Politechnika Świętokrzyska w Kielcach
Laboratorium maszyn elektrycznych
Ćwicenie nr 2.	Temat: Badanie indukcyjnego silnika pierścieniowego.			Zespół: 1)Celiński Rafał 2)Chycki Grzegorz 3)Dąbek Arkadiusz 4)Furmanek Magdalena
Data wykonania ćwiczenia: 29.03.2000r.		Data oddania sprawozdania: 29.05.2000r.	Ocena:

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było dobranie rozrusznika dla indukcyjnego silnika pierścieniowego, dobór nastaw przekaźników czasowych oraz rejestracja przebiegów prądu silnika w funkcji czasu podczas rozruchu silnika .

2.Działanie układu .

Uruchomienie następuje z chwilą naciśnięcia przycisku R. (wyłącznik 1WR zamknięty ). Zadziała wtedy stycznik liniowy SL , silnik rozpoczyna rozruch na pierwszym stopniu, a przekaźnik czasowy 1PC odmierza czas t₁ rozruchu na tym stopniu. Po upływie czasu t₁ zostaje uruchomiony stycznik 1SR

(zadziałanie 1PC ), który powoduje zwarcie sekcji rezystorów R_d1-R_d2 i załącza przekaźnik czasowy 2PC Po odmierzonym czasie t₂ zwarta zostaje sekcja R_d2-R_d3

( zadziałanie przekaźnika 2PC powoduje uruchomienie stycznika 2SR )

i załączono przekaźnik 3PC na trzecim stopniu rozruchowym. Po odmierzonym czasie rozruchu na trzecim stopniu zostaje zwarty wirnik silnika i rozruch kończy się. Układ można wyłączyć wyłącznikiem W.

W celu skrócenia oczekiwania na ponowne przeprowadzenie rozruchu napęd można hamować dynamicznie naciskając przycisk H . Silnik zostaje wówczas zasilany jednofazowo prądem stały ze źródła o regulowanym napięciu.

3.Układ sterowania.

Dobór rozrusznika.

Parametry znamionowe silnika :

P_n = 3 kW b = 3

U₂₀ = 80 V J=2.5 kg/m²

U_n = 380 V I_2R=0.8 I_2n=20.8A

I_2n = 26 A I_2st=0.1 I_2n=2.6A

n_n = 1420 obr/min

n_o = 1500 obr/min

cosϕ = 0.81

p=2

ω_n = = 148.6 s^-1

ω_o = = 157 s^-1

s_n = = 0.053

R₂ =

M_n =

Wyznaczanie czasów rozruchów i wartości rezystorów na stopniach rozruchowych w zależności od ich liczby.

a) dwa stopnie rozruchowe k=2

R _I =
=
= 2,22Ω.

--> [Author:R0]

Wyznaczenie prądu przełączenia :

I_2p = I_2R =4.02 A

Wyznaczenie rezystancji stopnia drugiego :

R_ΙΙ = R_Ι =0.43 Ω

Wyznaczenie wartości rezystorów dodatkowych :

r₁ = R_Ι - R_ΙΙ r₁ = 1.79Ω

r₂ = R_ΙΙ - R₂ r₂ =0.347Ω

Wyznaczenie czasów przełączeń :

=
s

=
s

t_Ι = T_MΙ ln =70.2 s

=5.33 s

t_ΙΙ = T_MΙΙ ln t_II = 13.59 s

Całkowity czas rozruchu :

t_Σ = t₁ + t₂ + 3T_M t_Σ = 86.88 s

b) trzy stopnie rozruchowe -k = 3

dla tego przypadku była realizacja praktyczna

Wyznaczenie rezystancji stopnia pierwszego :

=
=
= 2,22Ω.

--> [Author:R0]

Wyznaczenie prądu przełączenia :

I_2p = I_2R =
A

Wyznaczenie rezystancji stopnia drugiego :

R_ΙΙ = R_Ι =
Ω

Wyznaczenie rezystancji stopnia trzeciego:

R_ΙΙΙ = R_ΙΙ =
Ω

Jeżeli rezystory są prawidłowo dobrane, powinna zachodzić równość
:

R_IV=R₂

widzimy że R_IV jest równe co do wartości z rezystorem R₂ więc wartości rezystorów zostały poprawnie dobrane

Wyznaczenie wartości rezystorów dodatkowych :

r₁ = R_Ι - R_ΙΙ r₁ = 1.478Ω r₁ = 1.57Ω

r₂ = R_ΙΙ - R_ΙΙΙ r₂ =0.494 Ω rezystory zastosowane : r₂ = 0.51Ω

r₃ = R_ΙΙΙ - R₂ r₃ =0.165 Ω r₃ = 0.16Ω

Wyznaczenie czasów przełączeń :

=
s

=
s

t_Ι = T_MΙ ln =39.4 s

=
s

t_ΙΙ = T_MΙΙ ln t₂ = 13.15 s

=
s

t_ΙΙΙ = T_MΙΙΙ ln t₃ = 4.4 s

Całkowity czas rozruchu :

t_Σ = t₁ + t₂ + t₃ + 3T_M t_Σ = 60.046 s

c) cztery stopnie rozruchowe k = 4

R_Ι = 2.2 Ω

Wyznaczenie prądu przełączenia :

I_2p = 9.15 A

Wyznaczenie rezystancji stopnia drugiego :

R_ΙΙ = 0.96 Ω

Wyznaczenie rezystancji stopnia trzeciego :

R_ΙΙΙ = 0.42 Ω

Wyznaczenie rezystancji stopnia czwartego:

R_ΙV = 0.18 Ω

Wyznaczenie rezystorów dodatkowych :

r₁ = 1.24 Ω

r₂ = 0.54 Ω

r₃ = 0.24 Ω

r₄ = 0.1 Ω

Wyznaczenie czasów przełączeń ;

T_M =1.03s

T_MΙ = 27.55 s t₁ = 28.15s

T_MΙΙ = 11.9 s t₂ = 12.15s

T_MΙΙΙ = 5.2 s t₃ = 5.3s

T_MΙV = 2.23 s t₄ = 2.27s

Całkowity czas rozruchu :

t_Σ = 50.96 s

d) cztery stopnie rozruchowe k =4

dla prądu

I_2st=0.3I_2n=7.8

Wyznaczenie rezystancji stopnia pierwszego :

=
=
= 2,22Ω.

--> [Author:R0]

Wyznaczenie prądu przełączenia :

I_2p = I_2R = 9.15A

Wyznaczenie rezystancji stopnia drugiego :

R_ΙΙ = R _{= 0.96}

Wyznaczenie rezystancji stopnia trzeciego:

R_III = R_II =0.42Ω

Wyznaczenie rezystancji stopnia czwartego:

R_ΙV = R_III = 0.18Ω

Wyznaczenie wartości rezystorów dodatkowych :

r₁ = R_Ι - R_ΙΙ r₁ = 1.24Ω

r₂ = R_ΙΙ - R_ΙΙΙ r₂ =0.54 Ω

r₃ = R_ΙΙΙ - R_ΙV r₃ =0.24 Ω

r₄ = R_ΙV -R₂ r₄ = 0.1 Ω

Wyznaczenie czasów przełączeń :

=
s

s

t_Ι = T_MΙ ln =62.3s

s

t_ΙΙ = T_MΙΙ ln t₂ = 26.9 s

s

t_ΙΙΙ = T_MΙΙΙ ln t₃ = 11.7s

t₄=5.04s

Całkowity czas rozruchu :

t_Σ = t₁ + t₂ + t₃ +t₄+ 3T_M t_Σ = 109.03 s

Wnioski.

4.Wnioski.

Najkorzystniejszym rozruchem silnika pierścieniowego pod względem czasu rozruchu byłby rozruch przy
. Czas rozruchu w tym przypadku byłby najkrótszy, ponieważ prąd przełączenia byłby równy prądowi rozruchowemu.

Rozruch taki można przedstawić za pomocą następującej charakterystyki:

Jednak rozruch taki jest niepraktyczny, bo wymaga dużej ilości rezystorów i styczników.

Porównując obliczenia przeprowadzone podczas ćwiczeń i powyższą charakterystykę można dojść do następujących wniosków:

1. Zmniejszenie wartości prądu rozruchowego I_2R powoduje zwiększenie czasu

rozruchu. W naszym ćwiczeniu nie badaliśmy takiego przypadku.

2. Zwiększenie prądu statycznego obciążenia także powoduje wydłużenie czasu

rozruchu. Potwierdzają to obliczenia w punktach c) i d). Przy obciążeniu

, natomiast przy I_st = 0.3I_2n => t =109.03 s widzimy że dość nieznaczny wzrost prądu I_st powoduje dwukrotne zwiększenie czasu .

3. Zgodnie z wcześniejszymi rozważaniami zwiększanie ilości stopni

rozruchowych powoduje skrócenie czasu rozruchu. Obrazują to obliczenia z punktów a), b) i c), gdzie k wynosi odpowiednio 2, 3 i 4. Jednak należy podkreślić, że jest to słuszne, gdy mamy zadany prąd rozruchowy, a zmienia się prąd przełączenia. Wynika to z faktu, że zwiększając k przy ustalonym I_2R zwiększamy moment dynamiczny silnika. Przedstawia to poniższa charakterystyka:

- moment dynamiczny silnika przy k = 2

- moment dynamiczny silnika przy k = 3

Odwrotnie się dzieje jeżeli zwiększymy liczbę stopni rozruchowych przy ustalonym prądzie przełączenia I_2P.Zmniejsza się wtedy moment dynamiczny rozwijany przez silnik i rozruch trwa dłużej. Widać to na następującej charakterystyce:

- moment dynamiczny silnika przy k = 3

- moment dynamiczny silnika przy k = 2

Aby uprościć obliczenia zakłada się, że rozruch odbywa się w prostoliniowej części charakterystyki.

Na rejestratorze zapisano rozruch z obliczeń w punkcie a), czyli k = 3, I_2R = 0.8I2n, I_2ST = 0,1I_2N. Jak widać na oscylogramie prądy rozruchowe na poszczególnych stopniach nieznacznie różnią się od siebie. Jest to wynikiem tego, że rezystory załączone w obwód wirnika miały rezystancję różniącą się od obliczeniowej (
). Na oscylogramie tym można też zaobserwować jak zmienia się częstotliwość prądu wirnika podczas rozruchu. Wiadomo, że częstotliwość prądu wirnika wynosi
, gdzie f1 jest częstotliwością prądu stojana. Na pierwszym stopniu rozruchowym, w chwili załączenia silnika częstotliwość prądu wirnika jest duża (równa częstotliwości prądu stojana), ponieważ gdy ω = 0, to s = 1. W dalszej fazie rozruchu silnik nabiera prędkości, maleje poślizg i częstotliwość prądu wirnika nieco spada. Jednak jest ona nadal stosunkowo duża (drugi stopień). Dopiero pod koniec rozruchu następuje widoczne zmiana częstotliwości prądu wirnika. Prędkość osiąga wartość znamionową, poślizg jest rzędu setnych części jedności, a co za tym idzie częstotliwość obniża się.

I_2p

k

I_2R

π n_n

30

π n_o

30

n_o

n_o

n_n

= 0.083 Ω

1.005 P_n

3 J_2n²

s_n

1

s_n

P_n

ω_n

= 20.18 N*m

R₂

R_Ι

R₂

R_Ι

k

I_2p

I_2R

I_2p

I_2R

I_2R - I_ST

I_2p - I_ST

I_2R - I_ST

I_2p - I_ST

I_2R - I_ST

I_2p - I_ST

I_2p - I_ST

I_2R - I_ST

I_2R - I_ST

I_2p - I_ST

I_2R - I_ST

I_2p - I_ST

I_2p - I_ST

I_2R - I_ST

I_2p - I_ST

I_2R - I_ST

I_2R

I_2p

I_2R

I_2p

k

R_Ι

R₂

I_2p

I_2R

---