NAMAR  LABORATORIUM
Badanie trójfazowego silnika elektrycznego zasilanego przez
falownik
Laboratorium HALA 010NT
Opracował: J.Goliński
Warszawa 2007 (y014.v1)
1.Wstęp
Ciągły wzrost wymagań dotyczących sterowania napędem maszyn i rozwój
energoelektroniki spowodował, że coraz powszechniej w napędach, które wykorzystują silniki
elektryczne są stosowane falowniki. Falowniki najczęściej służą do uzyskania wymaganej
prędkości obrotowej silnika elektrycznego, bezstopniowej (płynnej) zmiany tej prędkości i
uzyskania żądanego czasu rozruchu lub hamowania silnika.
Celem ćwiczenia jest:
poznanie możliwości zmiany czasu rozruchu i hamowania silnika elektrycznego
poznanie możliwości zmiany prędkości obrotowej silnika elektrycznego
poznanie konsekwencji wprowadzonych zmian.
2.Pojęcia i wiadomości podstawowe
2.1 Wartość skuteczną prądu przemiennego można policzyć za pomocą wzoru:
T
1
2
I i (t )dt (1)
T
0
gdzie:
i  wartości chwilowe prądu [A]
T  okres [s]
2.2 Moc mechaniczna (moc na wale silnika) jest obliczana za pomocÄ… wzoru:
2
Ps M ( ) d (2)
s
1
gdzie:
Ms  wartości chwilowe momentu [Nm]
É  prÄ™dkość kÄ…towa silnika [rad/s]
2.3 Prędkość synchroniczna. Jeżeli trójfazowe uzwojenie stojana silnika zostanie zasilone
napięciem trójfazowym o częstotliwości f1, to powstaje w nim wirujące pole magnetyczne
kołowe, które wiruje w przestrzeni z prędkością obrotową n1
60 f1
n1 (3)
p
lub z prędkością kątową
1
f1
2 (3.1)
1
p
gdzie:
p- liczba par biegunów
f1  częstotliwość napięcia sieci zasilającej w [Hz]
n1  prędkość obrotowa wirowania pola stojana w [obr/min]
 prędkość kątowa wirowania pola stojana w [rad/s]
1
2.4 Poślizg - różnica między prędkością synchroniczną n1, a prędkością wirnika n, odniesiona
do prędkości synchronicznej n1, nazywa się poślizgiem i jest oznaczana literą s.
2
n1 n
s (4)
n1
2.5 Charakterystyka mechaniczna. CharakterystykÄ… mechanicznÄ… silnika indukcyjnego jest to
zależność prędkości obrotowej silnika n od momentu obrotowego M czyli M=f(n). Bardzo
często charakterystykę mechaniczną przedstawia się jako zależność momentu obrotowego M
od poślizgu s czyli M=f(s). Charakterystykę tę można wyznaczyć korzystając z przybliżonego
wzoru Klosa
2 M
max
M (5)
s s
k
s s
k
gdzie: M- moment obrotowy silnika [Nm]
Mmax  moment obrotowy maksymalny [Nm]
s  poślizg przy danym obciążeniu
sk  poślizg krytyczny (utyku) przy maksymalnym momencie obrotowym
Rys.1 Charakterystyka mechaniczna silnika.
Rys.2 Wykres momentu nominalnego w funkcji prędkości obrotowej silnika zasilanego przez
falownik.
3
3.Układ pomiarowy
Rys.3 Schemat układu pomiarowego wykorzystanego w ćwiczeniu: 1-momentomierz, 2-enkoder, 3-
hallotronowy przekładnik prądowy, 4-falownik, 5-urządzenie pomiarowe Spider 8, 6-komputer z
oprogramowaniem pomiarowym.
Wszystkie zarejestrowane wielkości zostaną zapamiętane jako wartości napięcia lub
częstotliwości, dlatego też należy przeliczyć je na właściwe jednostki. Do tego przeliczenia
służą następujące wzory:
Obroty silnika [obr/s]=0,4x [kHz]
Moment [Nm]= 144,1875x [mV]+0,12665
PrÄ…d [A]= 8,9x[V]
Wszystkie obliczenia należy wykonać za pomocą arkusza kalkulacyjnego.
4.Przebieg ćwiczenia
Należy odczytać dane z tabliczki znamionowej silnika.
Należy wybrać częstotliwość zasilania silnika f (f z zakresu 10-75Hz).
Dla wybranej częstotliwości należy zaproponować czas rozruchu i hamowania z
zakresu 1 do 9s. (różnica pomiędzy nastawami dla poszczególnych studentów
powinna wynosi co najmniej 20%)
Dla każdego z wymienionych przypadków (rozruch i hamowanie) należy
przeprowadzi pomiar i zarejestrować dane.
5.Opracowanie wyników
5.1 Obliczenia teoretyczne
Na podstawie danych z tabliczki znamionowej oraz wzoru (3) należy policzyć prędkość
silnika dla wybranej częstotliwości.
Na podstawie danych z tabliczki znamionowej oraz wzoru (2) należy policzyć moc silnika dla
wybranej częstotliwości.
4
5.2 Opracowanie danych pomiarowych
Dane pomiarowe po przeliczeniu za pomocą odpowiednich wzorów powinny zostać
przedstawione graficznie na wykresach. Wykresy powinny przedstawiać:
- rozpędzanie silnika (prędkość i moment obrotowy) w funkcji czasu
- hamowanie silnika (prędkość i moment obrotowy) w funkcji czasu
- moc mechaniczną podczas hamowania i rozpędzania (wzór 2)
- prąd skuteczny podczas hamowania i rozpędzania (wzór 1)
Wszystkie wykresy powinny być jasno i czytelnie opisane (jednostki) oraz wykonane w takiej
podziałce, która umożliwi ich analizę i porównanie.
Konieczne jest stosowanie podziałki równomiernej (taki sam przyrost czasu).
5.3 Obliczenia prÄ…du skutecznego !!!
W czasie ćwiczenia jest rejestrowana wartość chwilowa prądu zasilającego silnik. Wartość
skuteczną prądu należy obliczyć przy pomocy wzoru (1) ustęp 2.1. Należy zwrócić uwagę, że
w przypadku obliczeń wykonywanych na wartościach dyskretnych (zmierzone wartości):
dt  jest czasem próbkowania
T  jest to czas okresu prÄ…du zasilajÄ…cego silnik (patrz rys.3, gdzie jest wykonywany pomiar?)
Wartość skuteczna prądu jest to pierwiastek ze średniej iloczynów kwadratu prądu
chwilowego oraz czasu próbkowania tego prądu. Ilość iloczynów jest równa ilości próbek,
które przypadają na jeden okres prądu.
Całka oznaczona jest równoznaczna z sumą.
6.Wnioski
Wnioski powinny zawierać opis i analizę uzyskanych wyników oraz porównanie wielkości
obliczonych teoretycznie z wielkościami uzyskanymi z przeprowadzonych pomiarów. Ile par
biegunów ma badany silnik? Ile wynosi prąd rozruchowy? Jaki jest współczynnik (stosunek
momentu rozruchowego Mr do momentu znamionowego Mn) dla zbadanego rozruchu silnika?
7.Literatura
[1] Bolkowski S.  Podstawy elektrotechniki WNT 1985
[2] Gogolewski Z. ,Kuczewski Z.  Napęd elektryczny WNT 1972
[3] Kwiatkowski W.  Miernictwo elektryczne. Analogowa technika pomiarowa OWPW
1997
5