background image

POLITECHNIKA GDAŃSKA 

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI 

KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI I MASZYN ELEKTRYCZNYCH 

 
 
 
 
 
 

LABORATORIUM 

M A S Z Y N Y   E L E K T R Y C Z N E  

 
 

ĆWICZENIE (MI)

 

 

MASZYNY INDUKCYJNE/ASYNCHRONICZNE TRÓJFAZOWE 

BADANIE CHARAKTERYSTYK: 

BIEGU JAŁOWEGO i ZWARCIA 

 

Materiały pomocnicze 
 
Kierunek Elektrotechnika 
Studia stacjonarne 1-szego stopnia 
semestr 3 

 
 

 

    Opracował 

 

 

 

 

 

Mieczysław Ronkowski 

 

    Grzegorz 

Kostro 

 

 

 

 

 

Michał Michna 

 
 

 

 
 
 
 

Gdańsk 2011-2012 

 
 

background image

M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna: 

2

ĆWICZENIE (MI) 
 
MASZYNY INDUKCYJNE/ASYNCHRONICZNE TRÓJFAZOWE 
BADANIE CHARAKTERYSTYK: BIEGU JAŁOWEGO i ZWARCIA 

Program ćwiczenia 

•  Pomiar rezystancji uzwojeń. 
•  Pomiar charakterystyki biegu jałowego. 
•  Pomiar charakterystyki stanu zwarcia (wirnik nieruchomy). 
 

1. 

TEORIA 

1.1. Budowa, działanie i model fizyczny maszyny indukcyjnej 

 

Maszyna indukcyjna/asynchroniczna (MI) jest przetwornikiem elektromechanicznym (rys. 1.1) o 

trzech wrotach, które fizycznie reprezentują: „wejścia elektryczne” – zaciski uzwojenia stojana „s”; 
„wyjścia/wejścia elektryczne” – zaciski uzwojenia wirnika „r”; „wyjście/wejście mechaniczne” – koniec 
wału (sprzęgło) „m”. Moc elektryczna (dostarczana) P

s

 i moc mechaniczna (odbierana) P

m

 ulegają 

przemianie elektromechanicznej za pośrednictwem pola magnetycznego. Energia pola magnetycznego jest 
energią wewnętrzną maszyny, gdyż przetwornik nie ma możliwości wymiany tej energii z otoczeniem. 

 a) 

 

T

m

m

P

s

P

r

P

m

s

r

m

Q

s

Q

r

T

L

U

s

I

s

U

s

I

s

 

 b) 

 

 

Rys. 1.1. Maszyna indukcyjna/asynchroniczna (strzałkowanie dla pracy silnikowej): 

a)  trójwrotowy przetwornik elektromechaniczny z wirnikiem pierścieniowym 

b)  dwuwrotowy przetwornik elektromechaniczny z wirnikiem klatkowym 

wrota (zaciski) obwodu stojana „s” – dopływ energii elektrycznej przetwarzanej ma energię mechaniczną, wrota 

obwodu wirnika „r” – odpływ energii do odbiornika lub sieci zasilającej,  

wrota układu (obwodu) mechanicznego „m” – odpływ energii mechanicznej  

Uwaga:  

Działanie maszyny indukcyjnej/asynchronicznej oparte jest na wykorzystaniu idei pola o wirującym 
strumieniu magnetycznym, wzbudzanym metodą elektromagnetyczną.  

 

Prędkość wirowania pola wzbudnika/induktora określona jest wzorem: 

p

f

e

s

 

2

π

Ω

=

 [rad/s] 

lub 

 

p

f

n

e

s

60

=

 [obr/min] 

gdzie: f

e

 – częstotliwość napięcia zasilania silnika, p – liczba par biegunów. 

 Budowę i podstawowe elementy MI przedstawiono na rys. 1.2. Maszyna składa się z następujących 
elementów czynnych: stojana (rdzeń i uzwojenie 3-fazowe); wirnika (rdzeń i uzwojenie klatkowe lub 
uzwojenie pierścieniowe – uzwojenie 3-fazowe połączone z pierścieniami ślizgowymi); wału. Stojan pełni 
funkcję wzbudnika-induktora – prądy płynące w uzwojeniu stojana wzbudzają pole o wirującym strumieniu 

background image

Ćwiczenie: Maszyny indukcyjne trójfazowe

 

3

magnetycznym, który indukuje SEM w uzwojeniu wirnika. Natomiast wirniki pełni, w pewnym sensie, 
funkcję twornika – indukowana w uzwojeniu wirnika SEM wymusza przepływ prądu, który oddziaływując z 
polem stojana generuje moment elektromagnetyczny.  

a) silnik indukcyjny klatkowy 

 

b) uzwojenie wirnika – klatkowe (bez rdzenia) 

 

c) uzwojenie wirnika – pierścieniowe (z rdzeniem) 

 

d) tabliczka znamionowa silnika klatkowego 

e) fabryczna tabliczka zaciskowa 3-fazowego 

uzwojenia stojana połączonego w trójkąt (

Δ) 

 

f) laboratoryjna tabliczka zaciskowa 3-fazowego 

uzwojenia stojana połączonego w trójkąt (

Δ) 

 

 

 

Rys. 1.2. Budowa i podstawowe elementy maszyny indukcyjnej/asynchronicznej  

(produkcja firmy INDUKTA/CANTONI) 

 

Na podstawowy model fizyczny silnika indukcyjnego pierścieniowego — pokazany  na rys. 1.3 — 

składają się: a) elementy czynne: wzbudnik-induktor (stojan), twornik (wirnik), wał; b) wielkości (zmienne) 
fizyczne: napięcia fazowe U

s

 na zaciskach uzwojeń, prądy fazowe I

s

 oraz I

r

 płynące w uzwojeniach, wirujący 

z prędkością 

Ω

s

 strumień magnesujący (główny) 

Φ

m

, strumienie rozproszenia uzwojeń 

Φ

σ

s

 oraz 

Φ

σ

r

, moment 

elektromagnetyczny (wewnętrzny)  T

e

, moment obrotowy (zewnętrzny)  T

m

, prędkość  kątowa wirnika 

Ω

m

moment obciążenia  T

L

, straty w żelazie 

Δ

P

Fe

, straty w uzwojeniach 

Δ

P

Cus

 oraz 

Δ

P

Cur

, straty mechaniczne 

(tarcia, wentylacyjne) 

Δ

P

m

background image

M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna: 

4

Aby zachować czytelność rysunku rys. 1.3, układ uzwojeń fazowych (pasm) stojana i wirnika 

zaznaczono szkicowo tylko dla jednej fazy obwodami as-as' oraz ar-ar', przy czym litery asar oznaczają 
umowne początki tych uzwojeń, a litery as'ar' — umowne końce

1)

.  

as'

as

r

oś fazy as

oś fazy ar

s

s

L

s

ar

ar'

m

m

L

ms

r

r

L

r

T

e

T

L

m

s

+

+

i

as

u

as

+

_

s

m

r

0

lub

T

m

 

Rys. 1.3. Podstawowy model fizyczny wielofazowego silnika indukcyjnego pierścieniowego (liczba par biegunów p = 1) 

Symetryczne prądy trójfazowe, płynące w uzwojeniach stojana, wytwarzają odpowiednio fazowe 

(osiowe) przepływy pulsujące (siły magnetomotoryczne), które są skierowane zgodnie z osiami 
magnetycznymi tych uzwojeń: np. oś magnetyczna as  dla przepływu uzwojenia stojana as - as’. Osie 
magnetyczne pozostałych faz są odpowiednio przesunięte w przestrzeni o kąt 2

π/3p  (p - liczba par 

biegunów). 

Sumowanie geometryczne osiowych przepływów pulsujących stojana wywołuje w efekcie wirującą w 

przestrzeni falę przepływu. Pierwsza harmoniczna  tej fali  – odwzorowana wektorem (fazorem 
przestrzennym) 

Θ

s

 – wiruje w przestrzeni względem obserwatora na stojanie z prędkością kątową 

Ω

s

 = 2

π

 f

/p  (f

e

 – częstotliwość napięcia zasilania uzwojeń stojana). Prędkość ta nazywaną jest zwykle prędkością 

synchroniczną.  

Wirujący przepływ stojana 

Θ

s

 wzbudza wirujący strumień, który przecinając przewody (pręty) 

uzwojenia wirnika, indukuje w nich przemienne SEM rotacji, które wymuszają przy zamkniętym uzwojeniu 
wirnika prądy fazowe. Prądy wirnika wytwarzają odpowiednio fazowe (osiowe) przepływy pulsujące.  

Analogicznie jak w stojanie, sumowanie geometryczne osiowych przepływów pulsujących wirnika 

wywołuje w efekcie wirującą w przestrzeni falę przepływu. Pierwszą harmoniczną  tej fali odwzorowuje 
wektor (fazor przestrzenny) 

Θ

r

, wirujący z prędkością 

Ω

s

 = 2

π

 f

 

względem obserwatora na stojanie. 

Uwaga:  

Interakcja wirujących pól magnetycznych stojana i wirnika, wzbudzanych przepływami 

Θ

s

 oraz 

Θ

r

, generuje 

moment elektromagnetyczny T

e

, który wymusza ruch obrotowy wirnika.  

Należy zauważyć, że interakcja obu pól wynika z tendencji układu elektromagnetycznego stojana i wirnika 
do wzbudzenia ekstremalnego strumienia, innymi słowy z tendencji do zgromadzenia ekstremalnej energii w 
układzie (zasada minimalnej pracy – minimalnego działania).  
Zatem wektory reprezentujące przepływy 

Θ

s

 oraz 

Θ

r

 będą dążyły do wzajemnego złożenia (pokrycia) się. 

                                                 

1)  Zarówno uzwojenia stojana jak i wirnika są równomiernie rozmieszczone w żłobkach. 

Uzwojenia stojana MI stanowią: trzy fazy (pasma) — osie magnetyczne poszczególnych faz są odpowiednio 
względem siebie przesunięte w przestrzeni o kąt 120

0

 (dla MI o liczbie par biegunów p>1 kąt wynosi 120

o

/p). 

Analogicznie jest dla uzwojenia wirnika w wykonaniu pierścieniowym. W przypadku uzwojenia wirnika w 
wykonaniu pierścieniowym liczba faz jest równa liczbie prętów klatki. 
W opisie modelu MI, ze względów dydaktycznych, zastoswano oznaczenia: as-as’bs-bs’cs-cs’ dla stojana, ar-
ar’
br-br’cr-cr’ dla wirnika, zamiast znormalizowanych: 1U1-1U2, 1V1-1V2, 1W1-1W2 dla stojana, 2U1-2U2, 
2V1-2V2, 2W1-2W2 dla wirnika. Oznaczenia znormalizowane zastosowano na schematach układów pomiarowych. 

background image

Ćwiczenie: Maszyny indukcyjne trójfazowe

 

5

Możliwy jest tylko obrót wektora przepływu wirnika 

Θ

r

 w kierunku zgodnym z założonym na rys.  1.3 

dodatnim zwrotem prędkości kątowej wirnika 

Ω

m

 (dla przyjętej konwencji odbiornikowej strzałkowania, 

oznacza to zgodny zwrot momentu i prędkości – odpowiada to pracy silnikowej).  

Przepływ wirnika 

Θ

r

 wiruje w przestrzeni względem obserwatora na wirniku z prędkością  kątową równą 

różnicy prędkości (

Ω

s

 - 

Ω

m

) — nazywaną zwykle bezwzględną prędkością poślizgu; natomiast względem 

obserwatora na stojanie wiruję z prędkością kątową równą sumie prędkości: (

Ω

s

 - 

Ω

m

) 

Ω

m

 = 

Ω

s

To znaczy, że do prędkości poślizgu (

Ω

s

 - 

Ω

m

) należy dodać prędkość unoszenia przepływu wirnika 

Θ

r

równą prędkości mechanicznej wirnika 

Ω

m

.  

Zatem przepływ wirnika 

Θ

r

 wiruje w przestrzeni względem obserwatora na stojanie z prędkością 

kątową równą prędkości 

Ω

s

.  

Dla stanu ustalonego (brak składowych swobodnych) pracy silnika oznacza to, że przepływy stojana 
Θ

s

 i wirnika 

Θ

r

, wirują synchronicznie 

2)

.  

W efekcie przepływy stojana 

Θ

s

 i wirnika 

Θ

r

 tworzą wspólny (wypadkowy) przepływ – nazywany zwykle 

przepływem magnesującym, określonym sumą geometryczną: 

Θ

Θ

r

 

Θ

m    

 

 (1.1) 

Przepływ 

Θ

s

 wiruje z prędkością 

Ω

s

 (przy prędkości wirnika 

Ω

m

 

≠  Ω

s

) i wzbudza strumień magnesujący 

(główny) 

Φ

m

.  

Ze względu na ruch asynchroniczny strumienia 

Φ

m

 oraz rdzenia wirnika, maszyny indukcyjne nazywane są 

także maszynami asynchronicznymi. Jest to zasadnicza cecha maszyn indukcyjnych/asynchronicznych. 

Moment elektromagnetyczny T

e

 zależy od kąta 

γ (zwanego kątem momentu) między przepływami Θ

s

 

oraz 

Θ

r

. Na rys. 1.3 pokazano schematycznie wzajemne, przestrzenne położenie kątowe osi fazy as-as’ 

uzwojenia stojana względem osi fazy ar-ar’ uzwojenia wirnika. Położenie to odpowiada chwili czasowej dla 
której wartości prądów tych faz osiągają jednocześnie wartości maksymalne. Oznacza to, zgodnie z teorią 
pola wirującego,  że położenie wektorów wirujących przepływów stojana 

Θ

s

 i wirnika 

Θ

r

 jest zgodne z 

osiami magnetycznymi fazy as-as’ i fazy ar-ar’

W teorii maszyn indukcyjnych bezwzględną wartość prędkości poślizgu  (

Ω

s

 - 

Ω

m

) odnosi się do 

prędkości wirującego pola stojana, którą nazywa się poślizgiem względnym, albo po prostu poślizgiem:  

 

s

s

m

s

=

Ω Ω

Ω

          lub                 

s

ns n

ns

=

 (1.2) 

gdzie: n

s

 oraz n – odpowiednio prędkość synchroniczna pola stojana i wirnika (mechaniczna) w 

obr/min. 

Tworzenie wspólnego przepływu magnesującego jest zjawiskiem analogicznym do magnesowania 

transformatora (opisanego w ćw. Badanie transformatora), tzn. powstawania prądu magnesującego 
wynikającego z sumy geometrycznej przepływu uzwojenia pierwotnego i wtórnego (uwaga: w przypadku 
transformatora są to przepływy nieruchome w przestrzeni). Analogię tą wykorzystuje się w budowie modelu 
obwodowego (schematu zastępczego) maszyny indukcyjnej. 

Uwaga: 
Analogia między transformatorem i MI dotyczy tylko tworzenia wspólnego przepływu magnesującego. W 
transformatorze prąd pierwotny i wtórny mają jednakową częstotliwość. Natomiast w MI, przy stałej 
częstotliwości prądu stojana (pierwotnego), prąd wirnika (wtórny) ma częstotliwość zmienną, która zależy 
od prędkości poślizgu (obciążenia). 

e

r

f

s

f

 

=

 

                                                 

2)

 Jest to podstawowy warunek generacji momentu o stałym kierunku i zwrocie — momentu o średniej wartości różnej 

od zera. Zgodnie z zasadą pracy (prawem sterowania) maszyn elektrycznych: maszyna elektryczna jest układem dwóch 
pól magnetycznych o osiach nieruchomych względem siebie w przestrzeni. Poszczególne typy maszyn elektrycznych 
różnią się tylko sposobem sterowania położeniem tych pól. 

background image

M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna: 

6

1.2.  Model obwodowy (schemat zastępczy) maszyny indukcyjnej 

Model obwodowy (schemat zastępczy) silnika indukcyjnego – przedstawiony na rys. 1.4 – opracowano 

na podstawie modelu fizycznego silnika (rys. 1.3). Model ten jest podstawą do analizy dowolnego stanu 
pracy silnika indukcyjnego.  

I

m

E

s

U'

= 0

U

s

I

0

I

0cz

R

Fe

X

m

I

s

I'

r

R'

r

R

s

X

σs

X'

σr0

Φ'

σr

Φ

σs

Φ

m

E

σs

E’

σr0

R

m

 = R'

r

 (1-s)/s

E’

r0

P

s

s

f

f

Analogiem modelu obwodowego MI jest model obwodowy

Analogiem modelu obwodowego MI jest model obwodowy

transformatora obci

transformatora obci

ąż

ąż

onego rezystancj

onego rezystancj

ą

ą

R

R

r

r

(1

(1

-

-

s)/s

s)/s

2

)

1

(

r

r

r

m

I

s

s

R

m

P

=

Moc pola wiruj

Moc pola wiruj

ą

ą

cego 

cego 

P

P

e

e

i mechaniczna P

i mechaniczna P

m

m

wytwarzana przez MI pracuj

wytwarzana przez MI pracuj

ą

ą

c

c

ą

ą

jako silnik:

jako silnik:

2

1

r

r

r

e

I

s

R

m

P

=

P

P

e

e

 

Rys. 1.4. Podstawowy model obwodowy (schemat zastępczy) wielofazowego silnika indukcyjnego 

Uwaga:  
 Aby 

posłużyć się modelem obwodowym transformatora, do opisu właściwości ruchowych MI,

 należy częstotliwość prądów wirnika s f

e

 transformować do częstotliwości prądów stojana f

e

.  

  Efektem transformacji jest pojawienie się rezystancji 

s

s

R

R

r

m

/

)

(

=

1

.  

 Moc 

wydzielająca się na rezystancji 

s

s

R

R

r

m

/

)

(

=

1

jest analogiem mocy mechanicznej 

 

wytwarzanej przez silnik. 

Przedstawiony model — nazywany zwykle modelem o konturze „T” — odpowiada silnikowi 

indukcyjnemu o uzwojeniu wirnika sprowadzonym (zredukowanym) zarówno do przekładni 

ϑ

i

= 1

 jaki i 

transformowanym do częstotliwości prądów stojana. Topologia i elementy modelu wynikają z rozważań 
fizycznych dotyczących biegu jałowego, stanu obciążenia i stanu zwarcia silnika indukcyjnego. Z kolei 
wartości parametrów modelu wyznacza się na podstawie wyników dwóch prób: biegu jałowego i stanu 
zwarcia
 — opisanych w p. 2.3 oraz 2.5 niniejszego ćwiczenia. 

Parametru modelu obwodowego silnika indukcyjnego:  

rezystancja R

Fe

 i reaktancja X

m 

 są wielkościami nieliniowymi 

zależnymi od wartości strumienia głównego i rodzaju blachy rdzenia 

pozostałe parametry modelu obwodowego w zakresie prądów znamionowych 

można przyjąć jako stałe. 

Uwaga: W przypadku wartości prądów silnika w stanie rozruch [I

sr

 > (5 ÷ 7) I

sn

] drogi przepływu 

strumieni rozproszenia ulegają nasyceniu – wartości reaktancji rozproszenia ulegają zmniejszeniu. 

W przypadku silnika klatkowego z klatką rozruchową lub głębokimi żłobkami należy uwzględnić 

zjawisko wypierania prądu – wartości reaktancji i rezystancji uzwojenia ulegają zmianie wraz ze zmianą 

poślizgu. 

background image

Ćwiczenie: Maszyny indukcyjne trójfazowe

 

7

1.3. Charakterystyka mechaniczna maszyny indukcyjnej 

Model obwodowy SI na rys. 1.4, przy założeniu U

s

 ≅ E

s

, można przekształcić do modelu obwodowego 

o konturze „Γ” (rys. 1.5). 

2

2

z

r

s

s

s

r

X

s

R

R

U

I

+

+

)

/

(

'

2

2

2



+

+

z

r

s

s

r

s

e

e

X

s

R

R

U

s

R

m

p

T

)

/

(

  

 

1

 

'

ω

e

e

e

P

p

T

ω

=

OBLICZANIE PRĄDU WIRNIKA I MOMENTU ELEKTROMAGNETYCZNEGO

 

Rys. 1.5. Model obwodowy (schemat zastępczy) wielofazowego silnika indukcyjnego o konturze „

Γ” 

Przyjmując kolejne uproszczenie: R

s

 ≅ 0 równanie momentu elektromagnetycznego (na rys. 1.5) można 

uprościć do postaci: 

 

2

2

2

k

k

z

e

s

s

e

s

s

s

s

X

U

pm

T

+

 

 

 

 

ω

 (1.3) 

gdzie, 

 

/

z

r

k

X

R

s

=

 jest tzw. poślizgiem krytycznym – poślizgiem dla którego moment 

elektromagnetyczny osiąga wartość maksymalną. Przykładowy wykres charakterystyki mechanicznej SI, 
wykreślonej wg równania (1.3), przedstawiono rys. 1.6.

 

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

model "T"
model "   "
model "   "  R    = 0

SILNIK

PRĄDNICA

HAMULEC

s

k+

s

k-

emx

+T

T

e

s [-]

[Nm]

Γ

Γ

emx

-T

 

Rys. 1.6. Przykładowa charakterystyka mechaniczna wielofazowego silnika indukcyjnego – charakterystyki wykreślone 

na podstawie modelu obwodowego o konturze „T”, „

Γ”oraz „Γ” przy założeniu R

s

 = 0 (wg równania (1.3)) 

background image

M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna: 

8

2. 

BADANIA 

2.1. Oględziny zewnętrzne  

Należy dokonać oględzin badanego silnika indukcyjnego oraz urządzeń wchodzących w skład układu 

pomiarowego. Ustalić i sprawdzić urządzenie do zahamowania wirnika. Dokładnie przeczytać i zanotować 
dane zawarte na tabliczce znamionowej badanego silnika indukcyjnego (przykład na rys. 2.1) i maszyny 
pomocniczej oraz ustalić układy połączeń uzwojeń.  

 

 

 

Rys. 2.1. Tabliczka znamionowa silnika indukcyjnego klatkowego 

(Producent INDUKTA/CANTONI)

 

 

Tablica 2.1  
Dane znamionowe badanej maszyny indukcyjnej 

Lp. 

Dane znamionowe  

Jednostka Wartość 

1 nazwę lub znak producenta 

 

 

2 nazwę i typ  

 

 

3 numer 

fabryczny 

 

 

4 rok 

wykonania 

 

 

5 moc 

znamionowa 

kW 

 

6 znamionowe 

napięcia stojana 

 

7 znamionowy 

prąd stojana 

 

8 znamionowy 

współczynnik mocy 

 

9 układ połączeń uzwojeń stojana 

 

10 układ połączeń uzwojeń wirnika 

 

 

10 znamionowe 

napięcie wirnika 

 

11 znamionowy 

prąd wirnika 

 

 znamionowa 

częstotliwość Hz 

 

12 znamionowa 

prędkość obrotowa  

obr/min 

 

13 klasa 

izolacji 

 

 

14 rodzaj 

pracy 

 

 

15 stopień ochrony 

 

 

2.2.   Pomiar rezystancji uzwojeń 

Zasady pomiaru rezystancji uzwojeń. 
• Pomiar rezystancji uzwojeń stojana wykonać za pomocą mostka lub metodą techniczną. 
• Pomiar rezystancji uzwojeń wirnika silnika pierścieniowego wykonać metodą techniczną (ze 

względu na obecność w obwodzie rezystancji przejścia szczotka-pierścień ślizgowy). 

• Dobrać odpowiednie zakresy mierników do pomiaru metodą techniczną. 
• Pomiar rezystancji uzwojeń metodą techniczną wykonać dla trzech prądów z zakresu  

background image

Ćwiczenie: Maszyny indukcyjne trójfazowe

 

9

5÷30% prądu znamionowego (w celu zmniejszenia zjawiska nagrzewania uzwojeń w wyniku 

pomiaru). 

• Narysować schematy połączeń uzwojeń. 
• Odczytać temperaturę otoczenia t

o  

(przy szybkich pomiarach można przyjąć,  

 

że pomierzone wartości rezystancji dotyczą temperatury uzwojeń równej temperaturze 

 otoczenia). 

• Wyniki pomiarów zanotować w tabelach 2.2a i 2.2b. 

 

Tablica 2.2a 
Pomiar rezystancji uzwojenia stojana – kolejnych faz (uzwojenie rozłączone) 

 

Zaciski 1U1-1U2 

Zaciski 1V1-1V2 

Zaciski 1W1-1W2 

Lp. U  I R

sU

 U  I  R

sV

 U  I  R

sW

 

 V A 

Ω 

V A 

Ω 

V A 

Ω 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

τ

x

 = .........

o

Obliczamy wartości  średnie rezystancji dla kolejnych faz uzwojenia stojana, a następnie wartość  średnią 
rezystancji fazowej uzwojenia stojana

 

3

sWśr

sVśr

sUśr

s

R

R

R

R

+

+

=

 

(2.1) 

Tablica 2.2b 
Pomiar rezystancji uzwojenia wirnika – kolejno między fazami (połączenie Y) 

 

Zaciski 2U-2V 

Zaciski 2U-2W 

Zaciski 2V-2W 

Lp. U  I R

rUV

 U  I  R

rUW

 U  I  R

rVW

 

 V A 

Ω 

V A 

Ω 

V A 

Ω 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

τ

x

 = .........

o

Obliczamy wartości  średnie dla kolejnych rezystancji „międzyfazowych” wirnika, a następnie wartość 
średnią rezystancji fazowej uzwojenia wirnika

 

3

rVWśr

rUWśr

rUVśr

r

R

R

R

R

+

+

=

 

(2.2) 

  W praktyce wartości rezystancji R

s

 oraz R

r

 we wzorach (2.1) i (2.2) — pomierzone w 

temperaturze 

τ

x

 — przelicza się do umownej temperatury odniesienia 

τ

o

 (przyjmuje się wartość 20 

°C) wg. zależności (2.3) i (2.4). 

 

W przypadku uzwojenia wykonanego z miedzi stosuje się następujący wzór przeliczeniowy: 

x

o

R

R

x

o

τ

τ

τ

τ

+

=

235

235

+

 [

Ω] (2.3) 

gdzie: 

τ

x

 

− temperatura uzwojenia w czasie pomiaru [°C], 

 

R

τo

  

− rezystancja uzwojenia sprowadzona do temperatury τ

o

 

R

τ

x

  

− rezystancja uzwojenia pomierzona w temperaturze τ

x

 Jeżeli uzwojenie wykonane jest z aluminium, to do przeliczenia wartości rezystancji do 
temperatury odniesienia 

τ

o

 stosuje się zależność: 

background image

M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna: 

10

x

o

R

R

x

o

τ

τ

τ

τ

+

=

225

225

+

 [

Ω] (2.4) 

2.3.  . Próba biegu jałowego  
•  Podstawy próby biegu jałowego 

Próbę biegu jałowego wykonuje się w celu wyznaczenia tzw. strat stałych dla późniejszego 

określenia sprawności silnika. Przy badaniach pełnych analiza kształtu charakterystyki biegu 
jałowego, tj. strat, prądów składowych i współczynnika mocy (rys.2.2.), pozwala na wyciągnięcie 
szeregu wniosków o jakości wykonania maszyny.  

I    [A]

0

U[V]

I

0

I

m

cos??

?

?P   [W]

cos??

?

?P

0

I

0cz

 

Rys. 2.2. Charakterystyki biegu jałowego 

Dlatego też próbę biegu jałowego przeprowadza się zasilając nieobciążony silnik napięciem 

regulowanym w zakresie wartości około 1,2 

− 0,2 U

N

. Przy biegu jałowym, tj. przy momencie na 

wale T

L

 = 0, prędkość  kątowa silnika nie zależy od napięcia i jest praktycznie równa prędkości 

synchronicznej: 

 

[obr/min]

    

p

 f

n

e

s

60

=

   (2.5) 

Moc pobierana przez silnik przy biegu jałowym P

0

 praktycznie pokrywa następujące straty: 

 

Cus

m

Fe

P

P

P

P

Δ

Δ

Δ

+

+

0

   (2.6) 

gdzie, 

ΔP

Fe

  

−  straty w rdzeniu (żelazie), 

ΔP

m

  

−  straty mechaniczne, 

ΔP

Cus

 

−  straty w uzwojeniu stojana. 

 

Straty mechaniczne składają się ze strat tarcia w łożyskach, strat tarcia szczotek (w silnikach 

pierścieniowych bez urządzenia do podnoszenia szczotek), strat tarcia części wirujących w 
powietrzu oraz strat wentylacyjnych. Wszystkie te straty zależą od prędkości kątowej silnika, a 
więc przy próbie biegu jałowego mają praktycznie wartość stałą. Straty w żelazie składają się ze 
strat na prądy wirowe, strat na histerezę oraz strat dodatkowych w stojanie. Straty te są 
proporcjonalne do kwadratu indukcji, a tym samym do kwadratu napięcia (analogicznie jak w 
transformatorze). 

Stratami jałowymi

 nazywamy sumę strat mechanicznych i strat w żelazie stojana. Oznacza to: 

moc pobrana z sieci przy biegu jałowym 

− zmniejszona o straty w uzwojeniu stojana: 

 

   

P

o

Fe

m

Cus

o

P

P

P

P

Δ

Δ

Δ

Δ

+

=

=

 (2.7) 

background image

Ćwiczenie: Maszyny indukcyjne trójfazowe

 

11

Zatem straty jałowe wykreślone w funkcji napięcia zasilania stojana 

ΔP

k

k

o

+

1

2

 U

2

 

przedstawiają parabolę przesuniętą o wartość stałą odpowiadającą stratom mechanicznym. Jeżeli 
więc straty te przedstawić w funkcji kwadratu napięcia, uzyska się linię prostą, której ekstrapolacja 
w kierunku osi rzędnych odetnie wielkość strat mechanicznych (rys.2.3.).  

0

ΔP

 [W]

U

2

  [V

2

]

ΔP

Fe

ΔP

m

 

Rys. 2.3. Rozdział strat biegu jałowego 

Przy większych nasyceniach obwodu magnetycznego zależność strat od napięcia jest wyższego 
rzędu niż kwadratowa i dlatego charakterystyka strat jałowych przechodzi z przebiegu 
prostoliniowego w paraboliczny. 

Składowa czynna prądu biegu jałowego: 

I

ocz

 = I

om

 + I

Fe

  

przy czym składowa I

om

 wynika z wartości strat mechanicznych, zaś składowa I

Fe

 ze strat w żelazie 

(  

rys. 2.4.). 

 

0

Ι   

 

 [A]

 

[V]

I

ocz

I

om

I

Fe

  

Rys. 2.4. Zależność składowych czynnych prądu biegu jałowego silnika od napięcia 

 

Przy bardzo małym napięciu w silniku dominują straty mechaniczne, które, jak powiedziano 

wyżej, można przyjąć jako stałe 

ΔP

m

 = k

1

.  

Zatem zależność 

I

k

U

om

=

1

 

przedstawia hiperbolę.  
 Straty 

żelazie są proporcjonalne do kwadratu napięcia 

ΔP

Fe

 = k

2

 U

2

background image

M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna: 

12

Zatem wyrażenie 

I

k

U

k U

Fe

=

=

2

2

 U

2

 

przedstawia zależność liniową.  
 
Prąd biegu jałowego silnika jest sumą geometryczną składowych czynnej i biernej (magnesowania): 

2

2

m

ocz

o

I

I

I

+

=

 

Współczynnik mocy biegu jałowego określa się: 

cos 

o

ϕ =

I

I

ocz

o

 

Przy bardzo niskich napięciach dominuje składowa czynna, a więc cos

ϕ

o

 może przyjmować 

wartości bliskie 1. Natomiast przy wzroście napięcia zaczyna dominować składowa bierna – 
wartość cos

ϕ

o

 maleje do około 0,1. 

Przebieg próby biegu jałowego 
Schemat układu połączeń silnika do próby biegu jałowego przedstawiono na rys. 2.5.  

Uwaga:  
Należy zewrzeć zaciski uzwojenia wirnika bez podłączania dodatkowych przyrządów pomiarowych 

(na pierścieniach ślizgowych - w przypadku silników ze szczotkami unoszonymi, natomiast w przypadku 
silnika ze stale przylegającymi szczotkami – bezpośrednio na zaciskach wirnika).

 

2U

2V

2W

R

S

T

A

I

r

I’
I’’

I’’’

U’

P’

P’’

U’’

 

 

Rys. 2.5. Schemat połączeń do próby biegu jałowego silnika indukcyjnego pierścieniowego 

Uwagi ogólne do wykonania próby stanu jałowego: 

•  Ponieważ w laboratorium dokonuje się rozruchu silnika ze źródła o regulowanym napięciu 

(autotransformator lub regulator indukcyjny) zaczynając od najniższego napięcia, więc w tym 
przypadku opornik rozruchowy w obwodzie wirnika jest zbyteczny.  

•  Należy sprawdzić, czy źródło zasilania jest ustawione na minimum napięcia i zewrzeć 

pierścienie uzwojenia wirnika. 

•  Pomimo płynnego zwiększania napięcia rozruchowi silnika towarzyszy prąd rozruchowy, 

którego wartość znacznie przewyższa prąd znamionowy silnika. Dlatego celem ograniczenia 
przepływu prądu rozruchowego przez ustroje pomiarowe amperomierza i watomierza należy je 
zewrzeć lub rozruchu dokonywać przy wyjętym wtyku przełącznika PW. 

•  Po ustaleniu się prędkości kątowej silnika rozewrzeć amperomierz (lub wtyk umieścić w 

gnieździe przełącznika PW) i w trakcie dalszego zwiększania napięcia kontrolować wartość 
prądu pobieranego przez silnik. 

background image

Ćwiczenie: Maszyny indukcyjne trójfazowe

 

13

•  W przypadku ujemnego wychylenia wskazówki watomierza należy zmienić kierunek przepływu 

prądu przez cewkę watomierza poprzez odwrotne umieszczenie wtyku przełącznika PW.  

W czasie pomiarów należy: 

•  Zmieniać napięcie zasilające uzwojenie stojana w granicach od około 1,2 U

do wartości, przy 

której prąd biegu jałowego zaczyna ponownie wzrastać, tj. do (0,2 - 0,25) U

N

 lub prędkość 

kątowa zaczyna się zmniejszać. 

•  Notować w tablicy 2.3. dwa napięcia międzyprzewodowe U

A

, U

B

•  Notować w tablicy 2.3. trzy prądy fazowe stojana: I

A

, I

B

, I

C.

 

•  Notować w tablicy 2.3. wskazania watomierza mierzącego moc w układzie Arona: P

α 

, P

β 

•  Odczyty wykonać dla 6-8 punktów pomiarowych. 

Tablica 2.3. Próba biegu jałowego silnika indukcyjnego 

 Wartości pomierzone 

Wartości obliczone 

Lp. U’ U” I”  I” I’” P’ P”

 

U

s

I

o

  P

o

ΔP

Cuo

ΔP

o

 cos 

ϕ

o

  I

m

  I

ocz

 

U

2

 

  V A W V  A W W V  A W

W  W 

− 

A A  V

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Opracowanie wyników próby biegu jałowego 

W czasie wykonywanych pomiarów napięcia i prądy poszczególnych faz mogą się różnić między sobą. Ich 
wartości średnie, podane w tablicy 2.3, należy obliczyć wg. następujących wzorów: 

(

)

(

)

P

P

I

I

I

U

U

U

s

′′

+

=

′′′

+

′′

+

=

′′

+

=

o

o

P

     

          

I

     

          

3

1

2

1

 

Wartości pozostałych wielkości w tablicy 2.3 obliczamy wg. następujących wzorów: 

2

3

o

s

Cuo

I

R

P

=

Δ

 

− 

straty w uzwojeniu stojana; 

Cuso

o

P

P

Δ

Δ

=

o

P

 

−  pomierzone straty jałowe; 

o

s

o

I

U

P

=

3

o

 

cos

ϕ

 

− współczynnik mocy przy biegu jałowym; 

I

ocz

 = I

o

 cos 

ϕ

− składowa czynna prądu biegu jałowego; 

I

m

 = I

o

 sin 

ϕ

o

 

− składowa magnesująca prądu biegu jałowego. 

Na podstawie wyników uzyskanych z próby biegu jałowego należy wyznaczyć parametry gałęzi 
poprzecznej schematu zastępczego silnika indukcyjnego (rys. 1.4)

Fe

s

m

s

I

U

Fe

I

U

m

X

3

3

R

    

          

 

background image

M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna: 

14

Wartości parametrów schematu zastępczego badanej maszyny wynoszą: 

X

m

 

R

Fe

 

[

Ω] [Ω] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uwaga:

 W szczególności wyznaczyć wartości parametrów odpowiadające napięciu znamionowemu 

stojana. 

2.4.   Pomiar przekładni napięciowej 

Przekładnia napięciowa, której pomiaru dokonuje się przy otwartym obwodzie wirnika, jest 

stosunkiem fazowych sił elektromotorycznych/napięć na zaciskach uzwojeń stojan i wirnika: 

 

 

k

 

z

k

 

ur

r

us

u

rf

sf

s

r

s

U

U

z

E

E

=

=

ϑ

   (2.8) 

Przebieg pomiaru przekładni 
Dokonać modyfikacji schematu połączeń z rys. 2.5. poprzez rozwarcie zacisków uzwojenia 

wirnika i podłączenie do nich trzech woltomierzy (lub jednego woltomierza przy założeniu 
symetrii).  

W czasie pomiaru przekładni napięciowej należy: 

•  Przy otwartym obwodzie pierścieni ślizgowych i nieruchomym wirniku (czasami wirnik obraca 

się pod wpływem indukujących się prądów wirowych na powierzchni żelaza wirnika) podnieść 
napięcie do wartości znamionowej. 

•  Dokonać pomiaru przekładni dla dwóch nieznacznie różniących się wartości napięcia. 

Wyniki pomiarów notować w tablicy 2.4. 

 

Tablica 2.4. Pomiar przekładni napięciowej  

 Stojan 

Wirnik 

Lp. U

sUV

U

sWV

 

U

s

 

U

sf

 

U

rUV

U

rVW

U

rWU

U

r

 

U

rf

 

ϑ

u

 

  V V V V V V V V V 

− 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Opracowanie wyników przekładni napięciowej 

Przy obliczeniach przekładni napięciowej należy uwzględnić następujące zależności: 

3

/

s

sf

U

U

=

 

− napięcie fazowe przy połączeniu w gwiazdę; 

U

rUV

  U

rVW

  U

rWU

 

− wartości napięcia na pierścieniach uzyskane z pomiaru; jeżeli 
wszystkie napięcia są w przybliżeniu jednakowe to wirnik ma 
uzwojenie 3

−fazowe i wówczas: 

3

3

1

rWU

rVW

rUV

rf

U

U

U

U

+

+

=

 

background image

Ćwiczenie: Maszyny indukcyjne trójfazowe

 

15

Jeżeli natomiast 

rWU

rVW

rUV

U

U

U

2

, oznacza to, że wirnik ma uzwojenie 2

−fazowe, 

a zatem 

(

)

WU

r

VW

r

rf

U

U

U

+

=

2

1

 

rf

sf

u

U

U

=

ϑ

 

− przekładnia napięciowa. 

2.5.  Próba zwarcia i pomiar przekładni prądowej 
•  Podstawy próby zwarcia 
 Próbę zwarcia wykonuje się w celu wyznaczenia wartości prądu zwarcia (rozruchowego) 
przy napięciu znamionowym oraz wyznaczenia strat zmiennych dla późniejszego określenia 
sprawności.  

Próbę zwarcia wykonuje się zasilając silnik ze źródła o regulowanym napięciu. Wirnik silnika 

jest zahamowany (zablokowany). Jeżeli wartość prądu i mocy zależą od położenia wirnika 
względem stojana, wirnik powinien być obracany w kierunku przeciwnym do kierunku wirowania 
pola z prędkością kilkudziesięciu obrotów na minutę. 

W silniku z uzwojonym wirnikiem należy zewrzeć pierścienie. Przeprowadzając próbę zwarcia 

należy podnosić napięcie zasilające aż do uzyskania przegięcia charakterystyki prądowej (rys. 2.6.).  

I

   [A]

0

U

z

[V]

I

z

cos

 ϕ

z

P

z  

  [W]

cos

 ϕ

z

P

z

U'

z

 

Rys. 2.6. Charakterystyki zwarcia 

 

Próbę  tę należy przeprowadzić szybko i sprawnie, gdyż moc zwarcia prawie w całości jest 

zużywana na nagrzewanie silnika, szczególnie uzwojeń. Brak chłodzenia silnika powoduje szybki i 
znaczny wzrost temperatury, który może uszkodzić izolację. Przy próbie zwarcia nie występują 
straty mechaniczne, ponieważ wirnik jest zahamowany. Straty w żelazie są pomijalnie małe, 
ponieważ na zaciskach silnika jest stosunkowo niskie napięcie. Moc pobierana z sieci równa się 
stratom w uzwojeniach stojana i wirnika (zamieniona na ciepło) 

− jest więc proporcjonalna do 

kwadratu prądu: 

(

)

dod

rf

r

sf

s

z

P

I

R

I

R

P

Δ

+

+

=

2

2

3

 

Prąd jest w przybliżeniu proporcjonalny do napięcia, stąd charakterystyka P

z

 = f(U

z

) ma 

przebieg paraboliczny. 

Charakterystyka prądu zwarcia I

z

 = f(U

z

) w początkowej części jest linią prostą, a w miarę 

wzrostu napięcia 

− poprzez łagodne zagięcie − przechodzi w prostą o większym kącie nachylenia. 

W początkowej fazie główna część spadku napięcia magnetycznego na drodze strumienia 
rozproszenia występuje w żłobku. Przy dalszym wzroście prądu zwarcia następuje nasycenie 
zębów, wskutek czego charakterystyka zagina się, by po nasyceniu znów przejść w linię prostą. 

background image

M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna: 

16

Jeżeli z próby zwarcia uzyska się część charakterystyki ponad zagięciem, wówczas można obliczyć 
prąd zwarcia przy napięciu znamionowym z zależności: 

 

 

[A]

 

I

k

z

z

z

z

N

I

U

U

U

U

=

 

  (2.9) 

gdzie: 

I

k

 

− prąd zwarcia przy napięciu znamionowym, 

U

sN

 

− napięcie znamionowe, 

U

z

 

− napięcie, przy którym w uzwojeniu płynie prąd I

z

U

z

 

− wartość napięcia wyznaczona graficznie na rys.2.6 - przez wykreślenie stycznej 

do charakterystyki prądu zwarcia w jej górnej części. 

Jak wspomniano, w stanie zwarcia strumienie rozproszenia przebiegają  głównie przez 

powietrze, a więc na drodze o stałym oporze magnetycznym. Reaktancja zwarciowe jest więc w 
przybliżeniu stała, jeżeli pominąć wpływ nasycenia w zębach. Miarą  słuszności tego założenia 
może być zależność cos 

ϕ

z

 = f (U

z

) (rys.2.6). Jeśli nasycenie nie występuje, to reaktancja 

rozproszenia jest faktycznie stała i wtedy 

 

2

2

z

z

z

X

R

R

+

=

z

 

cos

ϕ

 

  (2.10) 

tzn. nie zależy od wartości prądu zwarcia. W tych warunkach charakterystyka cos 

ϕ

z

 = f(U

z

przedstawia linię prostą równoległą do osi odciętych. Ze wzrostem nasycenia reaktancja zwarcia 
jednak maleje i charakterystyka cos 

ϕ

z

 = f(U

z

)  odbiega od linii prostej (rys. 2.6.). Można więc 

przyjąć, że reaktancja X

z

 składa się z dwóch skłądowych: 

X

s

 

− stałej, niezależnej od nasycenia, 

X

ν

 

− zmiennej, 

zależnej od nasycenia w zębach. 

Sposób rozkładu reaktancja X

z

 na składowe ilustruje rys. 2.7. 

ν

X

 

Rys. 2.7. Rozkład reaktancji zwarcia X

z

 na składowe 

•  Podstawy pomiaru przekładni prądowej 
Pomiar przekładni prądowej dokonuje się przy pierścieniach zwartych poprzez amperomierze przy 
czym: 

 

u

r

s

s

s

r

s

sf

rf

I

m

m

z

z

m

m

I

I

ϑ

ϑ

=

=

=

ur

us

k

 

k

 

 

  (2.11) 

Ponieważ zarówno siły elektromotoryczne jak i prądy są wartościami odnoszącymi się do jednej 
fazy, stąd rezystancja wirnika, sprowadzona do fazy stojana: 

background image

Ćwiczenie: Maszyny indukcyjne trójfazowe

 

17

 

2

u

r

s

r

m

m

R

ϑ

 

R

r

=

 

 

 

 

(2.12) 

Analogicznie przelicza się reaktancję oraz impedancję obwodu wirnika. 
 

Przebieg próby zwarcia i pomiaru przekładni prądowej 

Przy próbie zwarcia zaciski uzwojenia wirnika należy zewrzeć za pomocą trzech amperomierzy 

(rys. 2.8). Dogodne jest połączenie próby zwarcia z pomiarem przekładni prądowej. 

Uwagi ogólne do próby zwarcia i pomiaru przekładni prądowej: 

•  Zakresy przyrządów pomiarowych należy dobrać do największych wartości wielkości 

występujących przy tej próbie: prąd stojana i wirnika równy 1,5 prądu znamionowego, napięcie 
do 60% napięcia znamionowego.  

•  Należy sprawdzić, czy źródło zasilania jest ustawione na minimum napięcia. 
•  Wirnik badanego silnika zahamować za pomocą hamulca mechanicznego. 
•  Próbę zwarcia należy wykonywać możliwie szybko, a w czasie przerw w pomiarach należy 

wyłączać zasilanie silnika. Pozwoli to ograniczyć niekorzystny ze względu na dokładność próby 
wzrost temperatury uzwojeń.  

•  W przypadku ujemnego wychylenia wskazówki watomierza należy zmienić kierunek przepływu 

prądu przez cewkę watomierza poprzez odwrotne umieszczenie wtyku przełącznika PW. 

W czasie pomiarów należy: 

•  Włączyć badany silnik do sieci przy napięciu możliwie bliskim wartości 0 V.  
•  Napięcie zasilania zwiększać tak, aby prąd stojana zmieniał się w granicach  
     I

z

 = (0,1 

− 1,0) I

N

•  Notować w tablicy 2.5. dwa napięcia międzyprzewodowe: U

A

, U

B

•  Notować w tablicy 2.5. trzy prądy fazowe stojana: I

A

, I

B

, I

C.

 

•  Notować w tablicy 2.5. wskazania watomierza mierzącego moc w układzie Arona: P

α 

, P

β 

•  Notować w tablicy 2.5. dwa prądy wirnika: I

rA

, I

rB

, I

rC

.(przy założeniu symetrii wystarczy 

pomiar prądu w jednej z faz wirnika). 

•  Odczyty  wykonać dla 5-6 punktów pomiarowych. 

 

Rys. 2.8. Schemat połączeń do próby stanu zwarcia silnika indukcyjnego pierścieniowego 

 
 
 
 

background image

M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna: 

18

Tablica 2.5. Próba zwarcia i pomiar przekładni prądowej 

 

Wartości pomierzone stojana   Wartości obliczone - 

próba zwarcia 

Wartości pomierz. 

wirnika 

Wart. oblicz.- 

przekład. 

prądowa 

Lp. U

s

’ I

s

’ 

P

’ 

U

s

” 

I

s

” 

P

” 

I

s

”’ 

U

z

I

z

P

z

  cos 

ϕ

z

 

I

rU

 

I

rV

 

I

rW

 

I

r

 

ϑ

I

 

  V A W V A W A V A W

− 

A A A A   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Opracowanie wyników próby zwarcia 
W czasie wykonywanych pomiarów napięcia i prądy poszczególnych faz mogą się różnić między 
sobą. Ich wartości średnie podane w tablicy 2.5. należy obliczyć wg następujących wzorów: 

P

P

P

I

I

I

I

U

U

U

z

s

s

s

z

s

s

z

′′

+

=

′′′

+

′′

+

=

′′

+

  

          

)

(

 

          

)

(

 

=

 

3

1

2

1

 

z

z

z

z

I

U

P

3

cos

=

φ

 

Wyznaczenie parametrów gałęzi podłużnej schematu zastępczego silnika indukcyjnego 

 

R

-

 

=

 

R

        

         

s

z

r

I

P

z

I

U

z

R

R

Z

z

z

z

z

=

=

2

3

3

 

Reaktancje rozproszeniowe:   

2

2

2

1

2

1

z

z

z

r

s

R

Z

X

X

X

=

=

σ

σ

 

Parametry schematu zastępczego 

X

σs

 X'

σr

 

R

s

 R'

r

 

[

Ω] [Ω] [Ω] [Ω] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uwaga:

 W szczególności wyznaczyć wartości parametrów odpowiadające prądowi znamionowemu 

stojana. 
Opracowanie wyników pomiaru przekładni prądowej 

W czasie wykonywanych pomiarów napięcia i prądy poszczególnych faz mogą się różnić między 
sobą. Ich wartości średnie należy obliczyć wg. następujących wzorów (tablica 2.5): 

 

(

)

s

s

s

s

I

I

I

I

′′′

+

′′

+

=

3

1

 przy połączeniu uzwojeń w gwiazdę, 

background image

Ćwiczenie: Maszyny indukcyjne trójfazowe

 

19

(

)

s

s

s

s

I

I

I

I

′′′

+

′′

+

=

3

3

1

 przy połączeniu uzwojeń w trójkąt, 

I

r

 = (I

rU 

+ I

rV

 + I

rW

), 

s

r

I

I

I

=

ϑ

2.6. Zadania 

 

1.  Obliczyć parametry schematu zastępczego badanej maszyny indukcyjnej.  

Uwaga:

 narysować model obwodowy i nanieść wartości parametrów odpowiadające napięciu i 

prądowi znamionowego silnika. 

2.  Wykreślić charakterystykę strat jałowych 

ΔP

o

 = f (U

2

), i wyznaczyć straty przy napięciu 

znamionowym: 

 

ΔP

m

 =  . . . . . . . . . .  [W]    

ΔP

Fe

 =  . . . . . . . . . .  [W] 

Odnieść ich wartości do mocy znamionowej badanego silnika. Przeanalizować uzyskane wyniki.  

3.  Podać uzyskane wartości rezystancji uzwojeń, przekładnię napięciową i przekładnię prądową. 

W oparciu o te wielkości narysować schemat połączeń wirnika badanego silnika. 

4.  Wykreślić charakterystyki zwarcia P

z

, cos 

ϕ

z

, I

z

 = f (U

z

). Przeprowadzić analizę oraz wyciągnąć 

wnioski z ich przebiegu i wartości. 

 Dla 

prądu znamionowego silnika porównaj wartości mocy P

Z

 ze stratami w uzwojeniach 

silnika, wyznaczonymi w oparciu o pomierzone wartości rezystancji: 
 

ΔP

Cus

 =  

 

[W]  

ΔP

Cur

 =   

 

  [W].  

 Odnieść ich wartości do mocy znamionowej badanego silnika. Przeanalizować uzyskane 
 wyniki. 
5.  Obliczyć sprawność znamionową silnika w oparciu o pomierzone straty. 
6.  Wyznaczyć wg zależności (1.3) charakterystykę mechaniczną (moment obrotowy w funkcji 

poślizgu) badanego silnika dla wyznaczonych wartości parametrów modelu obwodowego. 
Wyznaczyć wartość momentu dla poślizgu znamionowego i porównać z wartością momentu 
znamionowego badanego silnika (

)

/

/(

60

2

N

N

N

n

P

T

π

=

. Uzasadnić występujące różnice wartości. 

2.7.  Pytania kontrolne  

Pytania ze znajomości teorii i zagadnień dotyczących sprawozdania 

1.  Podać rodzaje budowy silników indukcyjnych. Wymienić elementy stojana i wirnika silnika 

indukcyjnego. 

2.  Opisać zasadę działania silnika indukcyjnego w ujęciu ciągu logicznego przyczyna - skutek.  
3.  Narysować podstawowy (elementarny) model fizyczny (układ dwóch przepływów) silnika 

indukcyjnego. Wykazać analitycznie, wprowadzając dwóch obserwatorów mierzących prędkość 
kątową pola wirującego wirnika, że w stanie pracy ustalonej silnika układ dwóch przepływów jest 
nieruchomy względem siebie). Jakie są tego konsekwencje? 

4.  Opisać obraz fizyczny (składowe strumieni) i model obwodowy (schemat zastępczy) silnika 

indukcyjnego dla biegu jałowego. 

5.  Opisać obraz fizyczny (składowe strumieni) i model obwodowy (schemat zastępczy) silnika 

indukcyjnego w stanie zwarcia. 

6.  Narysować modele silnika indukcyjnego : fizyczny (składowe strumieni) i obwodowy (schemat 

zastępczy). Podać i wyjaśnić wzajemne relacje między wielkościami modelu fizycznego a zmiennymi i 
parametrami modelu obwodowego (schematu zastępczego).  

7.  Podać i wyjaśnić analogie modelu obwodowego (schematu zastępczego) silnika indukcyjnego i 

transformatora. 

8.  Narysować model obwodowy (schemat zastępczy) silnika indukcyjnego, nazwać tworzące go elementy 

i dokonać interpretacji fizycznej tych elementów.  

background image

M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna: 

20

9.  Podać, nazwać i objaśnić podstawowe wielkości charakterystyczne i zależności dotyczące silników 

indukcyjnych (I

Φ

m

Φ

σ1

 

Φ

σ2

, E

, E

ϑ

I

ϑ

u

, I

, U

ΔP

Fe 

ΔP

Cu 

ΔP

o

,

 

ΔP

m

). 

10. Na podstawie jakich prób wyznacza się parametry modelu obwodowego (schematu zastępczego) 

silnika indukcyjnego? Podać zależności między wynikami tych prób i parametrami modelu 
obwodowego. 

11. Podać charakterystyki biegu jałowego badanego silnika indukcyjnego i uzasadnić fizycznie oraz 

analitycznie ich kształt. 

12. Podać charakterystyki zwarcia badanego silnika indukcyjnego i uzasadnić fizycznie oraz analitycznie 

ich kształt. 

13. Podać wykresy wartości parametrów modelu obwodowego (schematu zastępczego) badanego silnika 

indukcyjnego w funkcji napięcia zasilania U

s

: oddzielnie dla gałęzi magnesującej (podłużnej) i gałęzi 

zwarciowej (poprzecznej) schematu. Uzasadnić fizycznie oraz analitycznie ich kształt. 

Pytania z przygotowania praktycznego do ćwiczenia  

1.  Podać najważniejsze dane tabliczki znamionowej silnika indukcyjnego.  
2.  Co to są uzwojenia stojana i wirnika, wielkości pierwotne i wtórne, silnika indukcyjnego? 
3.  Wymienić podstawowe metody rozruchu silnika indukcyjnego (klatkowego, pierścieniowego). 
4.  Wymienić podstawowe próby silnika indukcyjnego i jakie wielkości fizyczne na podstawie wyników 

tych prób się wyznacza. 

5.  Podać orientacyjne wartości procentowe dla silników indukcyjnych: 

•  spadku napięcia na rezystancji zwarcia, 
•  prądu biegu jałowego, 
•  napięcia zwarcia, 
•  strat w żelazie, w miedzi uzwojeń i mechanicznych, a także relacje między ich wartościami, 
•  sprawności. 

6.  Podać definicję przekładni (napięciowej, prądowej) silnika indukcyjnego pierścieniowego. Dlaczego 

należy wyznaczyć obie przekładnie silnika? 

7.  Jak należy dobrać zakresy woltomierza, amperomierza i watomierza do pomiarów biegu jałowego 

silnika? Podać czy pomiary należy wykonać z poprawnie mierzonym prądem czy napięciem? 

8.  Jak należy dobrać zakresy woltomierza, amperomierza i watomierza do pomiarów stanu zwarcia silnika? 

Podać czy pomiary należy wykonać z poprawnie mierzonym prądem czy napięciem? 

9. 

Wymienić podstawowe charakterystyki silnika indukcyjnego (dotyczące tematyki ćwiczenia), 
wymieniając współrzędne oraz wielkości jakie należy utrzymywać stałe

10. Literatura 

[1] 

Latek W.: Zarys maszyn elektrycznych. WNT, W-wa 1974. 

[2] 

Latek W.: Badania maszyn elektrycznych w przemyśle. WNT, W-wa 1979. 

[3] 

Manitius Z.: Maszyny asynchroniczne. Skrypt. Wyd . Pol. Gdańskiej, Gdańsk 1977. 

[4] 

Plamitzer A.: Maszyny elektryczne. Wyd. 7. WNT, W-wa 1992. 

[5] 

Praca zbiorowa (red. Manitius Z.): Laboratorium maszyn elektrycznych. Skrypt. Wyd.2. Wyd. Pol. 

 Gdańskiej, Gdańsk 1990. 

[6] 

Rafalski W., Ronkowski M., Zadania z maszyn elektrycznych, Cz. I: Transformatory i maszyny 

 

asynchroniczne, wyd. 4, Wyd. Politechniki Gdańskiej, 1994. 

[7] 

Roszczyk S.: Teoria maszyn elektrycznych. WNT, W-wa 1979. 

[8] 

Ronkowski M.: Maszyny elektryczne. Szkice do wykładów. PG 2011/2012. 

 

http://www.eia.pg.gda.pl/e-mechatronika/

 

[9] 

Staszewski P., Urbański W.: Zagadnienia obliczeniowe w eksploatacji maszyn elektrycznych, 

 

Warszawa, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej 2009. 

[10] 

PN-IEC 34-1:1997

 

Maszyny elektryczne wirujące. Ogólne wymagania i badania

 

http://www.pkn.pl/