Wydział Elektryczny Politechniki Poznańskiej Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej Zakład Mechatroniki i Maszyn Elektrycznych
Laboratorium Maszyn Elektrycznych. Ćwiczenie nr 5 Temat: Badanie 3-fazowego silnika indukcyjnego pierścieniowego – część II
Rok akademicki: 2007/2008 Wydział Elektryczny Studia stacjonarne Elektrotechnika, sem. 4 Nr grupy: E4
Ocena, uwagi:

Pomiar rezystancji uzwojeń prądem stałym  R_s ( R_1st ),  R_w  ( R_2st )

Do pomiaru rezystancji stosuje się metodę techniczną lub metody mostkowe. Należy zwrócić uwagę na to, by podczas pomiaru rezystancji uzwojenia wirnika nie mierzyć jej łącznie z rezystancją przejścia na zestyku ślizgowym. Rezystancję wirnika można uzyskać mierząc wartość napięcia bezpośrednio na pierścieniach ślizgowych. To wymaganie jest podyktowane dużą zmiennością rezystancji przejścia w funkcji prądu płynącego przez zestyk oraz prędkości wirowania pierścieni ślizgowych względem szczotek, przy czym rezystancja przejścia maleje wraz ze wzrostem prędkości oraz wzrostem wartości płynącego prądu. Pomiar rezystancji wirnika wykonuje się w następującym układzie pomiarowym:

Podczas zapisywania wyników należy zwrócić uwagę jaką rezystancję (międzyzaciskową czy pojedynczej fazy uzwojenia) wyznaczano. Zmierzone przy pomocy prądu stałego rezystancje pojedynczych faz stojana i wirnika będą oznaczane jako R_s (R_1st ) oraz R_w (R_2st) .

Rezystancja uzwojenia wirnika R_w  ( R_2st )

Ze względu na sposób połączenia uzwojeń wirnika, tj. gwiazda i wynikającą z tego niemożność pomiaru rezystancji jednej fazy ( brak dostępu do punktu neutralnego ) zmierzono rezystancję międzyfazową ( międzyzaciskową ) uzwojenia, a rezystancję pojedynczej fazy uzwojenia wyznaczono ze wzoru :

I	U	Rw
[A]	[V]	[Ω]
1,80	0,36	0,10

Rezystancja uzwojenia stojana R_s ( R_1st ), 

Ze względu na sposób połączenia uzwojeń stojana, tj. trójkąt rezystancję pojedynczej fazy uzwojenia wyznaczono z bezpośrednich pomiarów na zaciskach uzwojenia stojana ( np. na zaciskach U1-U2 )

I	U	Rs
[A]	[V]	[Ω]
1,40	4,4	3,14

Wyznaczenie przekładni napięciowej

Przekładnię napięciową silnika wyznacza się na podstawie pomiarów napięć zasilania stojana U_s (U₁ )oraz indukowanego w uzwojeniach wirnika U_w (U₂₀ ) przy nieruchomym wirniku ( prędkość kątowa ω = 0 ). Pomiary wykonuje się w następującym układzie połączeń:

Próba powinna być wykonana przy napięciu dla którego nie występuje nasycenie obwodu magnetycznego silnika, co występuje przy napięciu obniżonym w porównaniu ze znamionowym. Po wykonaniu pomiarów należy uwzględniając układy połączeń uzwojeń stojana i wirnika obliczyć wartości napięć na pojedynczych fazach uzwojeń.

U1	U20
V	V
210	45

na podstawie wzoru:

obliczono wartość przekładni, która wynosi:

wartość współczynnika k wynosi √3 ze względu na sposób połączenia uzwojenia stojana ( trójkąt ) i uzwojenia wirnika ( gwiazda )

Próba zwarcia pomiarowego – wyznaczenie Z_z, R_z, X_z, R₂’, X_r1, X_r2’

Próbę wykonuje się w wyznaczenia parametrów podłużnych schematu zastępczego. Próba przebiega przy zahamowanym silniku. Próbę wykonuje się przy znamionowej częstotliwości napięcia zasilającego.

Tabela pomiarowa

IZ	U1Z	Pα	Pβ	M
[A]	[V]	[W]	[W]	[Nm]
9,5	170	-580	1440	6,23

średni prąd stojana

ze względu na symetrię układu zasilania można założyć: I_U=I_V=I_W=I_1Z

moc pobrana

współczynnik mocy

moment

impedancja zwarcia

rezystancja zwarcia

reaktancja zwarcia

prąd zwarciowy ( przy napięciu znamionowym )

moment rozruchowy przy napięciu znamionowym

reaktancje rozproszeń uzwojeń

rezystancje uzwojeń

przedstawienie wyników:

P1	I1	cosϕ	ZZ	XZ	RZ	Xr1≈Xr2’	R1	R2’
[W]	[A]	[-]	[Ω]	[Ω]	[Ω]	[Ω]	[Ω]	[Ω]
860	9,5	0,307	30,99	29,50	9,52	14,52	3,09	6,38

Próba idealnego biegu jałowego – wyznaczenie X_m, R_Fe

W warunkach laboratoryjnych wykonuje się próbę idealnego biegu jałowego. Próba ta różni się od rzeczywistego biegu jałowego tym, że straty mechaniczne silnika pokrywane są z odrębnego źródła napędowego, którym w trakcie ćwiczenia jest hamownia. Silnik pomocniczy rozpędza badaną maszynę do prędkości synchronicznej (w naszym przypadku n=1000 obr/min). Próbę wykonuje się zmniejszając napięcie począwszy od napięcia znamionowego.

U1	I10	I1f0	Pα	Pβ	P10	cosϕ	ΔPCu	ΔPFe
[V]	[A]	[A]	[A]	[A]	[W]	[-]	[W]	[W]
400	6,6	3,81	1380	-1000	380	0,083	134,6	245,4
350	4,8	2,77	880	-680	200	0,069	71,2	128,8
300	3,6	2,08	560	-430	130	0,069	40,0	90,0
250	2,7	1,56	360	-280	80	0,068	22,6	57,4
200	2	1,15	210	-165	45	0,065	12,4	32,6
150	1,5	0,87	110	-90	20	0,051	7,0	13,0
100	0,9	0,52	50	-37,5	12,5	0,080	2,5	10,0
75	0,7	0,40	30	-20	10	0,110	1,5	8,5

moc czynna pobrana

współczynnik mocy

straty mocy w uzwojeniu stojana

straty w rdzeniu

siła elektromotoryczna

rezystancja zastępcza strat w żelazie

reaktancja główna

przedstawienie wyników:

ΔU1	E1	IFe	RFe	Iμ	Xμ
[V]	[V]	[A]	[Ω]	[A]	[Ω]
35,8	352,9	0,11	3208,18	1,56	226,22

Wyznaczenie schematu zastępczego

Wykreślenie w skali na podstawie obliczeń wykorzystujących schemat zastępczy silnika wykresu fazorowego dla podanych przez prowadzącego wartości mocy na wale oraz poślizgu i wyznaczenie przy jego pomocy wartości napięcia zasilania silnika.

Dane:

P=0,8P_N=2640[W] s=0,02

( wykres fazorowy załączony do sprawozdania )

Wyznaczenie charakterystyk momentu elektromagnetycznego  T = f(n)  dla różnych stanów pracy przy zasilaniu obniżonym napięciem podczas pracy bez dodatkowej rezystancji oraz z rezystancją dodatkową w obwodzie wirnika (moment strat mechanicznych wyznaczyć z pomiarów momentu na wale dla prędkości trochę większej i trochę mniejszej od zera)

Zmieniając wartość wytwarzanego momentu przez hamownię, wymusza się pracę maszyny badanej. Wymusza się w ten sposób trzy podstawowe stany pracy maszyny: pracę hamulcową (przeciw włączenie), pracę silnikową oraz pracę generatorową (hamowanie z odzyskiem energii).

Podczas przeprowadzania ćwiczenia zmieniano wartość rezystancji R_wd:

1. R_wd=0Ω ,

2. R_wd>0Ω .

a	b
Todcz	T
[kgm]	[Nm]
0,35	3,04
0,36	3,14
0,36	3,14
0,28	3,14
0,29	3,23
0,32	3,53
0,4	4,31
0,45	4,80
0,25	2,84
0,1	1,37
0	0,39
-0,22	-1,77
-0,41	-3,63
-0,6	-5,50
-0,86	-8,05
-0,93	-8,73
-1	-9,42
-1,04	-9,81
-1,05	-9,91
-1,02	-9,62

- moment przeliczony na napięcie znamionowe

Charakterystyka momentu elektromagnetycznego  T = f(n)

Wykres zależności momentu od prędkości obrotowej T_N^* = f(n).

Moment przeliczony na napięcie znamionowe.

Wnioski

Ćwiczenie miało na celu badanie silnika pierścieniowego, jak również wyznaczenie parametrów schematu zastępczego. Z próby biegu jałowego wyznaczono elementy gałęzi poprzecznej schematu zastępczego. Przy biegu jałowym straty w żelazie są znacznie większe od strat w uzwojeniach Z próby zwarcia wyznaczono natomiast parametry gałęzi podłużnej schematu zastępczego. W stanie zwarcia prąd wirnika ma wartość znacznie większą od prądu znamionowego ze względu na małą wartość R₂ w stosunku do R₂/s. Z tego względu próbę zwarcia pomiarowego wykonano przy obniżonym napięciu, tak aby nie przekroczyć wartości prądu znamionowego.

Przekładnię wyznaczono przy rozwartym wirniku zasilając stojan. W obliczeniach należało uwzględnić współczynnik √3 ze względu na sposób połączenia wirnika i stojana.

W próbie obciążenia zmienialiśmy prędkość obrotową obserwując moment obciążenia. Na czas rozruchu w obwód wirnika włączony jest rozrusznik, w celu ograniczenia prądu rozruchowego. W czasie normalnej pracy wirnik musi być zwarty. W przypadku gdy moment obciążenia jest mniejszy od znamionowego prędkość obrotowa jest większa od znamionowej. Ze wzrostem obciążenia prędkość obrotowa silnika maleje. Zależność momentu od poślizgu wyznaczono przy obniżonym napięciu (U=170V). Jeżeli nadamy silnikowi prędkość większą od synchronicznej pracuje on wtedy jak prądnica, tzn. oddaje moc do sieci.

Po włączeniu dodatkowej rezystancji w obwód wirnika widać wyraźną zmianę charakterystyki: przesunięcie momentu maksymalnego ku niższym obrotom oraz ograniczenie wartości pobieranego prądu.