KWALIFIKACJA ELE5 - CZERWIEC 2023

PYTANIE NR 40.
W którym stanie pracy silnik asynchroniczny ma najniższy współczynnik mocy?
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Najniższy współczynnik mocy silnik asynchroniczny ma przy biegu jałowym, ponieważ moc czynna pobierana z sieci jest wtedy mała, a znacząca część prądu stanowi prąd magnesujący (związany z wytworzeniem strumienia), który zwiększa moc bierną i moc pozorną, obniżając cosφ.

Pełne wyjaśnienie:

Współczynnik mocy cosφ opisuje, jaka część mocy pozornej jest zamieniana na moc czynną. W silniku asynchronicznym istotną rolę odgrywa prąd magnesujący, potrzebny do wytworzenia strumienia w szczelinie powietrznej. Ten prąd jest w dużej mierze "bierny" (opóźniony względem napięcia), więc podnosi moc bierną i moc pozorną.

Podczas biegu jałowego silnik wykonuje minimalną pracę użyteczną. Moc czynna jest wtedy głównie zużywana na straty (tarcie, wentylacja, straty w żelazie), a nie na oddawanie momentu do obciążenia. Jednocześnie prąd magnesujący nadal musi płynąć, bo strumień musi zostać utrzymany. W efekcie relacja mocy czynnej do pozornej jest niekorzystna i cosφ przyjmuje najmniejsze wartości.

Przy obciążeniu znamionowym rośnie składowa prądu odpowiedzialna za wytwarzanie momentu i przekazywanie mocy mechanicznej, czyli rośnie moc czynna. Udział prądu magnesującego w prądzie całkowitym staje się relatywnie mniejszy, dlatego cosφ zwykle jest wyższy niż na biegu jałowym.

Odpowiedzi typu "zwarcia awaryjnego" oraz "zwarcia pomiarowego" nie opisują typowego stanu pracy, dla którego analizuje się charakterystykę cosφ silnika w eksploatacji. Zwarcie jest stanem zakłóceniowym (lub procedurą testową), w którym podstawowym problemem są prądy i zabezpieczenia, a nie porównywanie współczynnika mocy w sensie ekonomiki pracy napędu.

  • Bieg jałowy → mała moc czynna, istotna moc bierna → najniższy cosφ.
  • Obciążenie znamionowe → większa moc czynna, lepsza relacja P/S → wyższy cosφ.

Wskazówka egzaminacyjna: jeśli pytanie dotyczy "kiedy cosφ jest najniższy", to najczęściej chodzi o sytuację, gdy urządzenie pobiera prąd do wytworzenia pola/strumienia, ale nie wykonuje prawie żadnej pracy użytecznej.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Cosφ to miara, jaka część mocy pozornej jest mocą czynną. W silniku asynchronicznym na cosφ wpływa m.in. prąd magnesujący potrzebny do wytworzenia strumienia. Im większy udział mocy biernej w poborze, tym niższy cosφ.
Na biegu jałowym silnik pobiera prąd, aby wytworzyć pole magnetyczne (prąd magnesujący), ale oddaje mało mocy mechanicznej. Moc czynna jest niewielka, a moc bierna pozostaje istotna, więc stosunek P do S spada i cosφ jest najniższy.
Zwykle wraz ze wzrostem obciążenia rośnie składowa prądu związana z wytwarzaniem momentu i mocy czynnej. Udział prądu magnesującego w prądzie całkowitym maleje procentowo, dlatego cosφ z reguły rośnie i jest lepszy w pobliżu obciążenia znamionowego.
Tak, długotrwały bieg jałowy bywa niekorzystny, bo silnik nadal pobiera energię na straty i moc bierną, mimo że nie wykonuje użytecznej pracy. Skutkiem może być gorsza ekonomika pracy i pogorszenie cosφ całej instalacji, zwłaszcza przy wielu napędach.
Niski cosφ oznacza większą moc pozorną przy tej samej mocy czynnej, co może zwiększać prądy w przewodach, obciążenie transformatora oraz straty. W wielu obiektach stosuje się kompensację mocy biernej, aby poprawić cosφ i odciążyć sieć.
W praktyce używa się analizatorów parametrów sieci lub mierników mocy w układzie jednofazowym/trójfazowym. Odczytuje się cosφ bezpośrednio albo wyznacza z mocy czynnej i pozornej. Ważne jest mierzenie przy znanym stanie obciążenia silnika.
Częsty błąd to wybór odpowiedzi związanej z awarią (np. zwarcie), bo kojarzy się z "najgorszym stanem". Tymczasem pytanie dotyczy typowej charakterystyki pracy. Warto zapamiętać, że najniższy cosφ występuje przy małym obciążeniu, szczególnie na biegu jałowym.
Do poprawy cosφ stosuje się układy kompensacji mocy biernej, najczęściej baterie kondensatorów (indywidualne przy silniku lub grupowe w rozdzielnicy). Ich zadaniem jest zmniejszenie zapotrzebowania na moc bierną z sieci i poprawa współczynnika mocy.
Nie. Sprawność opisuje, jaka część mocy elektrycznej zamienia się na moc mechaniczną na wale, a cosφ opisuje relację mocy czynnej do pozornej. Silnik może mieć dobrą sprawność przy znamionowym obciążeniu, a jednocześnie mieć niższy cosφ przy małym obciążeniu.
Warto powtórzyć trójkąt mocy (P, Q, S), rolę prądu magnesującego oraz typowe zależności cosφ i sprawności od obciążenia. Pomaga też analiza przykładów eksploatacyjnych: bieg jałowy, rozruch, praca znamionowa, a także pojęcie kompensacji mocy biernej.
info

To pytanie poprawnie rozwiązuje 53% zdających egzamin. trudne

Materiały:

  • Podręczniki i skrypty szkolne z działu: maszyny elektryczne (silnik asynchroniczny)
  • Materiały producentów aparatury do kompensacji mocy biernej (poradniki doboru baterii kondensatorów)
  • Notatki z elektrotechniki: moc czynna, bierna, pozorna, trójkąt mocy

Aktualizacja pytania: 31.03.2026

Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego