Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie KATEDRA MASZYN ELEKTRYCZNYCH LABORATORIUM Elektrotechnika z napędami
A3 3-fazowe silniki indukcyjne
Wydział EAIiE kierunek AiR rok II		Grupa ćwiczeniowa A	Grupa laboratoryjna 2
L.p.	Imię i nazwisko	Ocena	Data zaliczenia
1.	Kapusta Marta
2.	Hajec Anna
3.	Juszczyk Bartłomiej
4.	Gąsior Tomasz
5.	Franczyk Marek
Data wykonania ćwiczenia 21.05.2001			Podpis

I. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest poznanie budowy, zasady działania, własności oraz sposobów rozruchu i regulacji silników indukcyjnych trójfazowych. Silniki te są najbardziej rozpowszechnione jako napędy średniej i dużej mocy. Ze względu na budowę wirnika dzielą się na pierścieniowe - w żłobkach wirnika znajdują się uzwojenia, których początki są połączone z pierścieniami ślizgowymi i klatkowe (jedno- lub wieloklatkowe, głębokożłobkowe) - uzwojenie wirnika zbudowane z prętów.

II. Wykonanie ćwiczenia.

1. Silnik pierścieniowy.

Badany jest silnik trójfazowy indukcyjny pierścieniowy. Nazwa tego silnika bierze się stąd, że na jego wirniku nawinięte są trzy uzwojenia połączone w gwiazdę. Uzwojenia te w czasie normalnej pracy maszyny są zwarte.

Dane znamionowe: SZUe440, 3 kW, 380 V*, 6.6 A, 1420 obr/min, cosϕ=0.81, Rs=3.6Ω/fazę, straty biegu jałowego P0=0.346kW, straty mechaniczne ΔPm=0.236kW, moment bezwładności zespołu J=0.39 kg⋅m2.

Charakterystyki rozruchowe.

1) Pierwszy pomiar polegał na wyznaczeniu charakterystyki rozruchowej prądu stojana i momentu. Pierwsza charakterystyka została zdjęta bez oporów rozruchowych. W tym przypadku uzwojenia wirnika są zwarte. Pomiar polegał na rozpędzeniu silnika w prawo do ½ prędkości biegu jałowego. W tym momencie silnik przełączany był w lewo i jednocześnie zaczęto rejestrować jego parametry przy pomocy programu ASMOT i odpowiednio połączonego komputera. Pomiar polegał rejestracji czasowych przebiegów napięć prądów oraz prędkości obrotowej. Po skończeniu pomiarów komputer wyliczał osiągany przez silnik moment. Rys. 1 zawiera charakterystyki rozruchowe tego silnika, czyli wykres napięcia, prądu i momentu.

2) Kolejny pomiar to wyznaczenie tej samej charakterystyki przy załączonych oporach rozruchowych. Oporami tymi zwiera się uzwojenia wirnika. Samo wykonanie pomiaru jest analogiczne do poprzedniego. Rys. 3 przedstawia zdjęte charakterystyki.

Przy porównaniu obu otrzymanych charakterystyk widać od razu różnice w rozwijanym momencie. Rozruch bez oporów odbywa się przy mniejszym momencie niż rozruch tego samego silnika po dodaniu oporów rozruchowych. Przy pierwszym rodzaju rozruchu rozwijany moment rośnie wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika, aż do osiągnięcia maksimum w okolicach 0,7 prędkości biegu jałowego. Jeżeli załączymy opory rozruchowe dysponujemy maksymalnym momentem już w chwili startu silnika. Dzięki temu możemy wykonać rozruch takiego silnika pod obciążeniem, co nie jest możliwe w przypadku rozruchu bez oporów rozruchowych.

Należy zwrócić uwagę, że prąd silnika indukcyjnego podczas rozruchu jest bardzo duży i wynosi w naszym przypadku 6I_N dla przypadku rozruchu bez oporów rozruchowych i 5I_N z tymi oporami. Silnik nagrzewa się więc znacznie w czasie rozruchu, dlatego nie powinien on trwać długo.

Charakterystyki obciążeniowe.

W celu wyznaczenia charakterystyki obciążeniowej sprzęgnięto silnik indukcyjny z prądnicą hamulcową prądu stałego pracującą w układzie Leonarda. Zmieniano obciążenie silnika i dla każdej wartości obciążenia rejestrowano jego parametry. Na podstawie tak wyznaczonych punktów wykreślono charakterystyki obciążeniowe przedstawione na rys. 4 i 5.

Na podstawie tych charakterystyk można stwierdzić, że wraz ze wzrostem obciążenia rośnie prąd stojana silnika w sposób liniowy. Poślizg silnika również rośnie liniowo, co jest oczywiste ze względu na to, że zwiększające się obciążenie powoduje zwiększenie momentu generowanego przez silnik, a to z kolei sprawia, że prędkość obrotowa silnika maleje, a wiec zwiększa się poślizg. Można również zauważyć, że sprawność silnika przy większym obciążeniu jest większa.

2. Silnik klatkowy.

Silnik klatkowy nie posiada uzwojenia wirnika. Zamiast tego na wirniku zbudowana jest klatka, która ma postać prętów zwartych na czołach pierścieniami. Silniki takie są stosowane powszechnie ze względu na niską cenę oraz brak konieczności konserwacji pierścieni i szczotek.

Dane znamionowe: Sg 112 M-4 4 kW, 380 V 8.7 A, 1435 obr/min, cosϕ=0.82.

Charakterystyka rozruchowa.

Wyznaczanie charakterystyki rozruchowej silnika klatkowego przebiegało analogicznie do wyznaczania takiej charakterystyki dla silnika pierścieniowego, z ta różnicą, że z oczywistych względów nie można wykonać rozruchu z oporami (brak wyprowadzeń obwodu wirnika). Rys. 2 przedstawia otrzymane charakterystyki. Widać, że wykres momentu rozruchowego silnika klatkowego jest podobny do wykresu momentu silnika pierścieniowego bez oporów rozruchowych. Z powodu braku możliwości dołączenia oporów rozruchowych nie jest możliwe wykonanie rozruchu silnika pod dużym obciążeniem. Dlatego stosuje się w takich przypadkach silniki pierścieniowe (najlepsze) lub dwuklatkowe, których charakterystyka rozruchowa jest zbliżona do charakterystyki silników pierścieniowych. Prąd stojana podczas rozruchu przekracza kilkakrotnie wartość znamionową, więc silniki klatkowe również poważnie nagrzewają się podczas rozruchu.

Współpraca silnika klatkowego z falownikiem.

Falowniki NT-110 (taki był używany w ćwiczeniu) służą do bezpośredniej regulacji prędkości obrotowej silników indukcyjnych klatkowych. Po ustaleniu parametrów w programie falownika obserwowaliśmy przebiegi prądów i napięć stojana na oscyloskopie.

Realizacja ćwiczenia na sąsiednim stanowisku, gdzie połączony jest układ falownika NT-110 z silnikiem klatkowym Sg 100 L4B 3 kW 220/380 V 12/6.9 A 1415 obr/min. Falowniki NT-110 służą do bezstopniowej regulacji prędkości obrotowej silników indukcyjnych klatkowych w zakresie 0d 0.04*n_n do 4*n_n.

Kolejność załączania falownika:

1 - W1 3*380 V

2 - W2 wyłącznik na obudowie falownika

3 - W3 przełącznik rodzaju zasilania: pozycja “falownik”

4 - START (na obudowie falownika) - uruchomienie.

Program falownika:

1 zakres częstotliwości    60.0
2 czas rozruchu do 50 Hz   5.0
3 czas hamowania od 50 Hz   5.0
4 kierunek wirowania P
5 częstotliwość minimalna 0.5
6 częstotliwość maksymalna 60
7 zadajnik częstotliwości 0
8 prąd ciągły 24
9 prąd przeciążeniowy 34
A Boost 3
B brak
C program dodatkowy 0

Po załączeniu układu silnik jest uruchamiany klawiszem START P na panelu sterowania falownika. Częstotliwość i kierunek wirowania są podane na wskaźniku cyfrowym, a o gotowości do pracy świadczy migająca dioda LED. Należy zachować prawy kierunek wirowania (patrząc od strony maszyny obciążającej). Obserwacja prądów i napięć na oscyloskopie. Wyłączanie ukłądu przyciskiem STOP na obudowie falownika.

III. Zestawienie wyników pomiarów.

I. Silnik pierścieniowy

Dane znamionowe silnika: SZUe440 3 kW 380 V D 6.6 A 1420 obr/min cosj =0.81

1. Wyznaczony na podstawie charakterystyki rozruchowej moment maksymalny i poślizg krytyczny:

a - bez oporów rozruchowych T_max = 62,2 Nm (n=968 obr/min) s_k =.

b - z oporami rozruchowymi R_d = Ω T_max = s_k =

2. Wyznaczona na podstawie charakterystyki obcążeniowej maksymalna wartość sprawności:

η _max = 33,9 przy mocy oddawanej P_odsil = 1,14 kW

II. Silnik klatkowy

Dane znamionowe silnika: 4 kW 380 V D 8.7 A 1435 obr/min

1. Wyznaczony na podstawie charakterystyki rozruchowej moment maksymalny i poślizg krytyczny:

T_max = 83,5 Nm s_k =

2.Kształt prądu i napięcia falownika

---