POLITECHNIKA POZNAŃSKA INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI PRZEMYSŁOWEJ Laboratorium maszyn elektrycznych
	Laboratorium maszyn elektrycznych Ćwiczenie nr 2 Temat : Badanie maszyn indukcyjnych
Rok akademicki 99/00	Tomasz Górski	Data ćwiczenia : 24.11.1999r. Oddano : 1.12.1999r.
Wydział Elektryczny			Wykonanie ćwiczenia	Oddanie sprawozdania
Studia dzienne
Automatyka i Robotyka
Specjalność : Automatyka			Ocena :
UWAGI :

1. Maszyna indukcyjna jako przetwornica częstotliwości

U1	f1	Uz	f2	n	s
V	Hz	V	Hz	obr./min.	-
380	50.5	0	0	1000	0.00
				40	25	500	0.50
				56	35	300	0.69
				66	42.5	150	0.84
				80	50.5	0	1.00
				95.5	60	-200	1.19
				110	70	-400	1.39
				126	80	-600	1.58
				142	91	-800	1.80
				160	100	-1000	1.98

Ujemną wartość obrotów n uzyskano poprzez zamianę przewodów dwóch faz. Nie spowodowało to jednak spadku częstotliwości poniżej wartości 0 ( jakby się mogło wydawać - co jest niemożliwe ),

a wręcz przeciwnie - dalszy jej wzrost.

Z wykresu można zauważyć, że częstotliwość prądu, indukowanego w wirniku jest proporcjonalna liniowo do ilości obrotów na minutę - prędkości n.

Przy wyznaczaniu poślizgu skorzystano ze wzoru

gdzie n_S to prędkość synchroniczna, podana przez Prowadzącego ( n_S = 1000 obr./min ).

Poślizg s = 0 można było uzyskać, niwelując straty mechaniczne przez dołączenie dodatkowego momentu, czyli silnika współpracującego z wirnikiem - hamownicą.

Załącznik 1 - Wykres przebiegu funkcji s = f( n )

2. Pomiar znamionowego napięcia wirnika - wyznaczanie przekładni napięciowej.

U1	U20	ϑ
V	V	-
380	80	8.23
300	62	8.38
200	44	7.87

Przekładnię wyliczono z wzoru

Mnożnik
to współczynnik, mówiący o sposobie połączenia stojana i wirnika.

3. Próba idealnego biegu jałowego

U1	IA	IB	IC	P	P	n
V	A	A	A	W	W	obr./min.
380	5.9	5.8	6.0	- 920
360	5.3	5.2	5.5	- 840
340	4.6	4.5	4.7	- 720
320	4.0	4.0	4.1	- 600
300	3.6	3.6	3.7	- 520
280	3.3	3.2	3.4	- 440
240	2.6	2.5	2.7	- 320
200	2.0	2.0	2.1	- 220
160	1.6	1.5	1.7	- 160
120	1.1	1.1	1.3	- 100

Moment elektromagnetyczny M_el-m nie powstaje w maszynie indukcyjnej, jeżeli przez uzwojenie wtórne nie przepływa prąd. Znaczy to, że pole magnetyczne, wytwarzane w wirniku wiruje dokładnie z taką samą prędkością, jak pole magnetyczne, wytwarzane w stojanie. W uzwojeniu wtórnym maszyny indukcyjnej nie płynie prąd, jeżeli nie indukuje się w nim siła elektromotoryczna, lub obwód wtórny jest rozwarty. Po sprzężeniu maszyny indukcyjnej z maszyną pomocniczą osiągamy prędkość synchroniczną, równą :

Załącznik 2 - charakterystyka I₁₀ = f( U₁ )

Załącznik 3 - charakterystyka P₁₀ = f( U₁ )

Załącznik 4 - charakterystyka cos₁₀ = f( U₁ )

4. Próba zwarcia

UZ	IA	IB	IC	P	P	P	Mrpn
V	A	A	A	W	W	W	kpm
166	10.4	10.0	9.5	- 160	1220	1060	0.51
158	9.5	9.3	9.0	- 180	1100	920	0.465
146	8.4	8.3	8.0	- 180	900	720	0.38
130	7.3	7.1	7.0	- 160	700	540	0.28
114	6.2	6.1	6.0	- 160	520	360	0.21
96	5.1	5.0	5.0	- 120	360	240	0.14
80	4.1	4.0	4.0	- 80	240	160	0.08
56	3.0	3.0	3.0	- 80	120	40	0.03

Obliczenia

I1Z	Mrp	cosϕz	ZZ1	RZ1	XZ1	Izn	Mrpn
A	Nm	-	Ω	Ω	Ω	A	Nm
9.97	5.00	0.37	9.62	3.56	8.93	22.82	26.21
9.27	4.56	0.36	9.84	3.57	9.17	22.29	26.38
8.23	3.73	0.35	10.24	3.54	9.61	21.43	25.24
7.13	2.75	0.34	10.52	3.54	9.91	20.85	23.46
6.10	2.06	0.30	10.79	3.22	10.30	20.33	22.88
5.03	1.37	0.29	11.01	3.16	10.55	19.92	21.51
4.03	0.78	0.29	11.45	3.28	10.97	19.16	17.70
3.00	0.29	0.14	10.78	1.48	10.67	20.36	13.55

Zwarcie maszyny, to stan dla którego ω=0 przy zasilaniu stojana. Po mechanicznym zatrzymaniu wirnika

i obudowy maszyny, unieruchamiając w ten sposób wirnik.

W obliczeniach skorzystano z następujących wzorów

Załącznik 5 - charakterystyka I_1Z = f( U_Z )

Załącznik 6 - charakterystyka P_1Z = f( U_Z )

Załącznik 7 - charakterystyka cos_Z = f( U_Z )

5. Próba z obciążeniem

U1	IA	IB	IC	P	P	n	M
V	A	A	A	W	W	obr./min.	kpm
380	9.8	9.8	9.9	800	3500	892	3.5
		9.5	9.5	9.6	680	3360	900	3.3
		9.0	9.0	9.2	640	3200	905	3.1
		8.5	8.5	8.7	500	3000	915	2.8
		7.8	7.8	8.0	340	2700	926	2.4
		7.3	7.3	7.4	160	2440	940	2.0
		6.8	6.8	6.9	- 40	2200	950	1.6
		6.4	6.4	6.5	- 240	1960	962	1.2
		6.1	6.1	6.2	- 440	1720	972	0.8
		5.9	5.9	6.1	- 660	1520	983	0.4
		5.8	5.8	6.0	- 880	1240	1000	0.0

Obliczenia

I1	P1	cos	s		Mrp
A	W	-	%	obr./min	Nm
9.83	4300	0.66	10.80	93.41	34.32
9.53	4040	0.64	10.00	94.25	32.36
9.07	3840	0.64	9.50	94.77	30.40
8.57	3500	0.62	8.50	95.82	27.46
7.87	3040	0.59	7.40	96.97	23.54
7.33	2600	0.54	6.00	98.44	19.61
6.83	2160	0.48	5.00	99.48	15.69
6.43	1720	0.41	3.80	100.74	11.77
6.13	1280	0.32	2.80	101.79	7.85
5.97	860	0.22	1.70	102.94	3.92
5.87	360	0.09	0.00	104.72	0.00

Jeśli zwiększać stopniowo obciążenie silnika, maszyna przejdzie ze stanu biegu jałowego do stanu obciążenia.

Wzory do obliczeń

M_rp [ Nm ] = 9.81 M_rp [ kpm ]

Załącznik 8 - charakterystyka  = f( M_rp )

Załącznik 9 - charakterystyka s = f( M_rp )

Załącznik 10 - charakterystyka cos = f( M_rp )

Załącznik 11 - charakterystyka I₁ = f( M_rp )

6. Charakterystyki momentowe

U1	I1	n	M	U1	I1	n	M	U1	I1	n	M
V	A	obr./min	kpm	V	A	obr./min	kpm	V	A	obr./min	kpm
165	1.6	1000	0.000	130	1.2	1000	0.000	165	1.6	1000	0.000
		3.3	900		0.455		2.6		900	0.250		2.0	900	0.150
		5.4	800		0.770		4.2		800	0.415		3.1	800	0.430
		6.4	740		0.820		4.9		740	0.440		4.1	700	0.600
		7.0	700		0.805		5.2		700	0.420		5.1	600	0.730
		7.9	600		0.760		5.9		600	0.400		5.9	500	0.790
		8.5	500		0.700		6.2		500	0.345		6.2	450	0.800
		8.9	400		0.640		6.6		400	0.300		6.5	380	0.795
		9.2	300		0.570		6.7		300	0.270		6.9	300	0.790
		9.4	200		0.520		6.9		200	0.245		7.3	200	0.780
		9.6	100		0.510		7.0		100	0.240		7.7	100	0.775
		9.4	0		0.610		6.9		0	0.350		7.9	0	0.750

Po przeliczeniu wartości momentowych

U1	I1	n	M	U1	I1	n	M	U1	I1	n	M
V	A	obr./min	Nm	V	A	obr./min	Nm	V	A	obr./min	Nm
165	1.6	1000	0.00	130	1.2	1000	0.00	165	1.6	1000	0.00
		3.3	900		4.46		2.6		900	2.45		2.0	900	1.47
		5.4	800		7.55		4.2		800	4.07		3.1	800	4.22
		6.4	740		8.04		4.9		740	4.31		4.1	700	5.88
		7.0	700		7.89		5.2		700	4.12		5.1	600	7.16
		7.9	600		7.45		5.9		600	3.92		5.9	500	7.75
		8.5	500		6.86		6.2		500	3.38		6.2	450	7.85
		8.9	400		6.28		6.6		400	2.94		6.5	380	7.80
		9.2	300		5.59		6.7		300	2.65		6.9	300	7.75
		9.4	200		5.10		6.9		200	2.40		7.3	200	7.65
		9.6	100		5.00		7.0		100	2.35		7.7	100	7.60
		9.4	0		5.98		6.9		0	3.43		7.9	0	7.35

Przy czym M [ Nm ] = 9.81 M [ kpm ]

Trzecia charakterystyka zdjęta została przy podłączeniu dodatkowego oporu o wartości R = XXX m.

Jak z wykresów widać dla mniejszego napięcia zasilania maksimum funkcji M = f( n ) przesuwa się w kierunku mniejszych wartości M, przy nie zmieniającym się kształcie całkowitym. Dopiero dołączenie dodatkowego oporu powoduje przesunięcie się maksimum w kierunku wyższej wartości n.

Załącznik 12 - charakterystyka M = f( n )

Załącznik 13 - charakterystyka I₁ = f( n )

7. Praca prądnicowa

U1	IA	IB	IC	P	P	P	n	M
V	A	A	A	W	W	W	obr./min.	Kpm
380	6.0	5.9	6.1	- 1280	960	-320	1020	0.61
380	6.6	6.5	6.7	- 1720	620	-1100	1040	1.45
380	7.4	7.4	7.6	- 2160	360	-1800	1060	2.25
380	8.6	8.5	8.7	- 2640	120	-2520	1080	3.07
380	9.4	9.3	9.4	- 2960	0	-2960	1090	3.56

Obliczenia

I1	P1	cos	s	Mrp
A	W	-	-	Nm
6.00	-320	- 0.08	-2	5.98
6.60	-1100	- 0.25	-4	14.22
7.47	-1800	- 0.37	-6	22.06
8.60	-2520	- 0.45	-8	30.11
9.37	-2960	- 0.48	-9	34.91

Przy pracy prądnicowej prędkość obrotowa wirnika jest wyższa od prędkości synchronicznej n_S.

Osiągamy to za pomocą hamownicy - uzyskując prędkość nadsynchroniczną

( większą od n_S = 1000 obr/min ).

8. Silnik klatkowy

U1	f1	n	U1/f1
V	Hz	obr./min.
0	0.00	0	0.00
100	10.1	304	9.90
160	20.3	610	7.88
225	30.3	909	7.43
275	38.6	1158	7.12
340	48.5	1455	7.01
380	55.9	1677	6.80
380	60.4	1812	6.29

Za pomocą sterownika Commander CD wysterowano silnik klatkowy w przedziale częstotliwości napięcia zasilania od 0 Hz do 60.4 Hz. Sterownik umożliwiał przy obniżeniu f do zera natychmiastowe zatrzymanie, podczas gdy po uruchomieniu silnika za pomocą układu trójkąt - gwiazda i zmniejszeniu napięcia do zera wybieg silnika sięgał 40 sekund.

9. Parametry stosowanych urządzeń

Parametry znamionowe odczytane z tabliczki znamionowej silnika pierścieniowego :

Moc: 3,3 kW

Napięcie: 380 V przy połączeniu w trójkąt

Prąd stojana: 9,5 A przy połączeniu w trójkąt

Napięcie wirnika: 95 V

Prąd wirnika 25A

Wirnik połączony w gwiazdę.

Parametry znamionowe odczytane z tabliczki znamionowej silnika klatkowego :

stojan 220 / 380V 4.9 / 2.8 A trójkąt / gwiazda

praca C 1390 obr./min

cosϕ = 0.77

temperatura 40⁰C, Δt75⁰C

---