniki wykonane z materiału o jak najszerszej pętli histerezy (np. ze stali kobaltowej) i dzięki temu uzyskują moment obrotowy, nazywany momentem histerezowym. 4.7.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jak zbudowany jest silnik liniowy? 2. Jakie są podobieństwa i różnice między silnikiem liniowym i wirującym? 3. Jaka jest zasada działania silnika skokowego? 4. Jakie cechy charakterystyczne w budowie ma silnik reluktancyjny? 5. Jakie cechy charakterystyczne w budowie ma silnik histerezowy? 4.7.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Korzystając z dostępnej literatury, dokonaj porównania budowy, działania, sposobu zasilania silnika indukcyjnego liniowego i silnika indukcyjnego wirującego. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) wyszukać wiadomości dotyczące budowy, działania, sposobu zasilania silników indukcyjnych wirujących, 2) wyszukać wiadomości dotyczące budowy, działania, sposobu zasilania silników indukcyjnych liniowych, 3) znaleźć podobieństwa i różnice między tymi silnikami, 4) zaprezentować wyniki swojej pracy. podręczniki maszyn elektrycznych, katalogi silników, zeszyt do ćwiczeń. Ćwiczenie 2 Dane są eksponaty dwóch różnych mikrosilników synchronicznych. Rozpoznaj wśród nich silnik histerezowy i reluktancyjny. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) dokonać oględzin obu eksponatów, 2) wskazać stojany obu maszyn, omówić ich budowę, wskazać podobieństwa i różnice, 3) wskazać wirniki obu maszyn, omówić ich budowę oraz podać cechy charakterystyczne, 4) rozpoznać i wskazać silnik histerezowy, wybór uzasadnić, 5) rozpoznać i wskazać silnik reluktancyjny, wybór uzasadnić. 34

eksponat silnika histerezowego i reluktancyjnego lub rzeczywiste silniki rozebrane na części. 4.7.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) wymienić silniki specjalnego wykonania? 2) scharakteryzować budowę i działanie silnika liniowego? 3) wskazać zastosowanie silników liniowych? 4) rozpoznać silnik reluktancyjny na eksponacie? 5) rozpoznać silnik histerezowy na eksponacie? 35

4.8. Sprzęganie silnika z maszyną roboczą. Zasady obsługi i konserwacji silników elektrycznych 4.8.1. Materiał nauczania Jeżeli praca jakiegoś urządzenia (tzw. maszyny roboczej) wymaga doprowadzenia do niego z zewnątrz energii mechanicznej, to mówimy, że to urządzenie to jest napędzane i mamy wtedy do czynienia z napędem. Jeżeli dodatkowo urządzeniem napędzającym maszynę roboczą jest silnik elektryczny, to mówimy o napędzie elektrycznym. W skład napędu elektrycznego oprócz maszyny napędzanej i maszyny napędzającej (silnika) wchodzą również przyrządy i urządzenia rozruchowe, regulacyjne, zabezpieczeniowe oraz części łączące silnik z maszyną roboczą sprzęgła, pasy klinowe, przekładnie pasowe lub przekładnie zębate. Sprzęgła stanowią elementy łączące mechanicznie wał silnika z maszyną napędzaną. W napędach elektrycznych stosuje się sprzęgła mechaniczne, elektromagnetyczne oraz hydrauliczne. Sprzęgła mechaniczne pracują bez żadnego poślizgu między częścią napędzaną a napędzającą i mogą być sztywne, elastyczne, włączalne i odłączalne w czasie ruchu, cierne lub odśrodkowe. Sprzęgła elektromagnetyczne wykorzystują w swoim działaniu oddziaływanie pola magnetycznego na indukowane przez to pole prądy i dzielą się na cierne, proszkowe, indukcyjne (pierścieniowe, klatkowe i wiroprądowe) oraz synchroniczne. Sprzęgła hydrauliczne przenoszą moment napędowy za pomocą cieczy, najczęściej oleju o małej lepkości. Pasy klinowe stosuje się wtedy, gdy chodzi o zmniejszenie odległości między wałem silnika a wałem maszyny napędzanej. Przekładnie pasowe stosuje się w napędach o prędkościach obrotowych w granicach od 50 do1500 obr/min. W przekładniach tych stosuje się głównie pasy skórzane pojedyncze lub sklejane warstwami. D1.. a D2 Rys. 16. Połączenie przekładnią pasową [5] Jeżeli D1 oznacza średnicę koła pasowego silnika, a D2 średnicę koła pasowego urządzenia napędzanego to można podać zależność: n 1 D1 = n2 D2 Gdzie n 1 prędkość obrotowa wirnika silnika, n 2 prędkość urządzenia napędzanego Przekładnie zębate umożliwiają spośród wszystkich rodzajów połączeń najbardziej zwartą budowę napędu, ale ich wadę stanowi brak elastyczności wszelkie szarpnięcia i uderzenia przenoszą się z silnika na maszynę roboczą i odwrotnie. 36

Przygotowując maszynę do uruchomienia należy sprawdzić czy sam silnik oraz aparatura elektryczna znajdują się w należytym stanie. W tym celu należy: 1. Oczyścić silnik i aparaturę z kurzu i wycieków oleju. 2. Sprawdzić czy śruby, nakrętki i zaciski nie są obluzowane. 3. Sprawdzić stopień zużycia szczotek i komutatora. 4. Sprawdzić stan przewodów łączeniowych. 5. Sprawdzić stan zabezpieczeń. 6. Sprawdzić, czy poprawnie połączono silnik z maszyną roboczą. 7. Uprzedzić obecnych o uruchomieniu maszyny. W czasie pracy silnika należy zwracać uwagę na dźwięk wydawany przez maszynę. Podczas normalnej pracy silnik wydaje bowiem dźwięk cichy, jednostajny, którego często w ogóle nie słychać. Jeżeli dźwięk staje się głośniejszy, słychać buczenie, świadczy to o nieprawidłowej pracy urządzenia. Należy często sprawdzać nagrzanie silnika i łożysk. Wokół maszyny należy utrzymywać czystość i porządek. Obsługa silnika w czasie postoju ma na celu utrzymanie go w stałej gotowości do ruchu. W tym celu należy dokonywać regularnych przeglądów silnika oraz aparatury i usuwać zauważone usterki. W razie stwierdzenia poważnych uszkodzeń należy oddać silnik do remontu. 4.8.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jakie elementy wchodzą w skład układu napędowego? 2. Jakie znasz rodzaje połączeń silnika maszyną roboczą? 3. Co to są sprzęgła i jakie znasz rodzaje sprzęgieł? 4. Czym charakteryzują się sprzęgła elektromagnetyczne? 5. W jaki sposób należy przygotować silnik elektryczny do pracy? 6. Co to są oględziny, a co to są przeglądy silnika? 7. Gdzie można odnaleźć informacje odnośnie zakresu i terminów przeglądów silników elektrycznych? 4.8.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Opracuj harmonogram czynności, jakie należy wykonać przygotowując do uruchomienia stary, trójfazowy silnik indukcyjny klatkowy. Sposób wykonywania ćwiczenia: Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) zaplanować układ czynności wykonywanych podczas oględzin silnika, ze szczególnym uwzględnieniem sprawdzenia stanu łożysk, stanu tabliczki zaciskowej, sposobu oraz poprawności połączenia uzwojeń i wyprowadzenia zacisków, 2) wyszukać informacje w różnych źródłach i zapisać układ czynności wykonywanych podczas prób i pomiarów, 3) określić kolejność ewentualnych czynności naprawczych i konserwacyjnych oraz sposób ich wykonania, 4) sporządzić wykaz potrzebnych narzędzi i przyrządów pomiarowych, 37

5) zaproponować sposób podłączenia silnika do sieci, 6) zaprezentować wyniki swojej pracy. silnik indukcyjny trójfazowy klatkowy, poradnik elektroenergetyka przemysłowego, instrukcje obsługi przyrządów pomiarowych, zeszyt do ćwiczeń. Uwaga: Ćwiczenie należy wykonywać w grupach dwuosobowych, mając 45 minut na zrealizowanie zadania. Ćwiczenie 2 Korzystając z dostępnej literatury, norm i przepisów eksploatacji silników elektrycznych wyszukaj informacje na temat możliwych przyczyn uszkodzenia silników asynchronicznych oraz sposobów usuwania usterek w pracy tych silników. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) wymienić możliwe przyczyny następujących usterek: zbyt silne nagrzewanie się łożysk, silnik jest zbyt gorący, po włączeniu silnik nie rusza, po włączeniu następuje zadziałania wyłączników samoczynnych, zbyt mała prędkość obrotowa silnika, nieodpowiedni kierunek wirowania, nadmierne drgania maszyny, 2) opisać sposoby wykrycia i usunięcia usterki. podręczniki, poradniki dla elektryków, przepisy eksploatacji silników elektrycznych, zeszyt do ćwiczeń. 4.8.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) rozpoznać rodzaj połączenia silnika z maszyną roboczą? 2) skorzystać z przepisów eksploatacji silników elektrycznych? 3) dokonać oględzin silnika i na tej podstawie ocenić jego stan techniczny? 4) skorzystać z literatury w celu zdobycia informacji na temat zasad obsługi i konserwacji silników elektrycznych? 38

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ INSTRUKCJA DLA UCZNIA 1. Przeczytaj uważnie instrukcję, masz na tę czynność 5 minut. 2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi. 3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych. 4. Test zawiera 20 zadań dotyczących uruchamiania silników elektrycznych oraz pomiarów ich parametrów. Są to zadania wielokrotnego wyboru. 5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce znak X. W przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową. 6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania. 7. Możesz uzyskać maksymalnie 20 punktów 8. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż rozwiązanie zadania na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci czas wolny. 9. Na rozwiązanie testu masz 40 minut. 10. Po zakończeniu testu podnieś rękę i zaczekaj, aż nauczyciel odbierze od Ciebie pracę. Powodzenia! ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1. Silniki indukcyjne klatkowe noszą również nazwę silników: a) pierścieniowych, b) zwartych, c) komutatorowych, d) krokowych. 2. Symbol S2 podany na tabliczce znamionowej silnika oznacza, że silnik jest przeznaczony do pracy: a) ciągłej, b) okresowej, c) dorywczej, d) nieokresowej. 3. Stopień ochrony silników przed dostępem ciał obcych i wody oznacza się symbolem: a) IK, b) IP, c) SI, d) SQ. 4. Silniki jednofazowe indukcyjne z rezystancyjną fazą rozruchową mają: a) zwiększoną rezystancję fazy rozruchowej, b) zmniejszoną rezystancje fazy rozruchowej, c) zwiększoną rezystancję fazy głównej, d) zmniejszoną rezystancję fazy głównej. 39

5. Przedstawiony niżej rysunek oznacza uproszczony schemat silnika prądu stałego: a) szeregowego, b) bocznikowego, c) obcowzbudnego, d) szeregowo-bocznikowego. 6. Układ połączeń na tabliczce zaciskowej wskazuje, że jest to silnik prądu stałego: a) bocznikowy, A1 A2 b) szeregowy, F1 F2 c) obcowzbudny, d) szeregowo-bocznikowy. 7. Rdzenie silników elektrycznych wykonuje się z: a) pakietu blach żelazo-krzemowych, b) pakietu blach miedzianych, c) pakietu blach aluminiowych, d) pakietu blach żelazo-niklowych. 8. Symbol P N = 0,6 kw podany na tabliczce znamionowej silnika oznacza: a) moc elektryczną czynną pobieraną przez silnik z sieci, b) moc elektryczną bierną pobieraną przez silnik z sieci, c) moc mechaniczną oddawaną przez silnik na wale, d) moc elektryczną przekazywaną ze stojana na wirnik. 9. Do pomiaru rezystancji izolacji w silniku należy zastosować: a) woltomierz, b) mostek Thomsona, c) omomierz, d) megaomomierz. 10. Rozruch silnika pierścieniowego przeprowadza się za pomocą: a) autotransformatora, b) przełącznika gwiazda - trójkąt, c) rozrusznika włączonego do obwodu wirnika, d) opornika włączonego do obwodu stojana. 11. Wadą rozruchu metodą gwiazda trójkąt jest: a) trzykrotnie większy moment rozruchowy, b) trzykrotnie mniejszy moment rozruchowy, c) trzykrotnie większy prąd rozruchowy, d) trzykrotnie mniejsze napięcie fazowe. 12. Rysunek obok przedstawia schemat wirnika silnika: a) indukcyjnego klatkowego, b) komutatorowego trójfazowego, c) komutatorowego jednofazowego, d) indukcyjnego pierścieniowego. 40

13. Silniki histerezowe zaliczane są do maszyn: a) komutatorowych prądu przemiennego, b) komutatorowych prądu stałego, c) synchronicznych, d) indukcyjnych. 14. Wadą silnika synchronicznego jest: a) zbyt duży moment rozruchowy, b) brak momentu rozruchowego, c) możliwość nadmiernego wzrostu prędkości, d) zbyt duży pobór mocy biernej indukcyjnej. 15. Wzrost prędkości obrotowej w silniku prądu stałego uzyskać można przez: a) zwiększenie rezystancji w obwodzie wirnika, b) zmniejszenie strumienia wzbudzającego, c) zmniejszenie napięcia zasilającego, d) zwiększenie strumienia wzbudzającego. 16. W celu zmiany kierunku wirowania w silniku indukcyjnym trójfazowym należy: a) zmienić liczbę par biegunów w silniku, b) zmniejszyć wartość napięcia zasilającego, c) zmienić wartość rezystancji uzwojeń stojana, d) zmienić kierunek wirowania pola magnetycznego stojana. 17. Niebezpiecznym w skutkach zagrożeniem wynikającym z pracy silnika szeregowego prądu stałego bez obciążenia jest możliwość: a) powstania łuku elektrycznego, b) rozbiegania się, c) przegrzania uzwojeń twornika, d) gwałtownego zahamowania wirnika. 18. Rysunek przedstawia wirnik silnika: a) pierścieniowego, b) komutatorowego, c) klatkowego, d) kubkowego. 19. Podczas wykonywania połączeń silników prądu przemiennego z siecią należy pamiętać, że: a) przewód ochronny ma barwę żółto-zieloną i podłączamy go do obudowy silnika, b) przewód ochronny ma barwę niebieską i podłączamy go do zacisku fazowego, c) przewód ochronny ma barwę żółto-zieloną i podłączamy go do zacisku fazowego, d) przewód ochronny ma barwę niebieską i podłączamy go do obudowy silnika. 20. Rysunek obok przedstawia schemat silnika: a) komutatorowego prądu stałego, b) komutatorowego prądu przemiennego, c) indukcyjnego zwartobiegunowego, d) indukcyjnego z kondensatorową fazą rozruchową. 41