POLITECHNIKA POZNAŃSKA INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI PRZEMYSŁOWEJ Zakład Maszyn Elektrycznych
Laboratorium z Maszyn Elektrycznych Ćwiczenie nr 9 Temat: Badanie 3 - fazowego silnika indukcyjnego pierścieniowego
Rok akademicki: 2005 / 2006 Wydział Elektryczny Studia dzienne magisterskie Elektrotechnika 3 rok Specjalność: UEiIPP	Wykonawcy:   Rewers Krzysztof Biedny Michał Buszewski Marcin Młynarek Paweł 5. Wróbel Daniel	Data
				Wykonania ćwiczenia	Oddania sprawozdania
				26.04.06	24.05.06
				Ocena:
Uwagi:

1. Schemat układu pomiarowego

Dane znamionowe maszyny:

Pn = 3,3 kW	cos ϕ0 = 0,654
In = 9,5 A	układ połączeń : stojan D, wirnik Y
Un = 380 V	nn = 940 obr/min

1. Wyznaczenie parametrów schematu zastępczego

W celu wyznaczenia parametrów schematu zastępczego przeprowadziliśmy szereg prób maszyny:

- Próbę idealnego biegu jałowego

- Próbę zwarcia pomiarowego

- Pomiar rezystancji uzwojeń napięciem stałym

- Wyznaczenie przekładni

1. Próba idealnego biegu jałowego

W warunkach laboratoryjnych wykonuje się próbę idealnego biegu jałowego. Próba ta różni się od rzeczywistego biegu jałowego tym, że straty mechaniczne silnika pokrywane są z odrębnego źródła napędowego, którym w trakcie ćwiczenia jest hamownia. Silnik pomocniczy rozpędza badaną maszynę do prędkości synchronicznej (w naszym przypadku 1000 obr/min) Próbę wykonuje się zmniejszając napięcie zasilania od napięcia równego napięciu znamionowemu.

Tabela pomiarów

Lp	U	I10	P1	P2	P	cos 	 PCu0	 PFe+m		fe
		[V]	[A]	[W]	[W]	[W]	[-]	[W]	[W]	[A]	[A]
1	380	6,2	1280	-1000	280	0,0686	130,70	149,30	3,57	0,25
2	360	5,6	1080	-840	240	0,0687	106,62	133,38	3,23	0,22
3	340	4,8	860	-700	160	0,0566	78,34	81,66	2,77	0,16
4	320	4,2	700	-560	140	0,0601	59,98	80,02	2,42	0,15
5	300	3,6	600	-480	120	0,0642	44,06	75,94	2,07	0,13
6	280	3,4	500	-400	100	0,0606	39,30	60,70	1,96	0,12
7	260	3	400	-320	80	0,0592	30,60	49,40	1,73	0,10
8	240	2,6	340	-280	60	0,0555	22,98	37,02	1,50	0,08
9	220	2,4	280	-220	60	0,0656	19,58	40,42	1,38	0,09
10	200	2,2	220	-180	40	0,0525	16,46	23,54	1,27	0,07
11	180	2	180	-140	40	0,0642	13,60	26,40	1,15	0,07
12	160	1,6	140	-120	20	0,0451	8,70	11,30	0,92	0,04
13	140	1,4	120	-80	40	0,1178	6,66	33,34	0,80	0,10
14	120	1,2	100	-60	40	0,1604	4,90	35,10	0,68	0,11

Przykładowe obliczenia (dla punktu 7)

Na podstawie wyników wykreślone zostały zależności:

1. I₁₀, I_μ, I_Fe = f(U)

2) P = f(U)

3) cos ϕ₀ = f(U)

2. 
   Próba zwarcia pomiarowego

Próbę wykonuje się w wyznaczenia parametrów podłużnych schematu zastępczego. Próba przebiega przy zahamowanym silniku. Próbę wykonuje się przy znamionowej częstotliwości napięcia zasilającego.

Tabela pomiarów

Lp	U	I	P1	P2	P	T	cos z	Zz	Rz	Xz
		[V]	[A]	[W]	[W]	[W]	[Nm]	[-]	[]	[]	[]
1	160	9,4	1040	-140	900	5,69	0,35	17,02	5,88	15,97
2	140	8	800	-100	700	4,41	0,36	17,50	6,31	16,32
3	125	7	620	-80	540	3,53	0,36	17,86	6,36	16,69
4	105	6	480	-60	420	2,75	0,38	17,50	6,74	16,15
5	75	4	220	-40	180	1,28	0,35	18,75	6,50	17,59
6	50	3	140	-20	120	0,98	0,46	16,67	7,70	14,78

Przykładowe obliczenia (dla punktu 3)

Wartości przeliczone dla U_N (U_Z = 160 V)

Na podstawie wyników wykreślone zostały zależności:

1. I_z = f(U)

2. 
   
   P_1z = f(U)

3. 
   cos ϕ_z = f(U)

3. Pomiar rezystancji uzwojeń prądem stałym

Stojan:

U1 - U2	3,5 Ω
V1 - V2	3,5 Ω
W1 - W2	3,5 Ω

Wirnik:

R_w = 0,092 Ω

4. Wyznaczenie przekładni

Przekładnię międzyuzwojeniową silnika wyznacza się na podstawie pomiarów napięć zasilania stojana U_s oraz indukowanego w uzwojeniach wirnika U_w przy nieruchomym wirniku. Próba powinna być wykonana przy napięciu, dla którego nie występuje nasycenie obwodu magnetycznego silnika, co występuje przy napięciu obniżonym w porównaniu ze znamionowym.

Us	Uw	υ
[V]	[V]	[V/V]
200	44	4,55

5. Wyznaczenie elementów schematu zastępczego

Dane:

Rs =	3,5	Ω	ϕ0 =	86,07	[^0]
Rw =	0,092	Ω	Iμ =	3,57	A
Rz =	5,88	Ω	IFe =	0,25	A
Xz =	15,97	Ω	υ =	4,55	[V/V]

2. Wyznaczenie charakterystyk momentu elektromagnetycznego dla różnych stanów pracy maszyny

1. Charakterystyka mechaniczna

Próba polega na wyznaczeniu charakterystyk określających właściwości silnika w stanie obciążenia podczas pracy w warunkach znamionowego zasilania. Uzwojenie wirnika w trakcie próby jest zwarte. Silnik bada się obciążając go przy pomocy hamowni. Pomiary wykonuje się zmieniając wartość momentu hamującego.

Tabela pomiarów

Lp	n	n	I	P1	P2	Pel	T	cos 	Pm	
		[obr/min]	[rad/s]	[A]	[W]	[W]	[W]	[Nm]	[-]	[W]	[%]
1	1000	104,71	6,2	1300	-1000	300	0,39	0,07	41,09	13,70
2	984	103,04	6,2	1440	-860	580	1,67	0,14	171,85	29,63
3	972	101,78	6,4	1640	-640	1000	5,40	0,24	549,20	54,92
4	963	100,84	6,6	1800	-500	1300	8,34	0,30	840,90	64,68
5	950	99,48	6,8	2000	-320	1680	11,77	0,38	1171,12	69,71
6	945	98,96	7	2200	-120	2080	15,50	0,45	1533,86	73,74

Przykładowe obliczenia (dla punktu 3)

Na podstawie wyników wykreślone zostały zależności:

1. n = f(T)

2. 
   P_el,P_m = f(T)

3. 
   η = f(T)

4. 
   I = f(T)

5. cos ϕ = f(T)

2. Wyznaczanie charakterystyk T=f(n) przy obniżonym napięciu i różnych wartościach rezystancji w obwodzie wirnika.

Zmieniając wartość wytwarzanego momentu przez hamownię, wymusza się pracę maszyny badanej. Wymusza się w ten sposób trzy podstawowe stany pracy maszyny: pracę hamulcową (przeciw włączenie), pracę silnikową oraz pracę generatorową (hamowanie z odzyskiem energii). Dla powyższych stanów pracy należy obserwować wskazania watomierzy i uświadamiać sobie kierunek przepływu energii mechanicznej. Zwrócić uwagę na sposób bilansowania się energii w trakcie różnych stanów pracy.

Tabela pomiarów

1. bez rezystancji dodatkowej w obwodzie wirnika

Lp	n	I	P1	P2	P	TH	Tem
		[obr/min]	[A]	[W]	[W]	[W]	[Nm]	[Nm]
1	1506	8,6	220	-1040	-820	11,97	-12,26
2	1399	8	100	-1020	-920	12,56	-12,85
3	1300	7	-20	-980	-1000	12,46	-12,75
4	1201	5,4	-140	-800	-940	10,79	-11,09
5	1100	3	-80	-460	-540	6,28	-6,57
6	1009	1,6	140	-120	20	0,49	-0,79
7	905	3	460	140	600	4,22	4,51
8	790	5	760	200	960	6,87	7,16
9	702	6,2	900	180	1080	7,46	7,75
10	593	7,2	1000	100	1100	7,36	7,65
11	490	8,2	1040	40	1080	6,87	7,16
12	393	8,4	1080	-20	1060	6,28	6,57
13	290	8,6	1080	-80	1000	5,69	5,98
14	210	8,8	1080	-120	960	5,40	5,69
15	88	8,6	1080	-160	920	5,20	5,49
16	0	9	1120	-220	900	5,40	5,69
17	-100	9	1080	-220	860	5,79	6,08
18	-195	9	1080	-240	840	5,79	6,08
19	-300	9	1060	-260	800	5,79	6,08
20	-400	9	1060	-280	780	5,49	5,79
21	-500	9	1020	-320	700	5,89	6,18

2. z włączoną w obwód wirnika rezystancją dodatkową R_d = 0,3 Ω

Lp	n	I	P1	P2	P	TH	Tem
		[obr/min]	[A]	[W]	[W]	[W]	[Nm]	[Nm]
1	1507	5	-120	-740	-860	9,91	-10,20
2	1410	4,2	-120	-640	-760	8,83	-9,12
3	1300	3,4	-100	-500	-600	6,67	-6,97
4	1213	2,6	-60	-380	-440	4,91	-5,20
5	1103	2	60	-220	-160	2,35	-2,65
6	1000	1,6	140	-120	20	0,20	-0,49
7	908	1,8	240	-20	220	0,98	1,28
8	794	2,6	380	80	460	3,04	3,34
9	697	3,2	500	140	640	4,71	5,00
10	580	4	620	180	800	5,89	6,18
11	494	4,6	700	200	900	6,67	6,97
12	374	5,2	780	200	980	7,26	7,55
13	288	5,6	840	180	1020	7,46	7,75
14	209	5,8	880	180	1060	7,65	7,95
15	93	6	920	140	1060	7,85	8,14
16	-7	6,6	940	120	1060	7,85	8,14
17	-105	6,8	960	100	1060	8,83	9,12
18	-200	7	1000	80	1080	8,83	9,12
19	-297	7,2	1000	40	1040	8,83	9,12
20	-400	7,4	1020	20	1040	8,83	9,12
21	-473	7,4	1020	20	1040	8,83	9,12

Przykładowe obliczenia (dla punktu 10)

Na podstawie wyników wykreślone zostały zależności:

1) T_em = f(n)

2) P = f(n)

3) I = f(n)

III. Wykreślenie w skali na podstawie obliczeń wykorzystujących schemat zastępczy silnika wykresu fazorowego dla podanych przez prowadzącego wartości mocy na wale oraz poślizgu i wyznaczenie
przy jego pomocy wartości napięcia zasilania silnika

IV. Wnioski

Zbadanie głównych stanów pracy maszyny indukcyjnej pierścieniowej pozwoliło doświadczalnie wyznaczyć schemat zastępczy maszyny oraz parametry (np. Moment rozruchowy) nie podawane wprost na tabliczce znamionowej.

Dzięki dodatkowemu silnikowi zamontowanemu na hamowni mogliśmy zadawać stan pracy badanej maszyny, co z kolei umożliwiło obserwację kierunku przepływu energii w układzie badana maszyna - sieć (np. dla hamowania z odzyskiem energii).

W II części ćwiczenia (wyznaczenie charakterystyk momentu elektromagnetycznego) bezpośredni pomiar momentu nie pozwolił na ustalenie jego znaku, co udało się w oparciu o wskazania watomierzy.

Odczytane w oparciu o charakterystykę mechaniczną parametry badanej maszyny nieznacznie odbiegają od podanych przez producenta wartości znamionowych. Rozbieżności spowodowane są trudnościami w odczycie - wartości oscylowały wokół odczytanych.

Po włączeniu dodatkowej rezystancji w obwód wirnika widzimy wyraźną zmianę charakterystyki: przesunięcie momentu maksymalnego ku niższym obrotom oraz ograniczenie prądu.

Odczyt momentu pozwolił na wykreślenie charakterystyk mechanicznych dla poszczególnych stanów pracy. Wyznaczone charakterystyki nie odbiegają znacznie od przykładów zamieszczonych w literaturze, co świadczy o poprawności wykonania ćwiczenia. Ewentualne odchylenia mogą być spowodowane trudnościami odczycie małych wartości lub niestabilnością wartości w czasie.

- 1 -

Wykres fazorowy dla podanych danych.

Skala:

10 V : 1 cm

0,5 A : 1 cm

ϕ

U_Xr1

U_R1

I_1f

I_μ

I₁₀

I_Fe

E

U_X'_r2

U_R'2

I'_2f

U_1f

---