wydział: EL kierunek: ET specjalność: TŚ rok: III semestr: VI	LABORATORIUM MASZYN ELEKTRYCZNYCH Ćwiczenie nr 4 TEMAT: Badanie 3-fazowego silnika indukcyjnego pierścieniowego
wykonali: Aneta Skrycka Katarzyna Zaranek		Uwagi :	ocena:

1. SCHEMAT POŁĄCZEŃ SILNIKA Z ROZRUSZNIKIEM

REZYSTANCYJNYM

Parametry znamionowe silnika :

P_N = 3,3 kW

I_N = 9,5 A

U_N = 380 V

n_N = 940 obr./min.

2.BADANIE BIEGU JAŁOWEGO

Charakterystyka biegu jałowego jest to zależność mocy pobieranej i prądu od napięcia przy biegu jałowym. Pomiary zaczynamy przy napięciu równym znamionowemu i stopniowo obniżamy do takiej wartości, przy której prędkość obrotowa pozostała jeszcze praktycznie stała ( tzn. do ok. 1/3U_N ).

Tabela wyników :

Lp.	U1	Iu	Iv	Iw	I10	Pα	Pβ	P10	n	cosϕo	Q10	ΔPCu10	ΔPFe	ΔPm	ΔPFe+m
-	V	A	A	A	A	W	W	W	obr/min	-	Var	W	W	W	W
1.	380	6,1	6,1	6	6,07	-1000	1320	320	1000	0,080	3980	118	72	130	202
2.	370	5,9	5,7	5,8	5,80	-920	1200	280	1000	0,075	3706	108	42	130	172
3.	360	5,4	5,3	5,4	5,37	-840	1080	240	1000	0,072	3338	92	18	130	148
4.	350	5,1	4,9	5,1	5,03	-800	960	160	1000	0,053	3047	81	-51	130	79
5.	340	4,7	4,6	4,6	4,63	-720	840	120	1000	0,044	2726	69	-79	130	51
6.	320	4,4	4,3	4,35	4,35	-640	760	120	1000	0,050	2408	61	-71	130	59
7.	300	3,7	3,65	3,65	3,67	-500	580	80	1000	0,042	1904	43	-93	130	37
8.	280	3,3	3,25	3,3	3,28	-400	480	80	1000	0,050	1590	34	-84	130	46
9.	240	2,6	2,55	2,6	2,58	-280	320	40	1000	0,037	1073	21	-111	130	19
10.	200	2,1	2,1	2,05	2,08	-160	220	60	1000	0,083	719	14	-84	130	46
11.	160	1,7	1,6	1,65	1,65	-120	140	20	1000	0,044	457	9	-119	130	11
12.	120	1,3	1,25	1,25	1,27	-80	100	20	1000	0,076	263	5	-115	130	15

Wzory do obliczeń w tabeli :

- średni prąd stojana : I₁₀ =

- moc czynna pobrana : P₁₀ = P_α+P_β

- współczynnik mocy : cosϕ_o =

-moc bierna : Q₁₀ = U₁I₁₀sinϕ_o

- straty mocy w uzwojeniu stojana : ΔP_Cu = R₁I₁₀² , gdzie R₁ -rezystancja uzwojenia stojana

R₁ = 3,2 Ω

- straty w rdzeniu ( w żelazie ) : ΔP_Fe = ΔP_Fe+m.-ΔP_m

- straty jałowe : ΔP_Fe+m. = P₁₀-ΔP_Cu10

- straty mechaniczne : ΔP_m = 130 W

Na podstawie wyników z tabeli zostały sporządzone wykresy charakterystyk I₁₀, P₁₀, ΔP_Fe+m., cosϕ₀, Q₁₀ = f(U₁) :

3. PRÓBA ZWARCIA

Zwarcie silnika występuje wtedy, gdy przy zasilaniu uzwojenia stojana napięciem znamionowym prędkość kątowa ω wynosi zero, a uzwojenie wirnika jest zwarte. Próbę zwarcia wykonujemy przy zahamowanym silniku i znamionowej częstotliwości napięcia stojana.

Tabela wyników :

Lp.	U1z	I1z	Iu	Iv	Iw	Pα	Pβ	P1z	Mrp	cosϕz	Zz1	Rz1	Xz1	I1zn	Mrpn
-	V	A	A	A	A	W	W	W	Nm	-	Ω	Ω	Ω	A	Nm
1.	162	9,43	9,2	9,1	10	-200	1080	880	6,28	0,332	17,17	5,71	16,19	22,13	34,55
2.	156	8,97	8,7	8,7	9,5	-180	1000	820	5,89	0,338	17,40	5,89	16,37	21,84	34,95
3.	150	8,50	8,25	8,25	9	-160	900	740	5,39	0,335	17,65	5,91	16,62	21,53	34,59
4.	138	7,62	7,45	7,4	8	-140	720	580	4,51	0,319	18,12	5,77	17,18	20,97	34,20
5.	126	6,68	6,55	6,5	7	-120	600	480	3,63	0,329	18,85	6,20	17,80	20,16	33,02
6.	110	5,75	5,65	5,6	6	-100	440	340	2,80	0,310	19,13	5,94	18,17	19,86	33,41
7.	92	4,77	4,65	4,65	5	-80	300	220	1,96	0,290	19,30	5,59	18,47	19,69	33,44
8.	74	3,80	3,7	3,7	4	-40	200	160	1,42	0,329	19,47	6,40	18,38	19,51	37,44
9.	56	2,87	2,8	2,8	3	-40	100	60	0,83	0,216	19,53	4,22	19,07	19,45	38,22

Wzory do obliczeń w tabeli :

- średni prąd stojana : I_1z =

- moc czynna pobrana : P_1z = P_α+P_β

- współczynnik mocy : cosϕ_z =

- impedancja zwarcia : Z_z1 =

- rezystancja zwarcia : R_z1 = Z_z1⋅cosϕ_z

- reaktancja zwarcia : X_z1 = Z_z1cosϕ_z

- prąd zwarciowy ( przy U_N) : I_zn = I_1z⋅

- początkowy moment rozruchowy ( przy U_N ) : M_rpn = M_rp⋅

Na podstawie wyników z tabeli zostały sporządzone wykresy charakterystyk

I_1z, P_1z, cosϕ₀ = f(U_1z) :

7

4. PRÓBA OBCIĄŻENIA BEZPOŚREDNIEGO

Silnik można obciążyć przykładowo prądnicą, która oddaje energię do odbiornika o nastawianym prądzie, lub specjalną hamownicą, która umożliwia bezpośrednie wyznaczenie momentu, jakim został obciążony silnik.

Tabela wyników :

Lp.	UN	Iu	Iv	Iw	I1	Pα	Pβ	P1	Mu	n	cosϕ	η	Pm
-	V	A	A	A	A	W	W	W	Nm	obr/min	-	%	W
1.	380	10,2	10,2	10,2	10,2	760	3600	4360	35,32	899	0,649	73	3175
2.	380	9,6	9,7	9,7	9,7	660	3440	4100	33,35	903	0,644	73	3012
3.	380	9,4	9,4	9,3	9,4	560	3320	3880	31,39	908	0,629	73	2850
4.	380	8,9	8,95	8,9	8,9	480	3120	3600	29,43	914	0,613	75	2690
5.	380	8,7	8,8	8,7	8,7	440	3040	3480	27,47	920	0,605	73	2527
6.	380	8	8	8	8,0	240	2720	2960	23,54	932	0,562	74	2194
7.	380	7,45	7,45	7,5	7,5	60	2480	2540	19,62	941	0,517	73	1846
8.	380	7,1	7,05	7,1	7,1	-160	2280	2120	15,7	951	0,455	70	1493
9.	380	6,8	6,7	6,75	6,8	-360	2000	1640	11,77	963	0,369	69	1133
10.	380	6,45	6,4	6,5	6,5	-560	1760	1200	7,85	973	0,283	64	764
11.	380	6,4	6,3	6,3	6,3	-800	1560	760	3,92	983	0,182	51	385
12.	380	6,3	6,2	6,25	6,3	-920	1440	520	0	1000	0,126	0	0

Wzory do obliczeń w tabeli :

- średni prąd stojana I₁ =

- moc czynna pobrana P₁ = P_α+P_β+

- współczynnik mocy cosϕ =

- moc oddana ( mechaniczna użyteczna ) P_mu = M_u⋅n

- sprawność η = ⋅100

Na podstawie wyników z tabeli zostały sporządzone wykresy charakterystyk n, I , cosϕ = f(M.), i η, P₁ = f(P_m) :

5. WYZNACZENIE CHARAKTERYSTYKI M=f(s) :

Tabela wyników :

Lp.	U	M	Mpn	I	I1n	n	s
-	V	Nm	Nm	A	A	obr/min	-
1.	165	0,000	0,00	1,7	3,9	1000	0,00
2.	165	4,905	26,02	3,4	7,8	900	0,10
3.	165	7,358	39,02	5,5	12,7	800	0,20
4.	165	7,652	40,58	6,2	14,3	750	0,25
5.	165	7,456	39,54	6,8	15,7	700	0,30
6.	165	6,965	36,94	7,5	17,3	600	0,40
7.	165	6,180	32,78	8	18,4	500	0,50
8.	165	5,494	29,14	8,25	19,0	400	0,60
9.	165	4,905	26,02	8,5	19,6	300	0,70
10.	165	4,513	23,93	8,6	19,8	200	0,80
11.	165	4,415	23,41	8,7	20,0	100	0,90
12.	165	5,396	28,62	9,25	21,3	0	1,00
13.	120	0,000	0,00	6,5	20,6	0	1,00
14.	120	2,158	21,64	6,5	20,6	100	0,90
15.	120	2,158	21,64	6,35	20,1	200	0,80
16.	120	2,207	22,13	6,3	20,0	300	0,70
17.	120	2,354	23,61	6,1	19,3	400	0,60
18.	120	2,698	27,05	5,9	18,7	500	0,50
19.	120	3,041	30,50	5,55	17,6	600	0,40
20.	120	3,434	34,43	5,05	16,0	700	0,30
21.	120	3,924	39,35	4,45	14,1	750	0,25
22.	120	4,022	40,33	4,1	13,0	800	0,20
23.	120	3,826	38,37	2,5	7,9	900	0,10
24.	120	2,354	23,61	1,3	4,1	1000	0,00

M.=f(s) z dodatkowym rezystorem :

Lp.	U	I1	I1n	Mp	Mpn	n	s
-	V	A	A	Nm	Nm	obr/min	-
1.	165	1,65	3,80	0,49	2,60	1000	0,00
2.	165	2,15	4,95	1,96	10,41	900	0,10
3.	165	3,2	7,37	4,51	23,93	800	0,20
4.	165	4,3	9,90	6,13	32,52	700	0,30
5.	165	5,15	11,86	7,06	37,46	600	0,40
6.	165	5,8	13,36	7,50	39,80	500	0,50
7.	165	6,1	14,05	7,50	39,80	450	0,55
8.	165	6,35	14,62	7,55	40,06	400	0,60
9.	165	6,7	15,43	7,46	39,54	350	0,65
10.	165	6,75	15,55	7,36	39,02	300	0,70

Wzory do obliczeń w tabeli :

-prąd przy napięciu znamionowym I_1n = I₁

- moment rozruchowy przy napięciu znamionowym M_pn = M_p

- poślizg s =

Na podstawie wyników z tabeli zostały sporządzone wykresy charakterystyk M. = (s):

6. PRACA PRĄDNICOWA

Przy pracy prądnicowej pomiary wykonuje się analogicznie, jak przy próbie zwarcia, lecz zmieniamy prędkość obrotów powyżej prędkości synchronicznej.

Tabela wyników :

Lp.	U	Iu	Iv	Iw	I1	Pα	Pβ	P1	Mu	n	Uwagi
-	V	A	A	A	A	W	W	W	Nm	obr/min	-
1.	380	7,6	7,6	7,8	7,7	160	2520	2680	20,99	940	praca silnikowa
2.	380	6,2	6,1	6,2	6,2	1020	1280	2300	0,00	1000	idealny bieg jałowy
3.	380	6,65	6,6	6,6	6,6	-1600	860	-740	-10,59	1030
4.	380	8,1	8	7,9	8,0	-2480	380	-2100	-24,62	1060	praca prądnicowa
5.	380	9,25	9,2	9,15	9,2	-2980	120	-2860	-32,86	1080

Wzory do obliczeń w tabeli :

- prąd średni I₁ =

- moc czynna P₁ = P_α+P_β

Na podstawie wyników z tabeli został sporządzony wykres charakterystyki P₁ = f(n) i I₁ = f(n) :

7. PRZETWORNICA CZĘSTOTLIWOŚCI

Tabela wyników :

Lp.	f1	f2	U1	U2	n
-	Hz	Hz	V	V	obr/min
1.	50	0	380	0	1000
2.	50	25	380	39,5	500
3.	50	30,5	380	48	400
4.	50	39,5	380	63,5	200
5.	50	45,5	380	72	100
6.	50	50	380	80	0
7.	50	59,5	380	95	-200
8.	50	70	380	111	-400
9.	50	80	380	128	-600
10.	50	90	380	144	-800
11.	50	100	380	150	-1000

Na podstawie wyników z tabeli zostały sporządzone wykresy charakterystyk f₂ = f(n)

i U₂ = f(n) :

8. POMIAR ZNAMIONOWEGO NAPIĘCIA WIRNIKA. WYZNACZANIE PRZEKŁADNI.

Napięcie znamionowe wirnika U₂₀ jest to napięcie, które jest mierzone przy nieruchomym wirniku pomiędzy rozwartymi pierścieniami ślizgowymi wirnika, gdy stojan zasilany jest napięciem znamionowym.

Zgodnie z PN przekładnią silnika indukcyjnego pierścieniowego nazywamy stosunek napięcia fazowego stojana do napięcia fazowego wirnika przy otwartym obwodzie wirnika i zerowej prędkości kątowej wirnika. Można ją zatem wyznaczyć ze znamionowego napięcia stojana i znamionowego napięcia wirnika, przy uwzględnieniu układu połączeń jako:

ϑ = ;

gdzie : k- współczynnik uwzględniający sposób połączenia uzwojeń stojana i wirnika;

u nas k=1 ,gdyż oba uzwojenia połączone są w trójkąt

Tabela wyników :

Lp.	U1	U20	ϑ
-	V	V	-
1.	380	80	4,75
2.	320	68	4,71
3.	260	55,5	4,68

9. WYZNACZENIE IMPEDANCJI DLA SKŁADOWEJ SYMETRYCZNEJ

ZGODNEJ I PRZECIWNEJ:

Pomiarów dokonaliśmy dla prędkości obrotowej n = 800 obr/min :

	U	IU	IV	IW	I	P	P	P
	[V]	[A]	[A]	[A]	[A]	[W]	[W]	[W]
składowa zgodna (n = 800)	160	5,6	5,7	5,5	5,6	860	180	1040
składowa przeciwna (n = -800)	160	9,5	9,6	9,6	9,6	-400	1100	700

1. składowa zgodna:

2. składowa przeciwna:

10. WYZNACZENIE PARAMETRÓW SCHEMATU ZASTĘPCZEGO

Schemat zastępczy :

Wyznaczenie elementów schematu zastępczego:

R_1st = 3,2 Ω; R_2st = 0,092 Ω; ϑ = 4,75;

R'_2st = ϑ² ⋅ R_2st = 0,092 ⋅ (4,75)² = 2,08 Ω;

Wykres wskazowy wykonuję dla znamionowego momentu obciążenia (s = 0,102).

Prąd fazowy oraz spadki napięć:

Siła elektromotoryczna:

Prąd magnesujący:

Prąd strat w żelazie:

Prąd wirnika oraz spadki napięć:

11. UWAGI I WNIOSKI

W ćwiczeniu wymagano wykonanie pomiarów dla prawie wszystkich możliwych stanów pracy maszyny indukcyjnej pierścieniowej. To pozwoliło na zaznajomienie się z podstawowymi właściwościami tego typu maszyn. Próba biegu jałowego pozwoliła na określenie strat występujących podczas pracy silnika. W trakcie próby zwarcia, podczas której wirnik maszyny był nieruchomy, mogliśmy wyznaczyć moment rozruchowy silnika. Moment ten decyduje o przydatności maszyny. Sprawność silnika dla różnych stanów obciążenia została zbadana na podstawie próby obciążenia i wyników uzyskanych przy próbie biegu jałowego. Sprawozdanie zawiera wiele charakterystyk sporządzonych na podstawie wyników pomiarów i obliczeń we wszystkich próbach pracy silnika. Charakterystyki te nie odbiegają od przebiegów zamieszczonych w literaturze, co świadczy o poprawności wykonania ćwiczenia.

Na podstawie wyników ze wszystkich prób pracy maszyny zostały wyznaczone elementy schematu zastępczego i na ich podstawie wykreślony wykres wskazowy dla znamionowego obciążenia silnika.

19

---