PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA w Chełmie Instytut Nauk Technicznych i Lotnictwa Kierunek: Elektrotechnika IV rok VII semestr
LABORATORIUM Z NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO
		Temat: Badanie układu napędowego z silnikiem indukcyjnym klatkowym zasilanym z przetwornicy częstotliwości
Data wykonania ćwiczenia 21.12.2014	Zespół II	Ćwiczenie nr 18k	Podpis

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie możliwości regulacji napędów z silnikiem klatkowym za pomocą przetworników częstotliwości.

2. Układ pomiarowy

Silnik indukcyjny				Prądnica hamownicza				Prądnica tachometryczna
P	1,5	kW		P	3,5	kW		1000 obr/min
n	1420	obr/min		n	1450	obr/min		104V
U	380	V		U	230	V
I	3,5	A		I	15,2	A
cosφ	0,8			Iwzb	0,79	A

3. Pomiary

L.p.	f [Hz]	US [V]	P1 [W]	P2 [W]	IS [A]	IM [A]	UM [V]	IH [A]	UH [V]	Uω [V]
1	23,3	390	980	800	3,9	7,2	200	7,6	25	15
2					940	760		3,7	7		7,6	25	16
3					920	740		3,5	6,8		7,4	25	18
4					900	700		3,5	6,6		7,4	37,5	21
5					840	700		3,4	6,2		6,6	40	25
6					820	660		3,3	5,8		6	52,5	31
7					620	460		2,3	4,2		4,1	97,5	52
8					500	340		1,7	3,2		3,5	105	60
9					300	160		0,8	1,8		1,8	122,5	68
10					160	40		0,2	1,2		0	132,5	72
1			45	390	1000	880		3,9	3,8	350	5,1	130	130
2					900	740		3,5	3,3		4,3	140	130
3					820	620		3,1	3		3,9	140	135
4					740	560		2,8	2,7		3,3	140	135
5					620	460		2,3	2,3		2,5	145	140
6					560	380		1,9	2,1		1,9	148	140
7					420	280		1,4	1,8		1,1	150	140
8					340	220		1,1	1,6		0,5	155	140
9					240	160		0,8	1,6		0	156	145

Obliczenia dla pomiarów przy częstotliwości f= 23.3 Hz

L.p.	P [W]	PH [W]	PW [W]	ω [rad/s]	M [Nm]	η	λp	RtH [Ω]	P0 [W]	ΔP0obc [W]
1	1780	190	206,1	15,11	3114	0,116	0,676	0,106	10	6,1
2	1700	190	207,1	16,11	3336	0,122	0,681	0,106	11	6,1
3	1660	185	202,9	18,13	3679	0,122	0,703	0,107	12	5,9
4	1600	240,5	260,4	21,15	5507	0,163	0,678	0,107	14	5,9
5	1540	264	286,7	25,18	7219	0,186	0,671	0,108	18	4,7
6	1480	315	341,9	31,22	10674	0,231	0,665	0,109	23	3,9
7	1080	399,75	443,65	52,36	23230	0,411	0,696	0,113	42	1,9
8	840	367,5	420,9	60,42	25431	0,501	0,732	0,115	52	1,4
9	460	220,5	282,9	68,48	19373	0,615	0,852	0,121	62	0,4
10	200	0	65	72,5	4713	0,325	1,482	0,25	65	0

Przykładowe obliczenia z wiersza 5

= 6,6 ·40 = 264 W

= 6,6²· 0,108= 4,7 W

264 + 18+ 4,7= 286,7 W

M=P_W·ω=286,7·25,18= 7219 Nm

L.p.	P [W]	PH [W]	PW [W]	ω [rad/s]	M [Nm]	η	λp	RtH [Ω]	P0 [W]	ΔP0obc [W]
1	1880	1173	1198,9	131,6	157775	0,638	0,714	0,111	123	2,9
2	1640	1032	1171,1	141,7	165945	0,714	0,694	0,112	137	2,1
3	1440	936	1074,7	141,7	152285	0,746	0,688	0,113	137	1,7
4	1300	792	930,3	141,7	131824	0,716	0,688	0,115	137	1,3
5	1080	612,5	768,2	146,7	112695	0,711	0,696	0,118	155	0,7
6	940	471,2	633,6	149,7	94850	0,674	0,733	0,121	162	0,4
7	700	275	440,2	151,8	66822	0,629	0,741	0,126	165	0,2
8	560	127,5	295,5	156,8	46334	0,528	0,755	0,136	168	0
9	400	0	169	157,8	26668	0,423	0,741	0,25	169	0

Wykresy

Wykres 1. Charakterystyki mechaniczne ω= f(M)

Wykres 2. Sprawność silnika klatkowego w funkcji momentu mechanicznego

Wykres 3. Napięcia wyjściowe przetwornicy w funkcji momentu mechanicznego

Wykres 4. Współczynnik mocy układu napędowego w funkcji momentu mechanicznego

Wnioski

Otrzymane charakterystyki wykazały, że regulacja za pomocą przetworników napięciowo częstotliwościowych jest metodą efektywną. Interpretując otrzymane charakterystyki można stwierdzić, że:

1. W pomiarach udało się zdjąć pełna charakterystykę mechaniczną przy nastawionej częstotliwości 23,3 Hz i dokonać pomiarów po przekroczeniu momentu krytycznego T_K, a zatem w zakresie rozruchu czy odwrotnie - w zakresie przeciążenia, kiedy silnik wytraca prędkość aż do momentu utyku.

2. Druga charakterystyka został zdjęta przy częstotliwości 45 Hz również przechodzi przez moment krytyczny, ale w zasadzie mieści się w zakresie prędkości nastawionej. Przeciążenie maszyny jest w tym przypadku odpowiednikiem chwilowych dopuszczalnych przeciążeń silników, których wskaźnikiem jest przekroczenie prądu znamionowego nastawianego zwykle na wartość 1,1 I_n.

3. Z wyznaczonych charakterystyk wykreślonych na wspólnym wykresie można więc wnioskować, że regulując częstotliwością falownika możemy podnieść charakterystykę i przesunąć punkt krytyczny utrzymując optymalną sprawność silnika i odwrotnie - przy mniejszych obciążeniach można charakterystykę obniżyć, ponieważ najwyższą sprawność silnik osiąga kiedy prąd przyjmuje wartość zbliżoną do prądu znamionowego.

4. Regulacja za pomocą przetworników częstotliwości jest właściwie regulacją częstotliwościowo napięciową. Widać to po wykresie napięć wyjściowych z falownika. Przy obniżonej częstotliwości napięcie skuteczne wyjściowe jest niższe. Stosunek napięcia U/f jest stały i w kwadracie jest proporcjonalny do momentu mechanicznego.

5. Wobec powyższego możemy uznać, że regulacja za pomocą przetworników częstotliwości jest metodą efektywną i daje duże operatorom napędów. Falowniki są dziś powszechnie stosowane w przemyśle. Oprócz zastosowań w napędach, które mają regulowaną wydajność np. dozownikach, pompach, stosuje się je często także do łagodnego rozruchu napędów pracujących ze stałą prędkością.

---