Folta Jakub Gr. Ćw 1

Silnik indukcyjny klatkowy

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z rozruchem, pracą jak i parametrami silników indukcyjnych. Należy wykonać pomiary prądów, napięć i mocy w stanie jałowym (nieobciążonym) jak i w stanie obciążenia. Na podstawie pomiarów wykonać odpowiednie charakterystyki. Podczas pomiarów należy zmieniać obciążenie silnika poprzez zanurzanie rezystora wodnego w wodzie.

DANE ZNAMIONOWE

Silnik indukcyjny

P_n=5,5 kW U_N=380/220V

I_N=11,2 A n_N=1440 obr/min

Cosφ_N= 0,86 R_1f= 0,85 Ω

Prądnica prądu stałego

P_N=4kW U_N=230V I_N=19A

N_N=1725 obr/min

OPIS ROZRUCHU

Włączenie silnika do sieci o pełnym napięciu wiąże się z wystąpieniem dużych (4- 7 I_N) prądów rozruchowych. Jest to niebezpieczne zarówno dla silnika (skutki termiczne, elektrodynamiczne), jak i dla zasilającej sieci (duży spadek napięcia w sieci). Stosuje się:

- rozruch bezpośredni

- rozruch napięciowy

- rozruch rezystancyjny (tylko w silnikach pierścieniowych)

Rozruch bezpośredni, polegający na bezpośrednim włączeniu silnika do sieci o pełnym napięciu, można zastosować tylko w przypadku sieci dopuszczającej tak duży chwilowy pobór prądu (sieć o dużej mocy zwarcia) i przy napędach o krótkim czasie rozruchu.

Rozruch napięciowy polega na zmniejszeniu prądów rozruchowych poprzez obniżenie napięcia zasilającego. W pierwszej chwili rozruchu zasila się silnik napięciem obniżonym, które w miarę wzrostu prędkości silnika podnosi się do wartości znamionowej. Napięcie zasilania można zmieniać płynnie, stosując zasilanie z regulatora, lub skokowo, stosując przełącznik gwiazda- trójkąt. W przypadku przełącznika gwiazda- trójkąt uzwojenia stojana silnika pracujące normalnie przy połączeniu w trójkąt jest w trakcie rozruchu przełączone w gwiazdę. Dzięki temu przełączeniu następuje w czasie rozruchu obniżenie o
razy napięcia przypadającego na fazę uzwojenia.

BIEG JAŁOWY SILNIKA

STANOWISKO POMIAROWE

Stanowisko pomiarowe składa się z silnika klatkowego połączonego z prądnicą prądu stałego oraz przyrządami pomiarowymi zmontowanego jak poniżej

PRZEBIEG ĆWICZENIA:

Po dokonaniu rozruchu (w naszym przypadku był to rozruch napięciowy) należy wykonać pomiary nie obciążonego silnika, mierząc prąd stojana I_o, moc pobieraną P_o oraz obroty wirnika n w funkcji napięcia zasilania. Wyniki pomiarów ująć w tabeli.

L.p.	UZ	I1	I2	I3	P1	P2	P3	n
1	420	5,7	60	5,6	3	10	8	1500
2	400	5	52	4,9	2	8	7	1500
3	380	4,5	47	4,4	2	8	6	1500
4	360	4	43	4	1,5	7	6	1500
5	340	3,8	39	3,6	2	6	5	1500
6	320	3,6	35	3,3	2	6	4	1500
7	300	3	32	3	2	5	4	1500
8	280	2,7	29,5	2,7	2	4	4	1500
Stałe mierników	1	1	0,1	1	20	20	20	--------

Po uwzględnieniu stałych mierników wyniki przedstawiają się następująco:

L.p.	UZ	I1	I2	I3	P1	P2	P3	n	I0	P0
	V	A	A	A	W	W	W	Obr/min	A	W
1	420	5,7	6,0	5,6	60	200	160	1500	5,766	420
2	400	5	5,2	4,9	40	160	140	1500	5,033	340
3	380	4,5	4,7	4,4	40	160	120	1500	4,533	320
4	360	4	4,3	4	30	140	120	1500	4,1	290
5	340	3,8	3,9	3,6	40	120	100	1500	3,766	260
6	320	3,6	3,5	3,3	40	120	80	1500	3,466	240
7	300	3	3,2	3	40	100	80	1500	3,066	220
8	280	2,7	2,95	2,7	40	80	80	1500	2,783	200

L.p.	UZ	ΔPCu10	P0-ΔPCu10
	V	A^2·Ω	W
1	420	84,77	335,22
2	400	64,59	275,40
3	380	52,39	267,60
4	360	42,86	247,13
5	340	36,16	223,83
6	320	30,63	209,36
7	300	23,97	196,02
8	280	19,74	180,25

STAN OBCIĄŻENIA

PRZEBIEG ĆWICZENIA:

Po dokonaniu rozruchu (w naszym przypadku był to rozruch napięciowy) należy wykonać pomiary obciążonego silnika. Należy zatem mierzyć moc czynną pobieraną przez silnik P₁, prąd silnika I₁ oraz obroty n. Wyniki pomiarów ująć w tabeli.

WYNIKI POMIARU

L.p.	UZ	I1	I2	I3	P1	P2	P3	Uobc	Iobc	IW	Prędkość
1	380	8,5	90	8,7	73	80	77	45	7,4	0,24	1478
2	380	8,0	86	8,3	63	75	74	48	6,7	0,24	1474
3	380	7,5	80	7,7	55	68	67	50	6,1	0,24	1473
4	380	7,0	75	7,3	50	62	60	50	5,5	0,24	1476
5	380	6,0	64	6,1	36	46	45	52	4,1	0,24	1482
6	380	4,8	51	4,9	17	25	24	54	1,9	0,24	1492
7	380	4,5	48	4,5	5	11	10	55	0,4	0,24	1498
Stałe mierników	1	1	0,1	1	20	20	20	4	0,2	1	--------

Po uwzględnieniu stałych mierników wyniki przedstawiają się następująco:

L.p.	UZ	I1	I2	I3	P1	P2	P3	Uobc	Iobc	IW	Prędkość	I0	P0
	V	A	A	A	W	W	W	V	A	A	Obr/min	A	W
1	380	8,5	9,0	8,7	1460	1600	1540	180	1,48	0,24	1478	8,73	4600
2	380	8,0	8,6	8,3	1260	1500	1480	192	1,34	0,24	1474	8,3	4240
3	380	7,5	8,0	7,7	1100	1360	1340	200	1,22	0,24	1473	7,73	3800
4	380	7,0	7,5	7,3	1000	1240	1200	200	1,10	0,24	1476	7,26	3440
5	380	6,0	6,4	6,1	720	920	900	208	0,82	0,24	1482	6,16	2540
6	380	4,8	5,1	4,9	340	500	480	208	0,38	0,24	1492	4,93	1320
7	380	4,5	4,8	4,5	100	220	200	220	0,08	0,24	1498	4,6	520

L.p.	ΔPCu1	ΔPFe	ΔPm	Pe	s	ΔPCu2	ΔP	P2	ŋ	M
		W	W	W	W	-----	W	W	W	----	Nm
1	194,34	275,40	75	4130,26	0,014	57,82	602,56	3997,44	0,87	43879,94
2	175,66	267,60	75	3796,74	0,017	64,54	582,8	3657,20	0,86	40611,93
3	152,36	247,13	75	3400,51	0,018	61,21	535,7	3264,30	0,86	36248,91
4	134,40	223,83	75	3081,77	0,016	49,31	482,54	2957,46	0,86	32841,56
5	96,76	209,36	75	2233,88	0,012	26,81	407,93	2132,07	0,84	24239,61
6	61,97	196,02	75	1062,01	0,005	5,31	338,3	981,70	0,74	12669,24
7	53,95	180,25	75	285,8	0,001	0,29	309,49	210,51	0,40	5025,92

; n₁=1500

Wnioski:

Próba biegu jałowego.

Próbę biegu jałowego dokonywaliśmy przy pozornie nie obciążonym silniku (dołączona hamownica oraz urządzenie do pomiaru momentu obrotowego). Za stan jałowy uważaliśmy taki dla którego (przy zmniejszaniu napięcia zasilającego od 420V) obroty silnika nie spadły znacząco.

Podczas idealnego biegu jałowego obroty powinny być stałe natomiast w rzeczywistości na skutek znaczących wartości oporów (strat) mechanicznych, szczególnie przy małych napięciach zasilania, prędkość silnika spada. Silniki indukcyjne klatkowe są bardzo wrażliwe na spadek napięć zasilających -gwałtownie spada. W ćwiczeniu wyznaczyliśmy charakterystyki mechaniczne silnika dla połączenia uzwojeń w trójkąt. Próba biegu jałowego pozwala określić straty jałowe i rozdzielić je na straty mechaniczne oraz straty w rdzeniu. Z wykresu widzimy, że moc pobierana przez silnik oraz straty biegu jałowego rosną wraz ze wzrostem napięcia zasilającego, a maleje współczynnik mocy. Pomiar przeprowadza się po dokonaniu rozruchu, zmieniając napięcie od wartości 1,2 U_N w dół.

Dla niższych napięć straty mechaniczne zaczynają bardziej znacząco wpływać na pracę silnika. Moc P_o (pobierana przez silnik ), jak należałoby przypuszczać jest proporcjonalna do U_o².

Z interpolowanej charakterystyki P_o= f(U_o²) odczytałem straty w żelazie P_Fe=267,60W i straty mechaniczne P_m=75W.

Prośba obciążenia.

Próby obciążenia dokonywaliśmy dla znamionowego napięcia (380V). Jako obciążenia używaliśmy hamownicę indukcyjną (zasilaną prądem stałym).

Sprawność tego typu silnika jak należało się spodziewać nie jest zadowalająca ,jest rzędu 70%- 85%. Charakterystyki wyszły niestety bardzo zniekształcony i znacznie odbiegają od idealnych. Spowodowane jest to tym iż pomiary były przeprowadzane przy małych wychyleniach mierników, gdzie błąd jest największy.

Silnik bocznikowy prądu stałego

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z rozruchem, pracą jak i parametrami silników prądu stałego. Należy wykonać pomiary prądów, napięć i mocy oraz wykonać charakterystyki mechaniczne (naturalna i sztuczna) oraz regulacyjne. Podczas pomiarów należy zmieniać obciążenie silnika poprzez zanurzanie rezystora wodnego w wodzie.

DANE ZNAMIONOWE

Silnik prądu stałego PCMb54b

P_n=4,2 kW U_N=220V I_w=0,69A

I_N=21,2 A n_N=1550 obr/min

Prądnica prądu stałego PC0b54b

P_N=4kW U_N=230V I_N=17,4A

n_N=1455 obr/min U_w=220V I_w=0,85A

OPIS ROZRUCHU

Uzwojenie wirnika silnika prądu stałego ma rezystancje o niewielkiej wartości (około 1Ω). Jeżeli zasili się wirnik nieruchomego silnika pełnym napięciem (U_N=220, 230 V), to prąd płynący w uzwojeniu wirnika przewyższy kilka do kilkunastu razy prąd znamionowy. Aby ograniczyć wartość prądu silnika w chwili rozruchu, stosuje się tzw. Rozrusznik, czyli rezystancje R_r włączoną szeregowo do obwodu wirnika.

Wartość rezystancji rozrusznika określa się według następującej zależności:

gdzie: I_r- prąd silnika w chwili rozruchu,

R_t- rezystancja uzwojenia wirnika

R_r- rezystancja rozrusznika

Wartość prądu rozruchowego I_r przyjmuje się do obliczeń w zależności od warunków rozruchu. W przypadku rozruchu ciężkiego, który może trwać kilka lub nawet kilkanaście sekund, dopuszcza się małą krotność prądu rozruchowego, np. I_r=I_N. Gdy rozruch jest lekki albo odbywa się bez obciążenia, wówczas krotność prądu może być większa (np. od 1,5 do 2 I_N).

Przygotowując silnik do rozruchu, w obwód wzbudzenia wpina się dodatkową rezystancję R_d. Obwód wzbudzenia powinien być ponadto włączony bezpośrednio do źródła. Rozruch przeprowadza się następująco: po nastawieniu rozrusznika na wartość maksymalną włącza się źródło i ustawia znamionową wartość prądu wzbudzenia. Następnie włącza się do sieci obwód wirnika. Po każdorazowym ustaleniu się prędkości silnika przełącza się rozrusznik na kolejny stopień, aż do zupełnego zwarcia.

POMIAR CHARAKTERYSTYKI MECHANICZNEJ

STANOWISKO POMIAROWE

Stanowisko pomiarowe składa się z silnika prądu stałego połączonego z prądnicą obcowzbudną oraz przyrządami pomiarowymi zmontowanego jak poniżej

PRZEBIEG ĆWICZENIA:

Po dokonaniu rozruchu należy wykonać pomiary oraz wykonać na ich podstawie charakterystyk. Charakterystykę mechaniczną naturalną n=f(It) wyznacza się przy znamionowej wartości napięcia zasilania wirnika U=U_N, znamionowej wartości prądu wzbudzenia I_w=I_Wn oraz bez dodatkowej rezystancji w obwodzie wirnika (R_r=0), zmieniając obciążenie wału silnika od zera do wartości znamionowej. Wyniki pomiarów ująć w tabeli.

Wyniki pomiarów dla charakterystyki naturalnej:

l.p.	Uz	I1	Iw	Up	Iwp	Iobc	prędkość
1	220	5	65	56	52	0	1642
2	220	10	65	54	52	10	1620
3	220	12	65	54	52	15	1605
4	220	20	65	52	52	30	1577
5	220	25	65	50	52	40	1557
6	220	30	65	49	52	50	1543
7	220	35	65	48	52	60	1530
8	220	40	65	47	52	70	1518
9	220	43	65	46	52	75	1507
Stałe mierników	1	0,4	0,01	4	0,01	0,2	---------

Po uwzględnieniu stałych mierników wyniki przedstawiają się następująco:

L.p.	Uz	I1	IW	UP	IWP	Iobc	prędkość
	V	A	A	V	A	A	Obr/min
1	220	2	0,65	224	0,52	0	1642
2	220	4	0,65	216	0,52	2	1620
3	220	4,8	0,65	216	0,52	3	1605
4	220	8	0,65	208	0,52	6	1577
5	220	10	0,65	200	0,52	8	1557
6	220	12	0,65	196	0,52	10	1543
7	220	14	0,65	192	0,52	12	1530
8	220	16	0,65	188	0,52	14	1518
9	220	17,2	0,65	184	0,52	15	1507

Wyniki pomiarów dla charakterystyki sztucznej dla R_r=1/3R: R=7,7Ω

l.p.	Uz	I1	Iw	Up	Iwp	Iobc	prędkość
1	220	4	65	56	52	0	1536
2	220	10	65	53	52	10	1564
3	220	12	65	52	52	15	1532
4	220	20	65	47	52	30	1450
5	220	25	65	45	52	40	1396
6	220	30	65	43	52	50	1341
7	220	35	65	40	52	60	1293
8	220	40	65	38	52	70	1245
9	220	42	65	37	52	75	1217
Stałe mierników	1	0,4	0,01	4	0,01	0,2	---------

Po uwzględnieniu stałych mierników wyniki przedstawiają się następująco:

L.p.	Uz	I1	IW	UP	IWP	Iobc	prędkość
	V	A	A	V	A	A	Obr/min
1	220	1,6	0,65	224	0,52	0	1536
2	220	4	0,65	212	0,52	2	1564
3	220	4,8	0,65	208	0,52	3	1532
4	220	8	0,65	188	0,52	6	1450
5	220	10	0,65	180	0,52	8	1396
6	220	12	0,65	172	0,52	10	1341
7	220	14	0,65	160	0,52	12	1293
8	220	16	0,65	152	0,52	14	1245
9	220	16,8	0,65	148	0,52	15	1217

Wyniki pomiarów dla charakterystyki sztucznej dla R_r=2/3R: R=7,7Ω

l.p.	Uz	I1	Iw	Up	Iwp	Iobc	prędkość
1	220	4	65	54	52	0	1588
2	220	9	65	50	52	10	1486
3	220	12	65	48	52	15	1426
4	220	20	65	41	52	30	1276
5	220	25	65	38	52	40	1173
6	220	29	65	34	52	50	1072
7	220	34	65	30	52	60	972
8	220	38	65	26	52	70	876
9	220	40	65	24	52	75	829
Stałe mierników	1	0,4	0,01	4	0,01	0,2	---------

Po uwzględnieniu stałych mierników wyniki przedstawiają się następująco:

L.p.	Uz	I1	IW	UP	IWP	Iobc	prędkość
	V	A	A	V	A	A	Obr/min
1	220	1,6	0,65	216	0,52	0	1588
2	220	3,6	0,65	200	0,52	2	1486
3	220	4,8	0,65	192	0,52	3	1426
4	220	8	0,65	164	0,52	6	1276
5	220	10	0,65	152	0,52	8	1173
6	220	11,6	0,65	136	0,52	10	1072
7	220	13,6	0,65	120	0,52	12	972
8	220	15,2	0,65	104	0,52	14	876
9	220	16	0,65	96	0,52	15	829

Wyniki pomiarów dla charakterystyki sztucznej dla I_w<I_wN

l.p.	Uz	I1	Iw	Up	Iwp	Iobc	prędkość
1	220	5	4	64	52	0	1890
2	220	11	4	62	52	10	1852
3	220	14	4	61	52	15	1828
4	220	23	4	59	52	30	1790
5	220	29	4	58	52	40	1778
6	220	35	4	56	52	50	1766
7	220	41	4	55	52	60	1752
8	220	47	4	54	52	70	1739
9	220	52	4	53	52	75	1735
Stałe mierników	1	0,4	0,01	4	0,01	0,2	---------

Po uwzględnieniu stałych mierników wyniki przedstawiają się następująco:

L.p.	Uz	I1	IW	UP	IWP	Iobc	prędkość
	V	A	A	V	A	A	Obr/min
1	220	2	0,04	256	0,52	0	1890
2	220	4,4	0,04	248	0,52	2	1852
3	220	5,6	0,04	244	0,52	3	1828
4	220	9,2	0,04	236	0,52	6	1790
5	220	11,6	0,04	232	0,52	8	1778
6	220	14	0,04	224	0,52	10	1766
7	220	16,4	0,04	220	0,52	12	1752
8	220	18,8	0,04	216	0,52	14	1739
9	220	20,8	0,04	212	0,52	15	1735

CHARAKTERYSTYKA REGULACYJNA

PRZEBIEG ĆWICZENIA:

Charakterystykę regulacyjną wyznacza się, stosując taki układ jak do pomiaru charakterystyk elektromechanicznych. Obciążenie silnika zmienia się od zera do wartości znamionowym. Podczas zasilania silnika znamionowym U=U_N należy tak zmieniać prąd wzbudzenia I_w, aby przy zmianie obciążenia utrzymać stałe obroty n=const. Wyniki pomiarów ująć w tabeli a następnie przedstawić na wykresie.

Wyniki pomiarów dla charakterystyki regulacyjnej

l.p.	Uz	I1	Iw	Up	Iwp	Iobc	prędkość
1	220	10	59	57	51	10	1700
2	220	16	56,5	57	51	20	1700
3	220	24	53	55	51	36	1700
4	220	34	50	54	51	51	1700
5	220	40	49	53	51	61	1700
Stałe mierników	1	0,4	0,01	4	0,01	0,2	---------

Po uwzględnieniu stałych mierników wyniki przedstawiają się następująco:

L.p.	Uz	I1	IW	UP	IWP	Iobc	prędkość
	V	A	A	V	A	A	Obr/min
1	220	4	0,59	228	0,51	2	1700
2	220	6,4	0,56	228	0,51	4	1700
3	220	9,6	0,53	220	0,51	7,2	1700
4	220	13,6	0,5	216	0,51	10,2	1700
5	220	16	0,49	212	0,51	12,2	1700

Wnioski:

Analizując analityczną postać charakterystyki elektromechanicznej silnika określić można jak wpływa napięcie zasilające U, rezystancja obwodu twornika R oraz indukcja B na liczbę obrotów silnika na minutę. Regulacja obrotów może odbywać się za pomocą zmiany napięcia zasilającego. Gdy napięcie się zmniejsza maleją również obroty. Ilość obrotów można zmienić poprzez zmianę prądu twornika ale w tym przypadku zmniejszenie wartości prądu spowoduje zwiększenie się ilości obrotów. Na zmianę obrotów silnika ma wpływ również obciążenie silnika, wraz z jego wzrostem obroty rosną. Obroty silnika zależą liniowo od obciążenia. Charakterystyki elektromagnetyczne są nieco zniekształcone, ponieważ powinny zaczynać się z tego samego punktu oraz charakterystyka sztuczna dla 1/3R leży za blisko charakterystyki naturalnej. Może to być spowodowanie niedokładnymi odczytami z mierników jak i błędnymi wskazaniami licznika obrotów, który często zacinał się lub znacząco wahał mimo iż obroty silnika były stałe. Silnik bocznikowy ma sztywną (twardą) charakterystykę prędkości obrotowej. Liczba obrotów zmienia się nieznacznie przy zmianie kierunku wirowania silnika. Kierunek obrotów silnika komutatorowego w układzie bocznikowym można zmienić poprzez zmianę kierunku prądu magnesującego lub zmianę biegunowości na wirniku.

1

---