Politechnika Poznańska Instytut Elektrotechniki Przemysłowej	Laboratorium Maszyn Elektrycznych		Rok akademicki 1999/2000
Wydział Elektryczny	Ćwiczenie nr 2
Kierunek AiR	Temat: Badanie maszyn indukcyjnych
Grupa A
Rok Studiów 3
Semestr V
Leszek Ciśliński Arkadiusz Kubiak Paweł Misiewicz Mirosław Ołtuszyk Jarosław Otocki Sławomir Paździorek Krzysztof Stefaniak Krzysztof Szaniawski	Data wykonania ćwiczenia :	17.11.1999		Zaliczenie :
		Data oddania sprawozdania :	24.11.1999

1. Wstęp teoretyczny

Maszyna indukcyjna to maszyna, która znalazła największe zastosowanie jako silnik (motor) elektryczny, który obecnie jest najprostszym, najłatwiejszym w obsłudze i najczęściej stosowanym silnikiem. Przez uzwojenie trójfazowe płynie prąd trójfazowy wywołujący wirujące fale indukcji. Te natomiast indukują w uzwojeniach statora fazowe napięcie. Powstaje w ten sposób obrotowy transformator. Na przewody z prądem w rotorze działa siła i powstaje pewien moment obrotowy obracający wirnik osadzony na łożyskach. Rotor obraca się oczywiście w kierunku wirowania pola magnetycznego. Powyższy opis przedstawia w skrócie zasadę działania maszyny indukcyjnej.

2. Badanie maszyny indukcyjnej przy próbie zwarcia.

Zwarcie maszyny to stan, w którym prędkość kątowa wirnika ω=0 przy jednoczesnym zasilaniu uzwojenia stojana. Dokonaliśmy tego mocując mechanicznie (przy pomocy śrub) obejmę do wirnika i obudowy maszyny, unieruchamiając w ten sposób wirnik.

Oto wyniki pomiarów i obliczeń, jakich dokonaliśmy w tej części ćwiczenia:

Wyniki pomiarów z doświadczenia
L.p.	Uz1	Iu	Iv	Iw	Pα	Pβ	Mrp
	V	A			W		kpm
1.	425	12	9,4	10	-240	1320	0,51
2.	410	10	9	9,5	-240	1240	0,47
3.	390	9,4	8,5	9	-240	1120	0,42
4.	360	8,3	7,6	8	-240	880	0,35
5.	320	7,2	6,6	7	-200	720	0,26
6.	280	6,2	5,7	6	-160	520	0,20
7.	240	5,1	4,7	5	-120	360	0,13
8.	195	4,1	3,8	4	-80	240	0,08
9.	145	3	2,8	3	-80	120	0,03

Wyniki obliczeń otrzymane na podstawie pomiarów
L.p.	Iz1	Pz1	cosφz	Zz1	Rz1	Xz1	Izn	Mrpn	Mrp
	A	W	------	Ω			A	Nm	Nm
1.	10,467	1080	0,140	40,605	5,692	40,204	9,358	4,000	5,003
2.	9,500	1000	0,148	43,158	6,397	42,681	8,805	3,961	4,611
3.	8,967	880	0,145	43,494	6,319	43,033	8,737	3,912	4,120
4.	7,967	640	0,129	45,188	5,822	44,812	8,409	3,826	3,434
5.	6,933	520	0,135	46,154	6,245	45,729	8,233	3,597	2,551
6.	5,967	360	0,124	46,927	5,838	46,563	8,098	3,614	1,962
7.	4,933	240	0,117	48,649	5,693	48,314	7,811	3,197	1,275
8.	3,967	160	0,119	49,160	5,871	48,808	7,730	2,980	0,785
9.	2,933	40	0,054	49,432	2,684	49,359	7,687	2,021	0,294

Do obliczeń wykorzystałem zastępujące wzory:

• 
  średni prąd stojana

• moc pobraną

• współczynnik mocy

• impedancję zwarcia

• rezystancję zwarcia

• reaktancję zwarcia

• prąd zwarciowy (przy napięciu znamionowym)

• moment rozruchowy (początkowy) przy napięciu znamionowym

Wykonałem również wykresy
średniego prądu stojana, mocy pobranej i współczynnika mocy w funkcji napięcia zwarcia U_1z . Wykresy te zostały wykonane na papierze milimetrowym (na jednej kartce zatytuowanej: „badanie dla zwarcia”) i dołączone do sprawozdania. Kolorem czerwonym zaznaczyłem wykres prądu, niebieskim - mocy, a czarnym - współczynnika mocy.

3. Badanie maszyny indukcyjnej na biegu jałowym.

Bieg jałowy silnika indukcyjnego to taki stan jego pracy, w którym obwód rotora jest zamknięty, do uzwojeń statora przyłożone jest napięcie, a wał silnika nie jest obciążony żadnym momentem. Występują jedynie minimalne momenty wywołane siłami tarcia w łożyskach i siłami tarcia rotora o powietrze.

Poniższa tabela przedstawia wyniki pomiarów i obliczenia, jakie otrzymaliśmy w tej części ćwiczenia:

Wyniki pomiarów i obliczenia dla biegu jałowego
L.p.	U1	Iu	Iv	Iw	I10	Pα	Pβ	P10	n	ω	cosφo
	V	A				W			obr/min	s^-1	-----
1.	380	6,2	6,1	6,3	6,2	-960	1360	400	1000	104,72	0,098
2.	360	5,3	5,2	5,4	5,3	-840	1080	240	1001	104,82	0,073
3.	340	4,6	4,5	4,7	4,6	-680	920	240	999	104,61	0,089
4.	320	4,1	4	4,2	4,1	-600	760	160	998	104,51	0,070
5.	300	3,6	3,5	3,7	3,6	-520	640	120	1000	104,72	0,064
6.	280	3,4	3,3	3,4	3,367	-440	560	120	996	104,30	0,073
7.	240	2,6	2,5	2,6	2,567	-320	360	40	1002	104,92	0,037
8.	200	2,1	2	2,1	2,067	-240	240	0	1003	105,03	0,000
9.	160	1,6	1,5	1,7	1,6	-160	160	0	1003	105,03	0,000
10.	120	1,2	1,1	1,3	1,2	-120	80	-40	1003	105,03	-0,160

Do obliczeń wykorzystałem zastępujące wzory:

• 
  średni prąd stojana

• moc pobraną

• współczynnik mocy

Wykonałem również wykresy
średniego prądu stojana, mocy czynnej pobranej i współczynnika mocy w funkcji napięcia U₁ . Wykresy te zostały wykonane na papierze milimetrowym (na jednej kartce zatytuowanej: „badanie na biegu jałowym”) i dołączone do sprawozdania. Kolorem czerwonym zaznaczyłem wykres prądu, niebieskim - mocy, a czarnym - współczynnika mocy.

4. Badanie maszyny indukcyjnej przy próbie obciążenia bezpośredniego.

W tej części ćwiczenia obciążaliśmy nasz badany silnik pewnym - podanym momentem, jednocześnie odczytywaliśmy wskazania mierników. Obciążenie, które wywołaliśmy na wale badanej maszyny pochodziło od dodatkowej maszyny (urządzenia pomocniczego) - hamownicy.

Poniższa tabela przedstawia wyniki pomiarów i obliczenia, jakie otrzymaliśmy w tej części ćwiczenia:

Wyniki pomiarów i obliczenia przy próbie obciążenia
L.p.	U1	Iu	Iv	Iw	I1	Pα	Pβ	P1	cosφ	s	n	ω	Mrp
	V	A				W			----	%	obr/min	s^-1	Kpm
1.	380	10	9,8	10,1	9,967	720	3640	4360	0,665	10,40	896	93,82	3,5
2.		9,5	9,3	9,6	9,467	640	3440	4080	0,655	9,60	904	94,66	3,3
3.		9,2	9	9,3	9,167	560	3280	3840	0,636	8,80	912	95,50	3,1
4.		8,7	8,6	8,9	8,733	440	3120	3560	0,619	8,10	919	96,23	2,8
5.		8,1	7,9	8,3	8,100	240	2840	3080	0,578	6,90	931	97,49	2,4
6.		7,6	7,4	7,7	7,567	80	2560	2640	0,530	5,60	944	98,85	2
7.		7,1	7	7,3	7,133	-120	2360	2240	0,477	5,00	950	99,48	1,6
8.		6,8	6,6	7	6,800	-320	2120	1800	0,402	3,80	962	100,7	1,2
9.		6,6	6,4	6,6	6,533	-520	1880	1360	0,316	3,00	970	101,5	0,8
10.		6,4	6,2	6,4	6,333	-720	1640	920	0,221	1,80	982	102,8	0,4
11.		6,1	6	6,2	6,1	-920	1360	440	0,110	0,00	1000	104,7	0

Do obliczeń wykorzystałem zastępujące wzory:

• 
  średni prąd stojana

• moc pobraną

• współczynnik mocy

• 
  poślizg

Wykonałem również wykresy
średniego prądu stojana, współczynnika mocy, poślizgu i prędkości kołowej w funkcji napięcia momentu M_rp. Wykresy te zostały wykonane na papierze milimetrowym (na jednej kartce zatytuowanej: „badanie dla obciążenia”) i dołączone do sprawozdania. Kolorem czerwonym zaznaczyłem wykres prądu, niebieskim - mocy, czarnym - współczynnika mocy, a siwym - poślizg.

5. Badanie maszyny indukcyjnej w celu otrzymania charakterystyki momentowej.

Poniższe dwie tabele przedstawiają wyniki pomiarów i obliczenia, jakie otrzymaliśmy bez dodatkowej rezystancji w obwodzie wirnika. Prąd I to prąd fazy R.

Badaliśmy zależność momentu od obrotów, przy napięciu fazowym = 165V.

L.p.	U	I	M	n
		V	A	kpm	obr/min
1.	165	1,6	0	1000
2.			3,3	0,45	900
3.			5,6	0,76	800
4.			6,3	0,78	748
5.			6,8	0,76	700
6.			7,6	0,70	600
7.			8,4	0,67	500
8.			8,8	0,61	400
9.			9,1	0,54	300
10.			9,2	0,49	200
11.			9,4	0,48	100
12.			9,6	0,50	0

A także obserwowaliśmy zależność momentu od obrotów przy napięciu fazowym = 130V.

L.p.	U	I	M	n
		V	A	kpm	obr/min
1.	130	2,0	0	1000
2.			2,6	0,26	900
3.			4,1	0,40	800
4.			4,8	0,43	748
5.			5,2	0,43	700
6.			5,9	0,39	600
7.			6,2	0,33	500
8.			6,5	0,30	400
9.			6,7	0,26	300
10.			6,8	0,24	200
11.			7,0	0,24	100
12.			7,2	0,29	0

Trzecia tabela przedstawia wyniki pomiarów i obliczenia, jakie otrzymaliśmy z dodatkową rezystancją w obwodzie wirnika.

L.p.	U	I	M	n
		V	A	kpm	obr/min
1.	165	1,7	0	1000
2.			2,0	0,10	900
3.			3,1	0,43	800
4.			4,0	0,60	700
5.			5,1	0,71	600
6.			5,8	0,76	500
7.			6,2	0,77	425
8.			6,3	0,76	400
9.			6,7	0,75	300
10.			7,1	0,74	200
11.			7,4	0,73	100
12.			7,8	0,75	0

Wszystkie trzy charakterystyki przedstawiłam również graficznie na papierze milimetrowym. Aby łatwo można porównywać te wykresy znajdują się one na jednym arkuszu zatytuowanym: „charakterystyki momentowe”. Są to oczywiście zależności momentu od obrotów. Kolorem czarnym przedstawiony jest wykres dla napięcia fazowego U=165 V, czerwonym dla napięcia U=130V, natomiast kolor niebieski przedstawia charakterystykę momentu przy zastosowaniu dodatkowej rezystancji w obwodzie wirnika.

6. Badanie maszyny indukcyjnej w czasie pracy prądnicowej.

W tej części ćwiczenia nasza maszyna była napędzana dodatkowym silnikiem i działała jak prądnica.

Poniższa tabela przedstawia wyniki pomiarów i obliczenia otrzymane w tej części ćwiczenia:

Praca prądnicowa
L.p.	U1	Iu	Iv	Iw	I1	Pα	Pβ	P1	cosφ	s	N	ω	Mrp
	V	A				W			----	%	Obr/min	s^-1	kpm
1.	380	6,2	6	6,3	6,167	-1200	1120	-80	-0,02	-2,00	1020	106,8	0,48
2.		6,9	6,8	6,9	6,867	-1760	720	-1040	-0,23	-4,00	1040	108,9	1,48
3.		7,8	7,6	7,8	7,733	-2240	440	-1800	-0,35	-6,00	1060	111,0	2,29
4.		8,7	8,9	8,7	8,767	-2720	200	-2520	-0,43	-8,00	1080	113,0	3,15
5.		9,9	9,6	9,8	9,767	-3040	40	-3000	-0,46	-9,00	1090	114,1	3,71

Do obliczeń wykorzystałem zastępujące wzory:

• 
  średni prąd stojana

• moc pobraną

• współczynnik mocy

• 
  poślizg

7. Badanie maszyny indukcyjnej pracującej jako przetwornica częstotliwości:

Rotor maszyny indukcyjnej badanej napędzaliśmy dodatkowym silnikiem. Uzwojenie statora dołączone było do napięcia sieci. W uzwojeniu rotora przy otwartych pierścieniach indukowały się napięcia o częstotliwości f₂. Jednocześnie ze zmianą częstotliwości zmieniała się wartość napięcia indukowanego w rotorze U₂. Napięcie U₁ i częstotliwość f₁ wynoszą oczywiście odpowiednio 380V i 50Hz, bowiem charakteryzują one zasilanie.

Poniższa tabela przedstawia wyniki pomiarów otrzymane w tej części ćwiczenia:

L.p.	U1	f1	U2	f2	n
		V	Hz	V	Hz	obr/min
1.	380	50	0	0	1000
2.					38	25,5	500
3.					52	35,0	300
4.					64	42,5	150
5.					74	50,5	0
6.					88	59,5	-200
7.					104	70,0	-400
8.					120	80,0	-600
9.					134	91,0	-800
10.					150	100,0	-1000

8. Badanie silnika klatkowego sterowanego zmienną częstotliwością napięcia zasilającego.

Zmieniając częstotliwość napięcia przyłożonego do silnika indukcyjnego, zmieniała się prędkość obrotowa strumienia magnetycznego wirującego i oczywiści prędkość synchroniczna silnika.

Poniższa tabela przedstawia wyniki pomiarów i obliczenia otrzymane w tej części ćwiczenia:

L.p.	U	f	I	n	U1/f1
		V	Hz	A	obr/min
1.	0	0	0	0
2.	120	10,8	2,2	530
3.	192	20,5	1,8	617
4.	256	29,7	1,7	891
5.	320	39,8	1,65	1194
6.	390	50	1,65	1500
7.	420	60,4	1,4	1718

9. Dane znamionowe stosowanych urządzeń:

1. Silnik pierścieniowy nr 267928

• Moc 3,3 kW

• Napięcie stojana 380 V (połączenie w trójkąt)

• Prąd stojana 9,5 A (połączenie w trójkąt)

• Napięcie wirnika 95 V

• Prąd wirnika 25 A

• Praca 40%, 940 obr/min

2. Silnik klatkowy nr 781228/68

• Silnik SZJE 14b

• Napięcie stojana 220/380 V (trójkąt/gwiazda)

• Prąd stojana 4,9/2,8 A (trójkąt/gwiazda)

• Praca C 1390 obr/min

• Cosφ = 0,77

• Temperatura = 40⁰C, Δt = 75⁰C

3. Mierniki

• Amperomierze (3 szt.) 10 A miernik analogowy

• Woltomierz 130/260/650 V miernik analogowy

• Watomierze (2 szt.) 100/200/400 V, 10/20 A miernik analogowy

10. Wnioski

---