POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

INSTYTUT MASZYN NAPĘDÓW I POMIARÓW

ELEKTRYCZNYCH

LABORATORIUM MASZYN I URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

ĆWICZENIE NR 13

UKŁAD NAPĘDOWY Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM
I FALOWNIKIEM NAPIĘCIA

Wydział: W-9	Rok akademicki: 2009/2010	Rok studiów: II
Skład grupy: 1. Jolanta Firla 173340 2. Maria Bartczyk 173366 3.Mateusz Kranc 173356 4.Piotr Sacha 173297 5.Barbara Zając 173344 6.Agnieszka Żuraw 173342	Data wykonania: 20.05.2010	Semestr: 4 - letni
		Data oddania: 27.05.2010	Zaliczenie:
		Uwagi:

1. Cel i zakres ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z działaniem silnika klatkowego, sterowaniem jego prędkością przez zmianę częstotliwości napięcia oraz poznanie podstawowych zależności, które określają silnik klatkowy częstotliwościowo. Zadaniem było wyznaczenie charakterystyk silnika klatkowego zasilanego z falownika napięcia oraz zapoznanie się z przebiegami napięcia i prądu wyjściowego z falownika napięcia.

2. Schemat stanowiska

Rys.1. Schemat układu z silnikiem indukcyjnym klatkowym zasilanym falownikiem z podłączonymi przyrządami do pomiarów.

3. Spis przyrządów i obiektów badanych

Silnik INDUKCYJNY KLATKOWY typ Sg80L4F nr fabr. 944301

Silnik prądu stałego typ PKMa 21b/111 nr fabr. 210111

(w ćwiczeniu jako prądnica obciążająca)

(straty całego zestawu przy
)

- watomierz poboru mocy; klasa 0,5; zakresy U:100, 200, 400V; zakresy I: 2,5; 5A; il. działek: 100; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 3340;

- woltomierz spadków napięcia prądu przemiennego; klasa 0,5; zakresy: 75, 150, 300, 600V; il. działek: 75; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 1419;

- woltomierz spadków napięcia prądu przemiennego; klasa 0,5; zakresy: 75, 150, 300, 600V; il. działek: 75; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 1276;

- woltomierz spadków napięcia prądu stałego; klasa 1; zakresy: 150, 300, 750V; il. dziełek: 75; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 EW-02/01;

- amperomierz prądu przemiennego; klasa 0,5; zakresy: 2,5; 5A; il. działek: 50; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 2987;

- amperomierz prądu przemiennego; klasa 0,5; zakresy: 3, 6A; il. działek: 60; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 3169;

- amperomierz prądu stałego; klasa 1; zakresy: 0,75; 1,5; 3A; il. działek: 75; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 509;

- amperomierz prądu stałego; klasa 0,5; zakresy: 7,5; 15, 30A; il. działek: 75; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 284;

- miernik pomiaru prędkości obrotowej NT1; obr/min; klasa 0.05; nr inwentarzowy: I-29 IVa 2234;

- wskaźnik momentu obrotowego siły; klasa 1,5; zakres: 0,5 - 10Nm; nr inwentarzowy: I-29 T-959;

- falownik Lenze 8300 T-810.

4. Wyznaczenie charakterystyk sterowania napędu

1. Tabela

Tab.1. Tabela z wynikami pomiarów liczby obrotów oraz napięcia międzyfazowego dla zadanej częstotliwości falownika

Lp.
		Hz	obr/min	V	rad/s
1	5,1	144	110	15,08
2	10,0	296	180	31,00
3	15,1	447	230	46,81
4	20,0	596	260	62,41
5	25,1	747	300	78,23
6	30,0	896	320	93,83
7	35,1	1046	350	109,54
8	40,0	1194	380	125,04
9	45,1	1345	410	140,85
10	50,0	1492	400	156,24

2. Przykładowe obliczenia

Wartość pulsacji stojana
w tab. 1:

pomiar 1.:

3. Wykres
   

a

b

Rys. 2. Zależność napięcia wyjściowego międzyfazowego od zadanej częstotliwości
:

a) punkty pomiarowe, b) linia trendu - krzywa

4. Komentarz

W czasie pomiarów częstotliwość była zwiększana od 5 Hz do 50Hz. Pomiary zostały przeprowadzone 10 razy, co pozwoliło wyznaczyć charakterystykę napędu przy biegu jałowym. Wyniki pomiarów na wykresie można zobrazować jako krzywą wielomianową. Wraz ze wzrostem częstotliwości napięcie międzyfazowe wzrasta.

5. Wyznaczenie charakterystyk mechanicznych napędu

1. Tabele

Tab.2. Tabela z wynikami pomiarów dla częstotliwości stojana 50Hz

Lp.
		Nm	V	A	W	V	A	A	V	A	obr/min	rad/s	%
1	9,6	215	3,8	680	390	3,7	0,75	184	6,8	1413	147,97	69,6
2	9,0	215	3,6	640	390	3,5	0,75	184	6,4	1418	148,49	69,6
3	8,0	215	3,3	570	390	3,3	0,75	188	5,7	1428	149,54	70,0
4	7,0	215	2,8	500	400	3,0	0,75	188	4,8	1440	150,80	70,4
5	6,0	215	2,5	430	400	2,80	0,75	192	4,0	1450	151,84	70,6
6	5,0	215	2,2	380	400	2,60	0,75	196	3,4	1459	152,79	67,0
7	4,0	215	1,9	320	400	2,55	0,75	196	2,6	1466	153,52	64,0
8	3,0	215	1,5	260	410	2,45	0,75	200	1,8	1474	154,36	59,4
9	2,0	215	1,2	200	410	2,45	0,75	200	0,9	1482	155,19	51,7
10	1,1	215	0,95	155	410	2,45	0,75	204	0,3	1489	155,93	36,9

Tab.3. Tabela z wynikami pomiarów dla częstotliwości stojana 30Hz

Lp.
		Nm	V	A	W	V	A	A	V	A	obr/min	rad/s	%
1	9,6	215	2,6	450	310	3,7	0,75	96	7,1	823	86,18	61,3
2	9,0	215	2,45	420	300	3,5	0,75	100	6,6	829	86,81	62,0
3	7,8	215	2,20	380	310	3,3	0,75	100	5,7	840	87,96	60,2
4	7,0	215	2,00	350	310	3,2	0,75	104	5,1	848	88,80	59,2
5	6,0	215	1,80	300	310	3,1	0,75	108	4,2	857	89,74	59,8
6	5,0	215	1,60	270	310	3,0	0,75	112	3,4	866	90,69	56,0
7	4,0	220	1,50	250	310	3,0	0,75	112	2,7	872	91,32	48,7
8	3,0	220	1,20	210	320	3,1	0,75	116	1,8	879	92,05	43,8
9	2,0	220	1,10	190	320	3,2	0,75	116	1,0	885	92,68	32,5
10	1,0	220	0,95	160	320	3,4	0,75	120	0,2	891	93,31	19,4

Tab.4. Tabela z wynikami pomiarów częstotliwości stojana 50Hz - nawrót

Lp.
		Nm	V	A	W	V	A	A	V	A	obr/min	rad/s	%
1	-10,0	215	3,8	700	390	3,7	0,75	176	7,2	-1408	-147,45	70,2
2	-9,0	215	3,4	610	390	3,4	0,75	180	6,3	-1423	-149,02	73,3
3	-8,0	215	3,0	530	390	3,1	0,75	184	5,3	-1435	-150,27	75,6
4	-6,8	215	2,7	470	400	2,9	0,75	188	4,5	-1444	-151,22	72,9
5	-6,0	215	2,4	410	400	2,7	0,75	192	3,8	-1453	-152,16	74,2
6	-5,0	215	2,0	350	400	2,6	0,75	196	3,0	-1463	-153,21	73,0
7	-4,0	215	1,7	300	410	2,5	0,75	200	2,2	-1471	-154,04	68,5
8	-3,0	215	1,4	240	410	2,4	0,75	204	1,4	-1478	-154,78	64,5
9	-2,0	215	1,1	180	410	2,4	0,75	208	0,5	-1486	-155,61	57,6
10	-1,6	215	1,0	170	410	2,45	0,75	208	0,3	-1488	-155,82	48,9

2. Przykładowe obliczenia

• Wartość pulsacji w tab. 2, tab. 3 oraz tab. 4 jest obliczana z zależności jak w tab.1.

• Sprawność całego układu napędowego jest zależnością pomiędzy dostarczoną mocą i otrzymaną

tab. 3, pomiar 1.:

1. 
   Wykres

a

b

c

Rys. 3. Charakterystyki mechaniczne silnika klatkowego: a) dla częstotliwości 50Hz,

b) dla częstotliwości 30Hz, c) dla częstotliwości 50Hz dla nawrotu

2. Komentarz

W badanym zakresie charakterystyki mechaniczne dla różnych częstotliwości są liniowe. Niewielkie odchylenia mogą wynikać z niedokładności urządzeń pomiarowych lub trochę błędnego odczytu. Dla częstotliwości 30Hz wykres zależności prędkości silnika od momentu jest przesunięty liniowo względem wykresu dla częstotliwości 50Hz. Dla niższej częstotliwości jest mniejsza prędkość. Dla danej częstotliwości (tutaj 50Hz) mierzone wielkości mają podobne wartości niezależnie od kierunku badania silnika. Wykresy odbite są względem środka układu współrzędnych.

6. Wnioski

Wyznaczone w doświadczeniu charakterystyki silnika klatkowego sterowanego falownikiem napięcia (rys. 2) są zbliżone do znanych charakterystyk teoretycznych. Świadczy to o poprawnym działaniu urządzeń oraz dobrym wykonaniu ćwiczenia.

Na podstawie zależności napięcia wyjściowego międzyfazowego od częstotliwości (charakterystyka sterowania napędu) można zauważyć, że chcąc zwiększyć prędkość silnika musimy zwiększyć częstotliwość. Można to osiągnąć dzięki użyciu falownika, który umożliwia sterowanie częstotliwościowe silników klatkowych.

W charakterystyce sterowania napędu przy końcowych wartościach częstotliwości napięcie maleje, co widać na wykresie jako delikatny uskok na końcu.

Z drugiej części ćwiczenia wynika, że dla zmniejszania momentu prędkość silnika wzrasta, co jest zobrazowane na rys. 3. Jest to charakterystyczne dla silników klatkowych.

Sprawność silnika jest wyższa dla większej częstotliwości. Dla 50Hz wynosi około 40-70%, a dla 30Hz tylko 20-60%. Wraz ze spadkiem wartości momentu spada także sprawność silnika.

W ćwiczeniu była badana tylko jedna faza, więc można było zmierzyć jedynie wartość mocy wejścia na tą fazę. Aby obliczyć sprawność całego układu wartość mocy wejścia należy pomnożyć razy 3. Zmniejsza to dokładność otrzymanych wyników, ale pozwala poznać przybliżoną sprawność silnika.

Na załączonych wykresach (rys. 4, rys. 5, rys. 6, rys. 7) widoczne jest, że podczas powstawania momentu obrotowego przebiegi prądów i napięć są sinusoidalne ze stała amplitudą dla każdej częstotliwości. Napięcie bardziej oscyluje, a prąd układa się na wykresie mniej więcej jako „lekko poszarpana” linia. Prąd jest opóźniony w fazie względem napięcia.

---