Politechnika Lubelska

Laboratorium Maszyn Elektrycznych

Ćwiczenie numer 4

Temat :

Badanie silnika indukcyjnego trójfazowego klatkowego.

Wykonali: Data wykonania:

Grzegorz Szczygielski 1999-10-13

Paweł Czuryło 1999-10-20

Tomasz Brzozowski

Tomasz Banach

gr Ed 5.1

VII.1

Badanie silnika indukcyjnego trójfazowego klatkowego

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyk określających własności eksploatacyjne silnika indukcyjnego oraz zapoznanie się z regulacją prędkości obrotowej przy wykorzystani przemiennika częstotliwości.

Program ćwiczenia:

- dane znamionowe badanego silnika i prądnicy hamowniczej,

- pomiar rezystancji uzwojeń badanego silnika,

- próba biegu jałowego,

- próba zwarcia,

- próba obciążenia,

- próba obciążenia przy zasilaniu z sieci,

- próba obciążenia przy zasilaniu z przemiennika częstotliwości,

Dane znamionowe badanego silnika i prądnicy hamowniczej:

Silnik:

U_N=220/380 V

I_N=4,9/2,8 A

cos ϕ =0,9

n_N=1415 obr^-1

P_N=1,1kW

Prądnica:

U_N=230 V

I_N=6,5 A

n_N=1450 obr^-1

P_N=1,5kW

I_W=0,42 A

Pomiar rezystancji uzwojeń badanego silnika

R_SUN=7,6Ω R_SVN=7,62Ω R_SWN=7,61Ω

R_SN=7,61Ω t=20°C

ϑ* dla Cu =235

dla Al=245

ϑ_Z=temperatura przy której była mierzona rezystancja R_z

R_z= rezystancja zmierzona w danej temperaturze

R_g= rezystancja odniesiona do danej temperatury

Próba biegu jałowego

Tabela

Lp.	UUV	UUW	UVW	U0	IU	IV	IW	I0	P1	P2	Pin0	cosϕ0	I0W	Iμ	PWS	P0	n0	s0
	V	V	V	V	A	A	A	A	W	W	W	-	A	A	W	W		-
1	418	420	417	418,3	2,5	2,65	2,5	2,55	700	-400	300	0,16	0,42	2,52	148,45	151,55	1497	0,002
2	372	375	370	372,3	1,8	1,9	1,85	1,85	440	-260	180	0,15	0,28	1,83	78,14	101,86	1497	0,002
3	380	382	381	381,0	1,95	2	1,9	1,95	480	-280	200	0,16	0,31	1,93	86,81	113,19	1497	0,002
4	315	312	313	313,3	1,25	1,32	1,25	1,27	260	-140	120	0,17	0,22	1,25	37,02	82,98	1496	0,003
5	270	271	270	270,3	1	1	0,98	0,99	180	-80	100	0,22	0,22	0,97	22,53	77,47	1495	0,003
6	175	172	174	173,7	0,6	0,65	0,6	0,62	80	-20	60	0,33	0,20	0,58	8,68	51,32	1485	0,010
7	124	124	124	124,0	0,45	0,45	0,5	0,47	50	-5	45	0,45	0,21	0,42	4,97	40,03	1477	0,015
8	100	100	101	100,3	0,45	0,5	0,5	0,48	40	20	60	0,72	0,35	0,34	5,33	54,67	1461	0,026
9	90	91	90	90,3	0,45	0,53	0,45	0,48	40	20	60	0,81	0,39	0,28	5,19	54,81	1454	0,031
10	60	61	60	60,3	0,72	0,7	0,7	0,71	40	20	60	0,82	0,58	0,41	11,40	48,60	1347	0,102
11	45	45	47	45,7	1,21	1,22	1,2	1,21	40	40	80	0,84	1,02	0,65	33,43	46,57	1100	0,267

Przykładowe obliczenia dla lp 1:

U_o =

I₀ =

P_ino = P₁ + P ₂ =700-400=300W

cosϕ_o=

sinϕ_o =

I_ow = I_o cosϕ_o =2,55*0,16=0,42A

I_μ = I_o sinϕ_o = 2,55*0,99=2,52

P_ws = 3R_s I_o²=3*7,61*2,55²=148,45W

P_o = P_in - P_ws=300-148,45=151,54W

Charakterystyki biegu jałowego:

Próba zwarcia:

Schemat elektryczny jak wyżej.

Tabela pomiarowa:

Lp.	U uv	U vw	U wu	Uk	Iu	Iv	Iw	Ik	P1	P2	Pk	cosϕk	F	Tl
	V	V	V	V	A	A	A	A	W	W	W	-	kg	Nm
1	90	90	90	90,0	3	3	3	3,0	260	100	360	0,78	0,35	0,81
2	85	84	85	84,7	2,75	2,7	2,75	2,7	220	80	300	0,75	0,3	0,70
3	80	81	80	80,3	2,5	2,5	2,5	2,5	180	60	240	0,69	0,25	0,58
4	74	75	74	74,3	2,25	2,25	2,25	2,3	160	55	215	0,75	0,2	0,46
5	65	65	66	65,3	2	2	2	2,0	120	40	160	0,71	0,15	0,35
6	55	55	55	55,0	1,75	1,75	1,75	1,8	80	40	120	0,72	0,15	0,35
7	46	46	46	46,0	1,5	1,5	1,5	1,5	60	20	80	0,67	0,1	0,23
8	30	30	30	30,0	1	1	1	1,0	30	10	40	0,78	0,05	0,12

Przykładowe obliczenia

U_k =

I_k =

P_k = P₁ + P ₂ =260+100=360W

cosϕ_o=

l=0,237m

T_l=9,81*F*l=9,81*0,35*0,237=0,81Nm

Ω

cosϕ_k=

R_k=Z_k* cosϕ_k=18,35*0,81=14,88Ω

X_k=Z_k*sinϕ_k=18,35*0,59=10,76Ω

Próba obciążenia

Próba obciążenia przy zasilaniu silnika z sieci

Tabela pomiarowa

Lp.	Iu	Iv	Iw	Is	P1	P2	Pin	cosϕ	Ua	Ia	Ui	Pi	P0h	P	η	n	s	Ts
	A	A	A	A	W	W	W	-	V	A	V	W	W	W	-	obr/m	-	Nm
1	3,4	3,4	3,4	3,4	1300	640	1940	0,868	222	5,5	252	1386	87,5	1473	0,760	1385	0,077	0,169
2	3,2	3,2	3,2	3,2	1220	600	1820	0,865	222	5,1	254	1295	89,5	1384	0,761	1396	0,069	0,158
3	3	3	3	3	1160	540	1700	0,862	225	4,68	255	1193	90	1283	0,755	1406	0,063	0,145
4	2,8	2,8	2,8	2,8	1080	460	1540	0,837	230	4,15	257	1066	91	1157	0,752	1418	0,055	0,130
5	2,5	2,5	2,5	2,5	960	340	1300	0,791	235	3,45	261	900,4	92,5	992,9	0,764	1433	0,045	0,110
6	2,3	2,3	2,3	2,3	860	240	1100	0,728	241	2,8	263	736,4	93,5	829,9	0,754	1446	0,036	0,091
7	2,1	2,1	2,1	2,1	760	220	980	0,710	246	2,1	265	556,5	95	651,5	0,665	1459	0,027	0,071
8	2	2	2	2	700	40	740	0,563	252	1,55	266	412,3	96	508,3	0,687	1468	0,021	0,055
9	1,9	1,9	1,9	1,9	520	-200	320	0,256	261	0	270	0	98	98	0,306	1491	0,006	0,010

Przykładowe obliczenia:

I_s =

P_k = P₁ + P ₂ =1300+640=1940W

cosϕ_o=

P_i=U_i*I_a=252*5,5=1386 W

P=P_i+P_0H=1386+87,5=1473,5W

T_s=

η=

Próba obciążenia przy zasilaniu silnika z transformatorowej przetwornicy częstotliwości

Schemat elektryczny jak wyżej

Tabela pomiarowa

Lp.	Uuv	Uvw	Uwv	Us	Iu	Iv	Iw	Is	P1	P2	P	cosϕ	Ua	Ia	Ui	Pi	P0H	P.		n	s	Ts
	V	V	V	V	A	A	A	A	W	W	W	-	V	A	V	W	W	W	-	obr/m	-	Nm
f=50Hz
1	380	380	380	380	3,5	3,5	3,5	3,5	660	1320	1980	0,87	222	5,4	252	1360,8	88	1448,8	0,73	1387	0,075	9,98
2	380	380	380	380	3,4	3,4	3,4	3,4	640	1300	1940	0,87	225	5,2	251	1305,2	87,5	1392,7	0,72	1384	0,077	9,61
3	380	380	380	380	3,25	3,25	3,25	3,25	580	1220	1800	0,85	228	4,95	253	1252,35	88,5	1340,85	0,74	1393	0,071	9,20
4	380	380	380	380	3	3	3	3	520	1160	1680	0,86	233	4,5	255	1147,5	89	1236,5	0,74	1401	0,066	8,43
5	380	380	380	380	2,8	2,8	2,8	2,8	440	1060	1500	0,82	236	4	256	1024	90	1114	0,74	1411	0,059	7,54
6	380	380	380	380	2,5	2,5	2,5	2,5	320	940	1260	0,77	243	3,25	260	845	92	937	0,74	1430	0,047	6,26
7	380	380	380	380	2,2	2,2	2,2	2,2	140	780	920	0,64	251	2,1	263	552,3	94	646,3	0,70	1448	0,035	4,26
8	380	380	380	380	2	2	2	2	-220	540	320	0,24	265	0,5	268	134	97	231	0,72	1481	0,013	1,49
f=40Hz
1	330	330	330	330	3,5	3,5	3,5	3,5	560	1160	1720	0,87	173	5,7	200	1140	62,5	1202,5	0,70	1099	0,084	10,45
2	330	330	330	330	3,3	3,3	3,3	3,3	500	1100	1600	0,85	176	5,25	203	1065,75	63	1128,75	0,71	1108	0,077	9,73
3	330	330	330	330	3	3	3	3	380	980	1360	0,80	185	4,3	207	890,1	64,8	954,9	0,70	1128	0,060	8,09
4	330	330	330	330	2,8	2,8	2,8	2,8	280	920	1200	0,76	190	3,6	209	752,4	66	818,4	0,68	1140	0,050	6,86
5	330	330	330	330	2,7	2,7	2,7	2,7	220	880	1100	0,72	192	3,15	211	664,65	67	731,65	0,67	1153	0,039	6,06
6	330	330	330	330	2,5	2,5	2,5	2,5	-80	700	620	0,44	205	1,2	215	258	69	327	0,53	1178	0,018	2,65
f=30Hz
1	240	240	240	240	3,5	3,5	3,5	3,5	480	840	1320	0,91	119	5,4	144	777,6	38,5	816,1	0,62	778	0,136	10,02
2	240	240	240	240	3,3	3,3	3,3	3,3	420	800	1220	0,90	122	5,1	145	739,5	39	778,5	0,64	789	0,123	9,43
3	240	240	240	240	3	3	3	3	360	740	1100	0,89	126	4,5	149	670,5	40,2	710,7	0,65	806	0,104	8,42
4	240	240	240	240	2,8	2,8	2,8	2,8	300	700	1000	0,87	131	4,1	151	619,1	41	660,1	0,66	815	0,094	7,74
5	240	240	240	240	2,7	2,7	2,7	2,7	260	660	920	0,83	135	3,7	153	566,1	41,7	607,8	0,66	825	0,083	7,04
6	240	240	240	240	2,6	2,6	2,6	2,6	220	640	860	0,80	137	3,3	154	508,2	42,2	550,4	0,64	833	0,074	6,31
7	240	240	240	240	2,5	2,5	2,5	2,5	140	600	740	0,72	140	2,7	156	421,2	43	464,2	0,63	844	0,062	5,25
8	240	240	240	240	2,4	2,4	2,4	2,4	100	560	660	0,67	144	2,4	157	376,8	43,5	420,3	0,64	851	0,054	4,72

Charakterystyki przy próbie obciążenia przy zasilaniu silnika z transformatorowej przetwornicy częstotliwościowej. I_s,cosϕ,s,η =f(P)

przy f=50Hz

przy f=40Hz

przy f=30Hz

Uwagi i wnioski:

Próba biegu jałowego:

Straty jałowe P_o - są sumą strat mechanicznych i strat w żelazie.

Straty mechaniczne P_m silnika uznaje się za stałe przy zmianach napięcia zasilającego. Straty w żelazie przy stałej częstotliwości zależą od kwadratu indukcji, a tym samym od kwadratu napięcia. W praktyce przyjmuje się, że straty w żelazie zależą od kwadratu napięcia.

Prąd biegu jałowego - jest sumą geometryczną składowej czynnej prądu I_ow i składowej I_u. Prąd magnesujący w funkcji napięcia I_u = f (U) jest typowym przebiegiem krzywej magnesowania. W początkowej części wykres ma przebieg zbliżony do prostoliniowego z powodu dominującego wpływu szczeliny powietrznej. W dalszej części wykresu uwydatnia się wpływ napięcia magnetycznego w rdzeniu i tym jest większy im większe jest nasycenie. Składowa czynna prądu I_ow przy małych napięciach ma minimum. Od tego punktu wraz ze zmniejszaniem napięcia zaczyna szybko wzrastać, a przy zwiększaniu napięcia rośnie prawie prostoliniowo Po geometrycznym zsumowaniu obu składowych otrzymujemy przebieg I_o = f (U_o)

Współczynnik mocy cosϕo - wyrazić możemy jako cosϕ=
Wraz z wzrostem napięcia prąd magnesujący I_μ szybko rośnie, a składowa prądu I_ow

rośnie wolno więc cosϕ_o wraz ze wzrostem napięcia ma przebieg szybko opadający.

Próba zwarcia:

Prąd zwarcia I_k - przy małych i dużych prądach zwarciach ma on przebieg prostoliniowy.

Współczynnik mocy cosϕ_k - w naszym przypadku okazał się stały

Moc zwarcia P_k - moc pobrana w stanie zwarcia pokrywa straty w uzwojeniach stojana i wirnika. Straty w rdzeniu są bardzo małe, a straty mechaniczne nie występują. Straty w uzwojeniach proporcjonalne są do kwadratu prądu, a więc i do kwadratu napięcia, stąd paraboliczny przebieg P_k = f (U_k)

Próba obciążenia:

Prąd stojana I_S- wraz ze wzrostem obciążenia rośnie

Sprawność η - rośnie przy wzroście mocy oddawanej, aż do osiągnięcia wartości

maksymalnej przy obciążeniu P ≈ 0,6÷ 0,8 P_N

Prędkość obrotowa n- można ją regulować kilkoma sposobami

a)zmianę liczby par biegunów; b)zmianę poślizgu;

c)zmianę częstotliwości napięcia zasilającego

W naszym ćwiczeniu zastosowano sposób c.

W tym przypadku należy zwrócić uwagę na zachowanie stałego strumienia co się realizuje utrzymując stały stosunek U_out do f.

1

11

W

V

U

L3

L2

L1

Schemat połączeń do próby biegu jałowego

Ocena:

U_n

U [V]

I₀ [A]

I_μ [A]

I_W0 [A]

I_W0

cosϕ₀

cosϕ₀

I_μ

I₀

U_n

s

U₀ [V]

s

P_in0 [W]

P_in0

P_m

P_Fe

U_n²

U₀² [V²]

P_Fe+P_m

[W]

P_m=36W

P_Fe=81W

P₀=117W przy U_n

cosϕ=0,15

P_ino=210W

s=0,002

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

0

38

76

114

152

190

228

266

304

342

380

418

456

0

50

100

150

200

250

300

350

U_k [V]

P_k [W]

I_k [A]

cosϕ_k

T_l [Nm]

P_k

I_k

cosϕ_k

T_l

U_kn=89 V

P [W]

I_s

I_s [A]

cosϕ

s

η

η

s

cosϕ

Charakterystyki przy próbie obciążenia przy zasilaniu silnika z sieci

I_s,cosϕ,s,η =f(P)

s

P [W]

cosϕ

s

η

cosϕ

η

I_s

I_s [A]

cosϕ

s

I_s

I_s [A]

η

cosϕ

s

η

P [W]

P [W]

s

cosϕ

η

I_s

I_s [A]

cosϕ

s

η

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

0,0

38,0

76,0

114,0

152,0

190,0

228,0

266,0

304,0

342,0

380,0

418,0

456,0

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

---