Temat: Zjawiska występujące podczas pracy silnika indukcyjnego. 1

Temat: Zjawiska występujące podczas pracy silnika indukcyjnego. 1

Temat: Zjawiska występujące podczas pracy silnika indukcyjnego.
1. Zasada oznaczania podstawowych wielkości występujących w maszynie indukcyjnej:
a) wszystkie wielkości odnoszące się do stojana oznaczane są ze wskaźnikiem 1, np.
U1, f1, N1, n1 (prędkość wirowania pola magnetycznego stojana)
b) wszystkie wielkości odnoszące się do wirnika oznaczane są ze wskaźnikiem 2, np.
U2, f2, N2, z wyjątkiem prędkości z jaką wiruje wirnik oznaczonej przez n bez żadnego
wskaźnika
c) wszystkie wielkości charakterystyczne dla biegu jałowego (bez obciążenia)
oznaczane są ze wskaźnikiem 0, np. P0, cos0
d) wszystkie wielkości charakterystyczne dla stanu zwarcia oznaczane są ze
wskaźnikiem z, np. cosz, Pz
Zdecydowana większość maszyn indukcyjnych to maszyny trójfazowe.
Każda trójfazowa maszyna indukcyjna składa się:


z nieruchomego stojana, w którym jest umieszczone uzwojenie trójfazowe zasilane
z wirnika, z takim samym uzwojeniem, jak w stojanie lub z uzwojeniem klatkowym
Jeżeli uzwojenie stojana jest zasilane prądem trójfazowym, to powstaje wirujące
z prędkością n1 pole magnetyczne pochodzące od uzwojenia stojana. Prędkość ta zależy od
częstotliwości f1 i liczby par biegunów p uzwojenia zgodnie ze wzorem
60 ∙
gdzie: n1 – prędkość w obr/min
Jest to prędkość synchroniczna.
W wirującym polu stojana jest umieszczony wirnik z uzwojeniem. W czasie, gdy wirnik jest
jeszcze nieruchomy (n = 0), pole wiruje względem wirnika z prędkością n1 i przecina pręty
wirnika indukując w nich siłę elektromotoryczną.
4,44 ∙
∙
∙
∙Φ
gdzie: E20 – siła elektromotoryczna indukowana w nieruchomym wirniku, ku2 – współczynnik uzwojenia wirnika
uwzględniający fakt, że uzwojenie jest rozłożone i siła elektromotoryczna indukowana w danej fazie jest sumą
geometryczną, a nie algebraiczną wszystkich sem indukowanych w bokach zezwojów należących do tej samej
fazy, N2 – liczba zwojów uzwojenia wirnika, f1 – częstotliwość napięcia zasilającego stojan (częstotliwość, z jaką
są przecinane pręty w uzwojeniu nieruchomego wirnika), Φ - strumień główny (wirujący)
Strumień wirujący indukuje również siłę elektromotoryczną E1 w uzwojeniu stojana:
4,44 ∙
∙
∙
∙Φ
gdzie: ku1 – współczynnik uzwojenia stojana, N1 – liczba zwojów uzwojenia stojana
Zasada działania maszyny indukcyjnej.
Po zamknięciu obwodu uzwojenia wirnika, pod wpływem indukowanego w tym uzwojeniu
napięcia E20, popłynie prąd. Na skutek oddziaływania pola magnetycznego na przewodniki
z prądem powstanie moment elektromagnetyczny M. Jeżeli moment ten osiągnie wartość
większą niż moment obciążenia (moment hamujący) Mh, pochodzący od przyłączonej
maszyny roboczej i od tarcia, to wirnik zacznie się obracać. Maszyna pracuje teraz jako
silnik, bo przetwarza pobraną z sieci energię elektryczną w energię mechaniczną.
Stosując regułę Lenza, można powiedzieć, że wirnik podąża za obracającym się polem
stojana i wiruje w kierunku zgodnym z kierunkiem wirowania tego pola, dążąc do osiągnięcia
prędkości synchronicznej.
Maszyna wytwarza moment elektromagnetyczny M przy wszystkich prędkościach wirnika
z wyjątkiem prędkości synchronicznej. Maszyny działające na tej zasadzie nazywamy
maszynami asynchronicznymi lub maszynami indukcyjnymi.
Nazwa maszyna indukcyjna wynika stąd, że w obwodzie wirnika napięcie pojawia się
w wyniku indukcji elektromagnetycznej, a nie jest doprowadzone z zewnątrz tak jak w innych
silnikach (np. synchronicznych, prądu stałego).
Cechy charakterystyczne silników indukcyjnych.
a) Jedną z charakterystycznych cech silników elektrycznych jest samoczynna zdolność
przystosowania się do zmian obciążenia. Silnik indukcyjny, napędzający maszynę
roboczą o zmieniającym się obciążeniu pracuje przy zmieniającej się prędkości
obrotowej. W stanie obciążenia silnika momentem znamionowym wirnik wiruje
z prędkością mniejszą od synchronicznej tylko o kilka procent.
Przy prędkości wirowania wirnika n pole obraca się względem wirnika z prędkością:
n2 = n1 – n
b) Poślizg – stosunek prędkości pola względem wirnika do prędkości synchronicznej
lub w procentach
∙ 100
%
Poślizg przy obciążeniu znamionowym wyraża się zależnością:
2
%
Gdy wirnik jest nieruchomy
0
1
5%
a gdy wiruje z prędkością synchroniczną (co jest możliwe tylko przy napędzaniu
wirnika)
0
c) Prędkość wirnika
1
Prędkość wirowania wirnika jest tym większa, im mniejszy jest poślizg.
d) Częstotliwość napięcia indukowanego w obracającym się wirniku zależy od prędkości
n2 wirowania pola względem wirnika
∙
60
Przy określonym poślizgu s, z jakim pracuje maszyna, częstotliwość ta wynosi
∙
60
Mnożąc licznik i mianownik przez n1, otrzymamy:
∙
∙
∙ 60
e) Napięcie E2 indukowane w wirniku wirującym z dowolną prędkością n:
4,44 ∙
∙
∙Φ∙
4,44 ∙
∙
∙Φ∙s∙
∙
Prąd I2, jaki popłynie w wirniku pod wpływem napięcia E2, ma też częstotliwość f2, wytwarza
więc pole, które wiruje względem wirnika z prędkością:
60 ∙
60 ∙
∙
∙
Suma prędkości wirnika i prędkości pola wytwarzanego przez prąd wirnika:
∙ 1
∙
Wniosek:
Pole magnetyczne wytworzone przez prąd stojana i wirnika są względem siebie nieruchome
przy każdej prędkości wirnika. Jest to ogólna zasada odnosząca się do wszystkich maszyn:
w stanach ustalonych. Pola magnetyczne stojana i wirnika tworzą zatem jedno wspólne pole,
które indukuje w stojanie i w wirniku napięcia E1 i E2.