KWALIFIKACJA ELE5 - CZERWIEC 2020

PYTANIE NR 7.
W którym stanie pracy silnik asynchroniczny ma najniższy współczynnik mocy?
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Najniższy współczynnik mocy silnik asynchroniczny ma podczas biegu jałowego, ponieważ wtedy pobiera głównie prąd magnesujący (bierny), a moc czynna jest mała (pokrywa głównie straty). Stosunek mocy czynnej do pozornej jest więc najmniejszy. Przy obciążeniu cos φ rośnie.

Pełne wyjaśnienie:

Współczynnik mocy cos φ opisuje, jaka część mocy pozornej zamienia się na moc czynną: im większy udział mocy biernej w poborze, tym cos φ jest mniejszy.

W silniku asynchronicznym podczas biegu jałowego wał nie oddaje praktycznie użytecznej mocy mechanicznej. Silnik nadal musi jednak wytworzyć strumień w szczelinie, więc pobiera znaczący prąd magnesujący, który ma w dużej mierze charakter bierny indukcyjny. Moc czynna w tym stanie jest stosunkowo niewielka i pokrywa głównie straty: w rdzeniu (histereza i prądy wirowe), w uzwojeniach (straty miedzi) oraz straty mechaniczne (tarcie i wentylacja). W efekcie udział mocy biernej w mocy pozornej jest wysoki, a cos φ – najniższy.

Przy obciążeniu znamionowym rośnie składowa prądu związana z wytwarzaniem momentu i przekazywaniem mocy do odbiornika. Zwiększa się moc czynna, a relacja mocy czynnej do pozornej jest korzystniejsza, więc cos φ jest wyższy niż na biegu jałowym.

Odpowiedzi odnoszące się do zwarcia są mylące w kontekście współczynnika mocy silnika jako maszyny w normalnej eksploatacji. "Zwarcie awaryjne" to stan nienormalny i nie jest typowym "stanem pracy" rozpatrywanym w charakterystykach eksploatacyjnych. "Zwarcie pomiarowe" bywa kojarzone z próbami maszyn/transformatorów, ale nie oznacza ono standardowego, długotrwałego punktu pracy silnika w instalacji. W zadaniach egzaminacyjnych zależność cos φ od obciążenia silnika najczęściej sprowadza się do zasady: najgorzej (najniżej) jest na biegu jałowym, lepiej przy obciążeniu.

Wskazówka egzaminacyjna: gdy w odpowiedziach występuje "bieg jałowy" i pytanie dotyczy cos φ, sprawdź intuicję: na biegu jałowym dominuje prąd magnesujący (bierny) → cos φ spada.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Cos φ to miara, jaka część mocy pozornej zamienia się na moc czynną. Gdy silnik pobiera dużo mocy biernej (np. na magnesowanie), cos φ maleje. W praktyce niski cos φ oznacza większe prądy w sieci przy tej samej mocy użytecznej.
Na biegu jałowym silnik nie oddaje prawie mocy mechanicznej, ale nadal musi wytworzyć strumień w szczelinie. Pobiera więc prąd magnesujący o charakterze biernym. Ponieważ moc czynna pokrywa głównie straty, stosunek P do S jest mały, więc cos φ jest najniższy.
Wraz ze wzrostem obciążenia rośnie składowa prądu odpowiedzialna za wytwarzanie momentu i moc czynną. Udział mocy czynnej w mocy pozornej staje się większy, dlatego cos φ zwykle rośnie od wartości niskiej na biegu jałowym do wyższej w pobliżu obciążenia znamionowego.
W typowych warunkach pracy silnika cos φ jest znacznie lepszy przy obciążeniu znamionowym niż na biegu jałowym. Nie oznacza to, że jest "zawsze najlepszy" w każdym punkcie, ale w zadaniach egzaminacyjnych kluczowe jest rozróżnienie: bieg jałowy = najniższy cos φ, obciążenie = wyższy cos φ.
Praca na biegu jałowym to sytuacja, gdy silnik jest zasilany i wiruje, ale nie napędza realnego obciążenia (lub jest ono bardzo małe). Taki stan jest nieekonomiczny: pobiera prąd, generuje straty i często pogarsza cos φ, zwiększając udział mocy biernej w instalacji.
Nie jest to typowy stan pracy eksploatacyjnej. Zwarcie awaryjne jest stanem zakłóceniowym, w którym kluczowe są zabezpieczenia i wyłączenie zasilania, a nie parametry użytkowe. W pytaniach o cos φ silnika najczęściej porównuje się bieg jałowy z obciążeniem, a nie sytuacje awaryjne.
Uczniowie kojarzą "próbę zwarcia" np. z transformatorami lub badaniami maszyn, ale w eksploatacji silnika nie traktuje się zwarcia jako normalnego punktu pracy. Pytanie o najniższy cos φ zwykle dotyczy charakterystyki obciążeniowej, gdzie bieg jałowy wypada najgorzej.
Niski cos φ oznacza większy pobór prądu dla tej samej mocy czynnej, co zwiększa straty w przewodach i obciążenie transformatorów. Może też powodować konieczność kompensacji mocy biernej. Dlatego w praktyce unika się długiej pracy silników bez obciążenia.
Najczęściej stosuje się kompensację mocy biernej, np. baterie kondensatorów (centralnie lub przy odbiornikach). Równie ważne jest ograniczenie pracy na biegu jałowym oraz dobór silnika do rzeczywistego obciążenia. Przewymiarowanie napędu często pogarsza cos φ w praktyce.
Wskazówką jest relatywnie duży prąd w porównaniu do bardzo małej mocy czynnej oraz niski cos φ. W analizatorach sieci lub miernikach mocy widać wtedy wysoki udział mocy biernej. W praktyce warto porównać wyniki z danymi znamionowymi i charakterystyką obciążenia.
info

Około 45% zdających odpowiada poprawnie na to pytanie. trudne

Specjaliści zwracają uwagę: "Najniższy współczynnik mocy silnik asynchroniczny ma podczas biegu jałowego, ponieważ wtedy pobiera głównie prąd magnesujący (bierny), a moc czynna jest mała (pokrywa głównie straty)."

Materiały:

  • Materiały dydaktyczne z działu: maszyny elektryczne – silnik asynchroniczny
  • Karty katalogowe silników (zależność cos φ od obciążenia, jeśli podana)
  • Instrukcje pomiarów mocy czynnej/biernej i współczynnika mocy w sieciach 3-fazowych

Aktualizacja pytania: 03.04.2026



Aktualizacja pytania: 03.04.2026
📡 Brak połączenia internetowego