Pytania pomocnicze - ELE.01

Urządzenia III klasy ochronności oznacza się symbolem rzymskiej liczby III umieszczonej w rombie. Symbol informuje, że ochrona przeciwporażeniowa opiera się na zasilaniu bardzo niskim napięciem bezpiecznym.

Urządzenia III klasy są zasilane napięciem bardzo niskim, najczęściej SELV. Nie wymagają przewodu ochronnego PE, ponieważ przy prawidłowym zasilaniu nie występuje napięcie niebezpieczne dla człowieka.

W I klasie ochronności dostępne części przewodzące łączy się z przewodem ochronnym PE. W III klasie ochronności ochrona wynika z zastosowania bardzo niskiego napięcia zasilania, więc przewód PE nie jest wymagany.

II klasa ochronności wykorzystuje izolację podwójną lub wzmocnioną i jest oznaczana symbolem dwóch kwadratów. III klasa ochronności wykorzystuje zasilanie bardzo niskim napięciem i jest oznaczana symbolem III w rombie.

Stosuje się bardzo niskie napięcie bezpieczne, zwykle SELV. Jego wartość jest ograniczona tak, aby w normalnych warunkach nie powodowała zagrożenia porażeniowego.

Ponieważ ich ochrona nie polega na samoczynnym wyłączeniu zasilania przez przewód PE, lecz na ograniczeniu napięcia do poziomu bezpiecznego. Podłączenie PE nie jest elementem wymaganym dla tej klasy ochronności.

Poślizg oblicza się ze wzoru s = (ns - n) / ns, gdzie ns to prędkość synchroniczna pola, a n to prędkość wirnika.

Gdy wirnik obraca się przeciwnie do pola magnetycznego, jego prędkość ma znak przeciwny. Wtedy różnica prędkości pola i wirnika jest większa niż prędkość synchroniczna, więc s > 1.

Dla normalnej pracy silnikowej poślizg mieści się w zakresie 0 < s < 1. Wirnik obraca się wtedy w tym samym kierunku co pole, ale nieco wolniej.

Poślizg s = 1 oznacza, że wirnik stoi, czyli n = 0. Jest to typowy stan w chwili rozruchu silnika.

Poślizg jest ujemny, gdy wirnik obraca się szybciej niż pole magnetyczne w tym samym kierunku. Maszyna przechodzi wtedy w pracę prądnicową.

Hamowanie przeciwprądem polega na zmianie kolejności faz zasilania, przez co pole magnetyczne zmienia kierunek wirowania. Wirnik obraca się jeszcze w poprzednim kierunku, więc powstaje moment hamujący.

Podczas hamowania, szczególnie przeciwprądem, mogą występować duże prądy podobne lub większe niż prądy rozruchowe. Dlatego potrzebne są odpowiednie zabezpieczenia i kontrola czasu hamowania.

Podczas rozruchu płynie duży prąd, a w silniku szeregowym ten sam prąd wzbudza pole magnetyczne i płynie przez twornik. Moment zależy od strumienia i prądu twornika, dlatego jest bardzo duży.

Moment zależy głównie od strumienia magnetycznego wzbudzenia oraz prądu twornika. W uproszczeniu: M jest proporcjonalny do Φ · Ia.

W silniku szeregowym uzwojenie wzbudzenia jest połączone szeregowo z twornikiem, a w bocznikowym równolegle. Silnik szeregowy ma większy moment rozruchowy, a bocznikowy bardziej stabilną prędkość.

Bez obciążenia prędkość silnika szeregowego może nadmiernie wzrosnąć. Może to doprowadzić do uszkodzenia wirnika lub całej maszyny.

Stosuje się je tam, gdzie potrzebny jest duży moment przy ruszaniu, np. w trakcji elektrycznej, dźwignicach, rozrusznikach i napędach ciężkiego rozruchu.

Silnik bocznikowy ma mniejszy moment rozruchowy niż silnik szeregowy. Jego zaletą jest natomiast dość stała prędkość obrotowa przy zmianach obciążenia.

Moment rozruchowy to moment rozwijany przez silnik w chwili ruszania z postoju. Jest szczególnie ważny przy napędzaniu maszyn wymagających dużej siły startowej.

Poślizg oblicza się ze wzoru s = (ns - n) / ns, gdzie ns to prędkość synchroniczna, a n to rzeczywista prędkość obrotowa wirnika.

Dla silnika dwubiegunowego zasilanego częstotliwością 50 Hz prędkość synchroniczna wynosi 3000 obr/min. Prędkość znamionowa 2920 obr/min wskazuje, że jest to silnik o prędkości bliskiej 3000 obr/min.

Prędkość synchroniczna wynika z częstotliwości zasilania i liczby biegunów. Prędkość znamionowa to rzeczywista prędkość wirnika pod obciążeniem znamionowym, zwykle nieco mniejsza.

Oznacza, że wirnik obraca się o 2,7% wolniej od pola magnetycznego stojana. Taki poślizg jest typowy dla silnika indukcyjnego pracującego przy obciążeniu znamionowym.

Gdyby wirnik obracał się z prędkością synchroniczną, nie byłoby względnego ruchu pola względem wirnika, a więc nie indukowałby się prąd i nie powstawałby moment napędowy.

Należy odczytać częstotliwość zasilania, np. 50 Hz, oraz prędkość znamionową n, np. 2920 obr/min. Następnie wyznacza się prędkość synchroniczną i podstawia dane do wzoru na poślizg.

Charakterystyka pokazuje zależność momentu elektromagnetycznego od prędkości obrotowej lub poślizgu. Typowe są: moment rozruchowy przy s = 1, wzrost momentu do momentu krytycznego oraz spadek momentu do zera przy prędkości synchronicznej, czyli s = 0.

Poślizg to względna różnica między prędkością synchroniczną pola wirującego a prędkością wirnika. W pracy silnikowej poślizg jest większy od 0 i mniejszy od 1.

Gdyby wirnik osiągnął prędkość synchroniczną, nie byłoby względnego ruchu między polem magnetycznym a wirnikiem. Nie indukowałby się wtedy prąd w wirniku, więc moment elektromagnetyczny spadłby do zera.

Moment krytyczny to największy moment, jaki silnik może wytworzyć przy danym zasilaniu. Po jego przekroczeniu silnik traci stabilność pracy i może gwałtownie zwolnić lub zatrzymać się.

Moment rozruchowy występuje przy prędkości wirnika równej zero, czyli przy poślizgu s = 1. Jest to moment dostępny w chwili startu silnika.

Przy wzroście obciążenia prędkość wirnika nieznacznie maleje, a poślizg rośnie. Silnik zwiększa moment do pewnej granicy, którą jest moment krytyczny.

Wykres z poślizgiem s, prędkością synchroniczną i momentem krytycznym jest typowy dla silnika asynchronicznego indukcyjnego. Silnik krokowy opisuje się zwykle kątem kroku i momentem trzymającym, inwerterowy to raczej sposób zasilania, a histerezowy ma inną zasadę działania.

Obwód magnetyczny tworzą głównie rdzeń stojana i rdzeń wirnika wykonane z pakietów blach ferromagnetycznych. Przez te elementy zamyka się strumień magnetyczny maszyny.

Pakietowanie rdzenia ogranicza prądy wirowe, które powodowałyby nagrzewanie i straty energii. Dzięki temu maszyna ma większą sprawność.

Są to prądy indukowane w przewodzącym materiale rdzenia przez zmienne pole magnetyczne. Powodują niepożądane straty cieplne.

Klatka aluminiowa jest uzwojeniem wirnika, w którym indukują się prądy wytwarzające moment obrotowy. Nie jest ona obwodem magnetycznym.

Jednolity odlew żeliwny powodowałby duże straty od prądów wirowych i nie jest typowym rdzeniem magnetycznym maszyny indukcyjnej. Rdzeń wykonuje się z cienkich blach.

Najczęściej stosuje się stal elektrotechniczną, ponieważ dobrze przewodzi strumień magnetyczny i pozwala ograniczyć straty w rdzeniu.

Najczęściej po obecności uzwojenia głównego oraz pomocniczego z kondensatorem, zasilanych z jednej fazy. Zaciski mogą być oznaczone np. U1-U2 dla uzwojenia głównego i Z1-Z2 dla pomocniczego.

Kondensator przesuwa fazę prądu w uzwojeniu pomocniczym. Dzięki temu powstaje moment rozruchowy umożliwiający start silnika.

Uzwojenie główne pracuje podczas normalnej pracy silnika. Uzwojenie pomocnicze służy do wytworzenia momentu rozruchowego, często we współpracy z kondensatorem.

Jednofazowe pole magnetyczne jest polem pulsującym, a nie naturalnie wirującym. Bez dodatkowego przesunięcia fazowego moment rozruchowy może być niewystarczający.

Silnik klatkowy ma prosty wirnik zwarty w postaci klatki i nie ma pierścieni ślizgowych. Silnik pierścieniowy ma uzwojony wirnik wyprowadzony na pierścienie, co umożliwia dołączanie rezystancji rozruchowej.

Tak. Silnik jednofazowy klatkowy jest odmianą silnika indukcyjnego, ponieważ moment powstaje wskutek indukowania prądów w wirniku.

Zwykle zmienia się kierunek prądu w jednym z uzwojeń, najczęściej pomocniczym, względem uzwojenia głównego. Nie zamienia się jednocześnie końców obu uzwojeń, bo wtedy kierunek pozostanie taki sam.

Silnik pierścieniowy to silnik indukcyjny z wirnikiem uzwojonym, którego uzwojenia są wyprowadzone na pierścienie ślizgowe. Pozwala to dołączać zewnętrzne rezystory do obwodu wirnika.

Są to zaciski uzwojenia wirnika. Umożliwiają podłączenie zewnętrznych elementów, najczęściej rezystorów rozruchowych lub regulacyjnych.

Zaciski stojana są zwykle związane z zasilaniem trójfazowym L1, L2, L3 albo oznaczeniami uzwojeń stojana. Zaciski wirnika prowadzą do pierścieni, szczotek lub zewnętrznych rezystorów.

Rezystory zwiększają rezystancję obwodu wirnika podczas rozruchu. Dzięki temu można zwiększyć moment rozruchowy i ograniczyć prąd rozruchowy.

Szczotkotrzymacze są elementami mechanicznymi utrzymującymi szczotki, ale oznaczenia K, L, M odnoszą się do elektrycznych zacisków uzwojenia wirnika. Szczotki tylko pośredniczą w połączeniu z wirnikiem.

Na początku rozruchu rezystancja zewnętrzna jest duża. W miarę rozpędzania silnika kolejne stopnie rezystorów są zwierane lub odłączane.

W silniku klatkowym uzwojenie wirnika ma postać zwartej klatki i nie jest wyprowadzone na zewnątrz. Nie ma więc możliwości bezpośredniego dołączenia rezystorów do obwodu wirnika.

Służy do gaszenia łuku elektrycznego powstającego podczas rozłączania styków. Chroni styki przed zniszczeniem i umożliwia skuteczne przerwanie prądu.

Najczęściej wygląda jak pakiet wielu równoległych metalowych płytek umieszczonych blisko styków. To charakterystyczny element odróżniający ją od cewek i mechanizmów napędowych.

Łuk powstaje, gdy styki rozchodzą się, a prąd nadal próbuje płynąć przez zjonizowane powietrze między nimi. Zjawisko jest szczególnie intensywne przy dużych prądach.

Komora gaszeniowa gasi łuk po rozwarciu styków. Wyzwalacz elektromagnetyczny wykrywa duży prąd, np. zwarciowy, i uruchamia mechanizm wyłączenia.

Człon termiczny reaguje na przeciążenie, zwykle przez nagrzewanie bimetalu. Działa wolniej niż wyzwalacz elektromagnetyczny, ponieważ przeciążenie nie musi wymagać natychmiastowego wyłączenia.

Płytki dzielą łuk na krótsze odcinki i intensywnie go chłodzą. Ułatwia to szybkie zgaśnięcie łuku i przerwanie prądu.

Może dojść do uszkodzenia styków, przegrzania aparatu, pożaru lub nieskutecznego wyłączenia obwodu. Dlatego komora gaszeniowa jest ważnym elementem bezpieczeństwa.

Umożliwiają elektryczne połączenie uzwojenia wirnika z obwodem zewnętrznym, np. z rezystorami rozruchowymi. Prąd przepływa przez szczotki stykające się z pierścieniami.

Stopy miedzi mają dobrą przewodność elektryczną, odpowiednią wytrzymałość mechaniczną i odporność na zużycie. Dzięki temu dobrze współpracują ze szczotkami.

Pierścień ślizgowy jest częścią wirującą zamocowaną na wirniku, a szczotka jest elementem nieruchomym dociskanym do pierścienia. Szczotka przewodzi prąd i ślizga się po powierzchni pierścienia.

Materiały metalowo-grafitowe są typowe dla szczotek, a nie dla pierścieni. Grafit poprawia właściwości ślizgowe szczotek podczas pracy po pierścieniu.

Rezystory zwiększają moment rozruchowy i ograniczają prąd rozruchowy. Są dołączane do uzwojenia wirnika przez pierścienie ślizgowe i szczotki.

Typowe objawy to iskrzenie szczotek, nadmierne nagrzewanie, nierówna praca silnika, zabrudzenie powierzchni pierścieni lub widoczne rowki i ślady zużycia.