$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Silniki indukcyjne prądu przemiennego są końmi roboczymi nowoczesnego przemysłu, ponieważ są proste, wytrzymałe i niezawodne. Silnik indukcyjny składa się tylko z dwóch głównych części. Pierwszą z nich jest część stacjonarna zwana stojanem, która składa się ze stacjonarnych cewek wokół wnęki. We wnęce zawieszony jest wirnik, który jest parą pierścieni końcowych zamykających cylindryczny układ prętów. Jest to często nazywane klatką wiewiórki. Parametry elektryczne tych dwóch elementów dostarczają informacji o sprawności silnika oraz zależności między momentem obrotowym a prędkością. Jest to niezbędne do określenia najlepszego rozmiaru i typu silnika dla danego zastosowania. Ten film wprowadzi podstawy działania silnika indukcyjnego i pokaże, jak określić równoważny model obwodu dla trójfazowego silnika indukcyjnego.
Trójfazowy silnik indukcyjny prądu przemiennego wykorzystuje energię trójfazową, przy czym każda faza jest podłączona do oddzielnego zestawu cewek stojana. Cewki są ułożone we wzór, który generuje jedno pole magnetyczne dla każdej fazy dostarczanej mocy. Powstałe w ten sposób pole magnetyczne netto, zwane polem magnetycznym stojana, obraca się ze stałą prędkością kątową. Wirujący strumień magnetyczny indukuje prąd w wirniku, podobnie jak transformator przenosi moc z cewki pierwotnej do wtórnej. Prąd płynący przez pręty klatki wiewiórki z kolei wytwarza własne pole magnetyczne, zwane indukowanym polem magnetycznym wirnika. Oddziaływanie między tymi dwoma polami wytwarza siłę działającą na wirnik, co powoduje, że podąża za polem magnetycznym stojana. Jak żelazna sztaba podążająca za otaczającymi ją magnesami. Jeśli wirnik dokładnie podąża za polem magnetycznym, tak jak ten pasek, to silnik jest synchroniczny. Jednak w silniku indukcyjnym wirnik pozostaje w tyle za polem magnetycznym stojana. To opóźnienie, zwane poślizgiem, powoduje, że silniki indukcyjne są asynchroniczne. W ten sposób silnik indukcyjny zawsze będzie obracał się wolniej niż prędkość synchroniczna. Moment obrotowy wzrasta wraz ze zmniejszaniem się poślizgu lub gdy prędkość silnika maleje od synchronicznej do pewnego punktu zwanego momentem przebicia. Wraz z dodaniem obciążenia prędkość obrotowa zmniejsza się wraz ze wzrostem poślizgu, co skutkuje zmniejszeniem momentu obrotowego. Poniższe eksperymenty pokażą, jak mierzyć różne parametry elektryczne silnika indukcyjnego w celu opisania silnika za pomocą równoważnego modelu obwodu.
Każdy z poniższych testów wymaga znajomości parametrów znamionowych wirnika, które są wydrukowane na tabliczce znamionowej silnika. Dla napięcia znamionowego 208 woltów przy 60 hercach zapisz moc znamionową zarówno w konach mechanicznych, jak i watach. Zapisz również prąd znamionowy w amperach i prędkość znamionową zarówno w obrotach na minutę, jak i radianach na sekundę. Można obliczyć znamionowy moment obrotowy, który jest równy mocy znamionowej podzielonej przez prędkość znamionową. Tutaj wał silnika indukcyjnego napędza generator prądu stałego. Obciążenie elektryczne generatora prądu stałego jest bezpośrednio związane z mocą mechaniczną w nim dochodzącą. A to z kolei działa jak mechaniczne obciążenie silnika indukcyjnego. Najpierw ustaw limit prądu zasilacza prądu stałego na 1,8 ampera, a następnie wyłącz go. Ten test prądu stałego mierzy rezystancję samego uzwojenia stojana, ponieważ tylko zaciski stojana są dostępne dla silnika indukcyjnego klatkowego. Podłącz wyjście zasilania przez zaciski stojana A i B. Włącz zasilacz i zarejestruj jego napięcie wyjściowe i prąd. Powtórz tę procedurę dla pozostałych kombinacji dwufazowych B i C oraz C i A. Dla każdej z kombinacji faz oblicz rezystancję, dzieląc napięcie wyjściowe przez prąd wyjściowy. Wynik jest dla dwóch faz połączonych szeregowo, więc rezystancja na fazę, R1, wynosi połowę tej wartości. Rezystancja uzwojenia stojana zależy od mocy znamionowej silnika i wynosi sześć omów dla tego silnika.
Przetestuj silnik indukcyjny bez obciążenia, aby uzyskać pomiary potrzebne do dalszych obliczeń. Najpierw odłącz wszystkie zaciski generatora prądu stałego lub dynamometru, aby nie generował on energii i nie obciążał mechanicznie silnika indukcyjnego. Przy wyłączonym trójfazowym źródle zasilania zmontuj urządzenie. Ustaw variac na wyjście 0% i podłącz go do gniazdka trójfazowego. Włącz zasilanie trójfazowe i szybko zwiększaj moc wyjściową variac, aż każdy z cyfrowych mierników mocy wskaże około 208 woltów. Zapisz pomiary mocy, napięcia i prądu z obu mierników. Suma mocy mierzonej przez dwa cyfrowe mierniki mocy to moc pobierana przez trzy fazy działające razem. 1/3 tego to moc w jednej fazie. Zapisz moment obrotowy silnika i oznacz go t-zero, czyli moment obrotowy bez obciążenia. Jeśli aparatura do pomiaru momentu obrotowego nie jest dobrze skalibrowana, t-zero niekoniecznie musi być równe zeru. Następnie użyj światła stroboskopowego, aby zmierzyć prędkość obrotową silnika bez obciążenia, która jest zbliżona do jego prędkości synchronicznej wynoszącej 1,800 obr./min. Dostosuj kurs i znajdź pokrętła częstotliwości, aż wał będzie wyglądał na nieruchomy. Prędkość obrotowa silnika mieści się zwykle między prędkością znamionową na tabliczce znamionowej a prędkością synchroniczną. Przelicz częstotliwość światła stroboskopowego z obrotów na minutę na kątową prędkość obrotową bez obciążenia, omega zero. Ustaw wariak z powrotem na 0% mocy wyjściowej, a następnie wyłącz zasilanie trójfazowe. Resztę aparatu pozostaw nienaruszoną.
Test zablokowanego wirnika mierzy parametry elektryczne, gdy silnik jest nieruchomy i nie może się obracać. W tym stanie występuje największa różnica w ruchu między polem wirnika i stojana. Do tego testu należy użyć konfiguracji testu bez obciążenia i odłączyć wszystkie zaciski generatora prądu stałego lub dynamometru. Przy wyłączonym zasilaniu trójfazowym i wariaku na mocy 0% zablokuj wirnik po stronie silnika prądu stałego za pomocą mechanicznego zacisku. Z wyjątkiem zablokowanego wirnika, aparatura jest taka sama, jak w przypadku testu bez obciążenia. Włącz zasilanie trójfazowe i silnik indukcyjny. Powoli zwiększaj moc wyjściową variac do prądu znamionowego na cyfrowych miernikach mocy. Zapisz moc, napięcie i prąd z obu mierników. Aby zakończyć, ustaw wariację z powrotem na 0%, a następnie wyłącz zasilanie trójfazowe.
Efektywnie uzwojenie stojana pełni tę samą funkcję, co cewka pierwotna transformatora, a wirnik jest odpowiednikiem uzwojenia wtórnego. Silnik można zatem modelować za pomocą równoważnego obwodu podobnego do transformatora. Jednak obwód jest uproszczony, aby usunąć idealną część transformatora i odnosi się do elementów wirnika jako odbicia stojana. Obwód równoważny na fazę obejmuje rezystancję uzwojenia stojana, R1, obliczoną na podstawie testu prądu stałego. Stojan wykazuje również opór wobec zmian prądu i napięcia zwany reaktancją X1. Parametry wirnika są odbijane od stojana, w tym rezystancja odbita, R2 prime i reaktancja odbita wirnika, X2 prime. Wzajemna reaktancja magnesowania, parametr XM jest odpowiednikiem strumienia magnetycznego w szczelinie powietrznej między wirnikiem a stojanem. Wreszcie między stojanem a wirnikiem następuje utrata mocy, która jest modelowana jako równoważna rezystancja utraty rdzenia, RC. Wszystkie te wartości można obliczyć na podstawie wykazanych testów i są one szczegółowo opisane w protokole testów.
Silniki indukcyjne prądu przemiennego są szeroko stosowane w różnych zastosowaniach ze względu na ich prostotę, wytrzymałość i niezawodność. Silnik indukcyjny jest często wybierany na podstawie jego liniowej prędkości obrotowej pod zmieniającym się obciążeniem mechanicznym. Test obciążenia śledzi liniową charakterystykę prędkości momentu obrotowego wraz ze zmianami obciążenia mechanicznego. Na potrzeby tego testu generator prądu stałego lub dynamometr jest podłączony do silnika indukcyjnego, tak aby zapewniał kontrolowane obciążenie wirnika. Urządzenie jest zmontowane z rezystancją obciążenia, LL, 300, 200 lub 100 omów. Pomiary mocy, napięcia i prądu są rejestrowane z podłączonych liczników. Następnie mierzony jest odczyt momentu obrotowego i prędkość obrotowa z rezystancją obciążenia i bez niej. Wykres charakterystyki prędkości obrotowej silnika indukcyjnego będzie podobny do tych krzywych dla czterech klas silników NEMA. Mikroskop elektronowy wymaga próżniowej komory do przechowywania próbki i wykorzystuje pompę próżniową, która może mieć mały silnik indukcyjny. Próżnia w komorze umożliwia przekazywanie elektronów do próbki, a następnie z próbki do aparatury obrazowania. Wreszcie, tokarki i inne wyposażenie warsztatu mechanicznego mogą wykorzystywać mocniejsze trójfazowe silniki indukcyjne. Ze względu na swoją prostotę i brak komutacji mechanicznej, silniki indukcyjne mogą wytrzymać intensywne użytkowanie ze zmniejszonym prawdopodobieństwem awarii. Ta wytrzymałość jest wyraźną zaletą przy wytwarzaniu części metalowych.
Właśnie obejrzałeś wprowadzenie Jowisza do silników indukcyjnych prądu przemiennego. Powinieneś teraz zrozumieć podstawową zasadę działania i sposób wykonywania testów w celu określenia ich równoważnych parametrów obwodu.
