Laboratorium Maszyn Elektrycznych
wydział EAiE			rok III
tytuł ćwiczenia Silnik asynchroniczny elektryczny			wykonali 1.Michał Leśniewski 2.Jacek Parys 3.Andrzej Smorąg
data wykonania 03-12-97	data oddania 14-01-98	ocena

1. Przedmiotem badań była maszyna asynchroniczna pierścieniowa o następujących

danych znamionowych.

stojan U_n = 220/380 [V] I_n = 22.5/43 [A]

wirnik U_n = 100 [V] Y I_n = 33 [A] Y

moc P_n = 4.5 [kW]

prędkość n_n = 700 [obr/min]

2. Pomiar rezystancji uzwojeń.

stojan						wirnik
U[mV]			I[A]			Uzw.	U[mV]		I[A]		R[Ω]
A	B	C	A	B	C		-	-		-
425	445	445	0.4	0.4	0.4	1-2	125	0.4		0.3125
310	320	320	0.3	0.3	0.3	1-3	450	0.4		1.125
290	245	250	0.25	0.25	0.25	2-3	410	0.4		1.025

Obliczone rezystancje faz stojana:

dla temperatury otoczenia T_ot=20 [°C]:

R_Aśr=1.0852 [Ω] R_Bśr=1.0531 [Ω] R_Cśr=1.0598 [Ω]

dla temperatury pracy T=75 [°C] wg. wzoru: R=R₀*[1+0.004*(T-20)]

R_A=1.324 [Ω] R_B=1.2848 [Ω] R_C=1.2928 [Ω]

Obliczone rezystancje wirnika wg. wzorów:

R₁=(R₁₂ + R₁₃ - R₂₃ )/2 R₂=(R₁₂ + R₂₃ - R₁₃ )/2 R₃=(R₁₃ + R₂₃ - R₁₂ )/2

w temperaturze otoczenia:

R₁=0.2062 [Ω] R₂=0.1063 [Ω] R₃=0.9188 [Ω]

przeliczone rezystancje na temperaturę pracy:

R₁=0.2516 [Ω] R₂=0.1296 [Ω] R₃=1.1208 [Ω]

• Wyznaczanie początków i końców uzwojenia stojana metodą:

Rysunek 3 - prądu przemiennego

Rysunek 4 - impulsów prądu stałego

Wyznaczone początki i końce:

• Pomiar przekładni napięciowej (Rysunek 6):

U stojana	U wirnika	Zasilanie od strony
[V]	[V]	-
160	30	stojana
140	30	wirnika

Przekładnię υ wyznacza się ze wzoru:

Obliczona przekładnia υ=4,99

• Pomiar stanu zwarcia (Rysunek 5):

Celem pomiarów przeprowadzonych w stanie zwarcia jest określenie wielkości potrzebnych do zidentyfikowania parametrów maszyny. Przez stan zwarcia silnika asynchronicznego rozumie się stan przy zasilaniu uzwojeń stojana, przy zwartym i zahamowanym wirniku. Stojan zasilamy napięciem trójfazowym, symetrycznym, regulowanym od zera do maksymalnie takiej wartości, przy której prąd stojana dochodzi do 2 I_N.

Obliczenia wg danych pomiarowych:

Up	Ik	P1	P2	Pk	cos ϕ
[V]	[A]	[W]	[W]	[W]	-
112,5833	10	1050	-150	900	0,461538
147,2243	14,66667	1900	-250	1650	0,441176
207,8461	20	3450	-400	3050	0,423611
242,4871	21,66667	3450	-450	3000	0,32967
259,8076	25,5	5200	-800	4400	0,383442
303,1089	32,16667	7900	-400	7500	0,444115

gdzie:

Dla stanu zwarcia wykresy I_k=f (U_p), P_k=f (U_p), cosϕ=f (U_p), aproksymowane są wielomianami (odpowiednio 2,2 i 1 stopnia).

Wykres prądu jest dla niskich napięć linią prostą, dla wyższych z powodu nasycania się obwodów strumieni rozproszeń prąd narasta szybciej niż liniowo.

• Pomiar stanu biegu jałowego (Rysunek 5):

Celem pomiarów przeprowadzonych na biegu jałowym jest wyznaczenie strat w żelazie i strat mechanicznych oraz określenie wielkości potrzebnych do zidentyfikowania parametrów maszyny. Pomiary wykonujemy przy pracy silnikowej, zasilając stojan przy zwartym wirniku.

Obliczenia wg danych pomiarowych:

Up	I0	P1	P2	P0	cos ϕ
[V]	[A]	[W]	[W]	[W]	-
190,5256	3	360	-150	210	0,212121
207,8461	3,15	420	-240	180	0,15873
225,1666	3,3	480	-300	180	0,13986
242,4871	3,9	600	-360	240	0,14652
259,8076	4,2	690	-450	240	0,126984
277,1281	4,8	780	-480	300	0,130208
294,4486	5,4	840	-570	270	0,098039
346,4102	6,9	1320	-960	360	0,086957
381,0512	8	1680	-1200	480	0,090909

gdzie:

Dla stanu biegu jałowego wykresy I₀=f (U_p), P₀=f (U_p), cosϕ=f (U_p), aproksymowane są wielomianami (3 stopnia).

Pobór mocy na biegu jałowym jest sumą strat w uzwojeniach stojana, w żelazie stojana oraz strat mechanicznych.

Celem rozdzielenia strat mechanicznych od strat w żelazie sporządzono wykres zależności sumy tych strat od kwadratu napięcia zasilania - wykres P_fe+ P_mech =f (U_p^2).

Jako rezystancję stojana przyjmujemy uśrednione rezystancje faz stojana: R_s=1,3 [Ω].

Zależność strat w żelazie od kwadratu indukcji oraz stałość strat mechanicznych (nieznaczne zmiany prędkości) powodują, że wykres jest w przybliżeniu linią prostą. Ekstrapolacja tej prostej do napięcia U=0 pozwala wyznaczyć straty mechaniczne - z wykresu: ΔP_mech= 137 [W].

• Identyfikacja parametrów silnika asynchronicznego:

Schemat zastępczy:

Obliczenie reaktancji X_S z pomiarów na biegu jałowym.

294,4486

5,4

840

-570

270

0,098039

Z­_S0=31,48 [Ω] X_S=31,45 [Ω]

Obliczenie reaktancji zwarcia widzianej od strony stojana.

Obliczając część rzeczywistą impedancji zwarcia (R_Sk), od mocy czynnej pobranej przez maszynę musimy odjąć straty w żelazie wirnika i stojana - przyjmujemy wyznaczoną na biegu jałowym wartość strat w jarzmie stojana przy napięciu zwarcia: P_Fes,w=43 [W]:

Z­_Sk=6 [Ω] R_Sk=2,51 [Ω] X_Sk=5,45 [Ω]

Obliczenie pozostałych parametrów.

Reaktancję X_σ^'_w wyznaczamy przekształcając równanie kwadratowe:

Wobec braku podstaw do oceny współczynnika „k” przyjmujemy k=1, co wpływa na niepoprawną ocenę poziomu strumienia głównego w maszynie oraz pociąga za sobą X_S = X_w .

A=0,173 X_σ^'_w1=2,85 [Ω] X_σ^'_w2=60,05 [Ω]

Ponieważ k=1, ze wzoru: otrzymujemy: X_σ^'_w = X_σS=X_σ^'_w1

Ze wzoru: X_S=X_σS + X_μ wynika wartość: X_μ=28,6 [Ω]

Obliczenie R_w^' = R_Sk - R_S = 1,24 [Ω]

• Obliczenie sprawności metodą strat poszczególnych

Z pomiarów na biegu jałowym obliczamy:

ΔP_mech= 137 [W]

Ponieważ możemy obliczyć straty w żelazie stojana ΔP_Fes= 81 [W] oraz straty w miedzi stojana ΔP_Cus= 262 [W] (dla znamionowego napięcia zasilania). Straty w żelazie wirnika, przy normalnej pracy, są znikomo małe i możemy je pominąć.

Straty w miedzi wirnika obliczmy dla znamionowego warunków pracy: gdzie

ΔP_Cuw= 277 [W]

Sprawność silnika w znamionowym punkcie pracy (zakładając P_pobr=P_N-∑ΔP):

• Podsumowanie wyników obliczeń.

Rw^'	1,24 [Ω]
Xμ	28,6 [Ω]
Xσ^'w = XσS	2,85 [Ω]
Rs	1,3 [Ω].
ΔPmech	137 [W]
υ	4,99
ΔPFes	81 [W]
ΔPCus	262 [W]
ΔPCuw	277 [W]

---