str. 1

Temat: Wielkości charakteryzujące pracę silnika indukcyjnego.
1. Praca silnikowa.
Maszyna indukcyjna jest silnikiem przy prędkościach 0 < n < n1, co odpowiada zakresowi poślizgów 1 > s > 0.
Moc pobierana z sieci prawie w całości jest zamieniana na moc mechaniczną i oddawana przez wał do
napędzanego urządzenia; niewielka część mocy pobranej z sieci jest tracona na ciepło w miedzi i w stali.
2. Praca prądnicowa.
Maszyna indukcyjna jest prądnicą, jeżeli prędkość wirnika jest większa od prędkości synchronicznej, czyli
n > n1 (s < 0).
Może to się zdarzyć gdy maszyna indukcyjna jest połączona z inną maszyną, która ją napędza. Pręty wirnika
przecinają pole w przeciwnym kierunku niż przy pracy silnikowej, zmienia się zwrot napięcia indukowanego w
wirniku i kierunek prądu, a także kierunek momentu elektromagnetycznego M, który działa teraz w kierunku
przeciwnym do kierunku prędkości.
Maszyna indukcyjna podczas pracy prądnicowej oddaje do sieci moc czynną elektryczną, ale pobiera z tej
sieci moc elektryczną bierną do wytworzenia strumienia magnetycznego.
3. Praca hamulcowa.

Maszyna indukcyjna jest hamulcem, jeżeli prędkość wirowania wirnika n < 0, tzn. jeżeli moment
elektromagnetyczny maszyny działa w kierunku zgodnym z kierunkiem wirowania pola, a więc przecie
działa momentowi zewnętrznemu.
Wirnik maszyny załączonej do sieci będzie obracany w kierunku przeciwnym do kierunku prędkości
pola magnetycznego, pręty wirnika będą wirowały względem pola z prędkością większą od
synchronicznej.
Napięcie indukowane w wirniku będzie większe od E20, a częstotliwość tego napięcia większa od f1,
gdyż przy n < 0 mamy s > 1.


Maszyna pobiera moc mechaniczną i cała ta moc, łącznie z mocą elektryczną pobieraną z sieci, jest
w maszynie zamieniana na ciepło. Maszyna jest w takim przypadku hamulcem elektrycznym.
4. Bieg jałowy silnika indukcyjnego.
Biegiem jałowym silnika indukcyjnego nazywamy taki stan pracy, w którym obwód wirnika jest zamknięty, do
uzwojeń stojana jest doprowadzone napięcie, a wał silnika nie jest obciążony żadnym momentem.
W warunkach tych wirnik wiruje z bardzo dużą prędkością zbliżoną do prędkości synchronicznej, występuje
niewielki poślizg s0 = 0,001, w wirniku indukuje się siła elektromotoryczna i płynie prąd.
Moc oddawana przez silnik biegnący jałowo jest równa zeru (wał silnika nie jest obciążony), a więc moc
pobierana przez silnik P0 w całości idzie na pokrycie strat.
Cała moc pobrana przez silnik biegnący jałowo jest zużyta na pokrycie:

strat w uzwojeniu stojana
∆

str.1 ∙
strat w stali
∆
∙
∙

strat mechanicznych Pm
stąd
∆
∆
∆
Straty jałowe P0, które nie zależą od obciążenia
∆
∆
Prąd jałowy w typowych maszynach indukcyjnych przy zasilaniu napięciem znamionowym wynosi:
0,25
0,5 ∙
Współczynnik mocy przy biegu jałowym:
0,1
0,2
Mały współczynnik mocy wskazuje, że silnik przy biegu jałowym pobiera z sieci niemal wyłącznie moc bierną
indukcyjną.
Znaczny w porównaniu ze znamionowym, prąd jałowy i mały współczynnik mocy stanowią zasadnicze wady
silnika indukcyjnego.
Pobierana przez silnik moc bierna:


powoduje zwiększenie strat zasilania
ogranicza pobór mocy ze źródła i sieci zasilającej
UWAGA !!!
SILNIKI INDUKCYJNE NIE OBCIĄŻONE POWINNY BYĆ WYŁĄCZONE Z SIECI.
5. Charakterystyka biegu jałowego.
Przy zmianie napięcia zasilającego U1 zmienia się prąd I0, moc P0 pobierana z sieci i cos 0.
str.2 6. Układ połączeń do badania silników indukcyjnych.
Pomiary wykonuje się przy napięciu regulowanym od 1,3 UN do takiej wartości minimalnej przy której silnik
zacznie wyraźnie zmniejszać prędkość obrotową.
7. Stan zwarcia silnika indukcyjnego.
Stanem zwarcia silnika indukcyjnego nazywamy taki stan, w którym do uzwojenia stojana jest doprowadzone
napięcie, a obwód wirnika jest zwarty i wirnik jest unieruchomiony.
W takiej sytuacji n = 0, a więc s = 1, stąd prąd wirnika jest stosunkowo duży i może osiągnąć 4÷10 IN.
Pobrana przez silnik w stanie zwarcia moc elektryczna jest w całości zamieniana na ciepło na skutek strat
(moc mechaniczna nie jest wydawana, ponieważ wirnik się nie obraca).
Całkowita moc pobrana Pz idzie na pokrycie strat obciążeniowych (w uzwojeniu stojana PCu1 i w uzwojeniu
wirnika PCu2):
∆
∆
Napięciem zwarcia uz maszyny indukcyjnej nazywamy takie napięcie, jakie należy doprowadzić do uzwojenia
jednej ze stron, np. stojana, aby przy zwarciu uzwojenia drugiej strony i unieruchomionym wirniku popłynął
prąd znamionowy po stronie zasilanej.
Napięcie zwarcia, podobnie jak w transformatorze, podaje się w stosunku do napięcia znamionowego:
∙ 100
%
Napięcie zwarcia typowych maszyn indukcyjnych wynosi 10÷25% UN.
Jeżeli maszynę indukcyjną w stanie zwarcia zasilimy napięciem znamionowym, to pobiera ona prąd zwarciowy
Iz = 4÷10 IN, a jeżeli zasilimy ją napięciem zwarcia, to pobiera prąd znamionowy.
Zależność między prądem zwarciowym Iz, prądem znamionowym IN i napięciem zwarcia uz% jest następująca:
∙
100
%
W transformatorze stan zwarcia przy napięciu znamionowym występuje tylko jako stan awaryjny, natomiast
w silnikach klatkowych występuje on przy każdym załączeniu (rozruchu) silnika do sieci, jeżeli nie stosuje się
specjalnych urządzeń do obniżania napięcia.
W silnikach pierścieniowych prąd zwarciowy (prąd rozruchowy) można zmniejszyć przez zwiększenie
rezystancji obwodu wirnika.
str.3 8. Stan obciążenia silnika indukcyjnego.

Stan obciążenia silnika indukcyjnego występuje wtedy, gdy silnik jest sprzężony z maszyną napędzaną
przy jednoczesnym zasilaniu uzwojenia stojana napięciem z sieci.
 W stanie obciążenia ustala się prędkość obrotowa wirnika, przy jakiej występuje równowaga momentu
wydawanego przez silnik M i hamującego Mh.
 Przy każdej zmianie obciążenia moment wydawany przez silnik dostosowuje się do momentu
hamującego, gdyż zmianie obciążenia towarzyszy zmiana prędkości obrotowej.
 Przy zmianie obciążenia zmienia się poślizg, a co za tym idzie zmienią się prądy płynące
w uzwojeniach, współczynnik mocy maszyny, moc czynna pobierana oraz bilans mocy,
a w konsekwencji moment wydawany przez silnik aż do ponownego ustalenia się równowagi
momentów M = Mh.
a) Charakterystyki maszyny indukcyjnej pracującej przy U1 = const, f1 = const.
b) Stabilność (stateczność)
Z właściwościami ruchowymi maszyn pracujących pod obciążeniem ściśle wiąże się zagadnienie stabilności
pracy zespołu silnik – maszyna napędzana
W pracy takiego zespołu można wyróżnić stany mechaniczne:


ustalone
nieustalone
W stanie ustalonym prędkość obrotowa n zespołu jest stała.
Stan ustalony, to taki w którym moment M rozwijany przez silnik jest równy co do wartości, lecz przeciwnie
skierowany do statycznego momentu obciążenia Mh maszyny napędzanej.
Różnica między tymi momentami to tzw. moment dynamiczny Md.
Jeżeli moment dynamiczny jest dodatni Md > 0 (moment wytworzony w silniku jest większy od momentu
hamującego), to układ przyspiesza, natomiast jeżeli moment dynamiczny jest ujemny Md < 0 (moment
wytworzony w silniku jest mniejszy od momentu hamującego), to układ zwalnia.
str.4 c)





Stany nieustalone w pracy maszyny wirujących występują w różnych warunkach pracy, przy:
rozruchu
regulacji prędkości obrotowej
zatrzymywaniu się układu
zmianie obciążenia
zmianie warunków zasilania
d) Praca stabilna i niestabilna
Po zaburzeniu stanu równowagi momentów zespołu pracującego dotychczas w stanie ustalonym mogą
zaistnieć dwa przypadki:


praca stabilna – jeżeli po zniknięciu krótkotrwałego zaburzenia układ wraca do stanu równowagi
praca niestabilna – jeżeli w przypadku zaburzenia układ zatrzymuje się lub wykazuje tendencję do
rozbiegania się (nieograniczonego wzrostu prędkości obrotowej)
W zakresie pracy stabilnej następuje samoczynne dostosowanie parametrów pracy silnika do wartości
momentu hamującego, powodując przy każdej wartości tego momentu odpowiedni stan ustalony.




w zakresie poślizgów sk < s < 1 mamy zakres pracy niestabilnej silnika
moment silnika jest proporcjonalny do kwadratu doprowadzonego napięcia, każde obniżenie napięcia
w sieci spowoduje znaczne zmniejszenie momentu wytworzonego w silniku
punkt pracy znamionowe silnika musi leżeć w zakresie pracy stabilnej dość daleko od momentu
krytycznego, aby obniżenie napięcia nie spowodowało zahamowania silnika
najczęściej moment znamionowy MN silnika indukcyjnego jest co najmniej 2 razy mniejszy od jego
momentu krytycznego Mk, czyli przeciążalność silnika
2
e) Zakres pracy stabilnej silnika indukcyjnego
str.5 f)
str.6 Pięć stanów pracy maszyny indukcyjnej