Politechnika Warszawska Instytut Maszyn Elektrycznych
Laboratorium Maszyn w robotyce i informatyce
Nazwa ćwiczenia: Badanie prądnicy indukcyjnej.
Rok akademicki: 2012/2013
Dzień: czwartek 25.04.2013/09.05.2013

Wartości znamionowe:

Silnik:

U_n = 380 [V]

P = 3, 5 [kW]

f = 50 [Hz]

cosφ = 0, 89

$$n_{n} = 1440\ \lbrack\frac{\text{obr}}{\min}\rbrack$$

Prądnica:

U_n = 230 [V]

P = 3, 5 [kW]

I_n = 15, 2 [A]

$$n_{n} = 1450\ \lbrack\frac{\text{obr}}{\min}\rbrack$$

Schemat układu pomiarowego.

Eksperymentalne wyznaczenie zakresu pojemności baterii kondensatorów.

n	U	f	I1	I2	I3	Isr
$$\lbrack\frac{\text{obr}}{\min}\rbrack$$	[V]	[Hz]	[A]	[A]	[A]	[A]
1718	510	57	4,8	4,8	5	4,87
1615	450	53	3,8	3,8	4,2	3,93
1540	400	51,5	3,3	3,3	3,7	3,43
1470	355	49	2,7	2,8	3	2,83
1400	300	46,7	2,2	2,2	2,5	2,3
1350	235	44,8	1,6	1,6	2	1,73
1320	195	44	1,4	1,4	1,6	1,47
1300	160	43	1	1	1,3	1,1

Tabela . Wyniki dla C=15 [uF]

n	U	f	I1	I2	I3	Isr
$$\lbrack\frac{\text{obr}}{\min}\rbrack$$	[V]	[Hz]	[A]	[A]	[A]	[A]
1650	505	55	5	5	5,4	5,13
1565	450	53	4,3	4,3	4,6	4,4
1490	405	49	3,6	3,6	4	3,73
1404	350	46,7	3	3	3,2	3,07
1345	305	44,8	2,4	2,5	2,8	2,57
1285	250	42,9	1,9	1,9	2,2	2
1246	190	41,5	1,4	1,4	1,8	1,53
1230	160	41	1,1	1,2	1,4	1,23

Tabela . Wyniki dla C=17 [uF]

n	U	f	I1	I2	I3	Isr
$$\lbrack\frac{\text{obr}}{\min}\rbrack$$	[V]	[Hz]	[A]	[A]	[A]	[A]
1574	495	52,3	5,6	5,6	6	5,73
1502	450	50	4,8	4,8	5,2	4,93
1430	405	47,9	4,1	4,1	4,4	4,2
1323	345	44	3,2	3,2	3,5	3,3
1255	295	41,5	2,6	2,6	2,9	2,7
1193	245	39,5	2	2	2,3	2,1
1156	190	39	1,4	1,6	1,8	1,6
1140	150	37	1,2	1,2	1,5	1,3

Tabela . Wyniki dla C=20 [uF]

Rysunek . Charakterystyka prądowo napięciowa dla różnych wartości kondensatorów.

Próba stanu jałowego (przy n = const = 1500 [obr/min]).

C	U	f	I1	I2	I3	Isr	n
[μF]	[V]	[Hz]	[A]	[A]	[A]	[A]	$$\lbrack\frac{\text{obr}}{\min}\rbrack$$
20	455	50	5,1	4,8	4,8	4,9	1500
17	415	50	4,1	3,8	3,8	3,9	1500
15	380	50	3,3	3	3	3,1	1500
12	265	50	2	1,7	1,7	1,8	1500

Tabela . Wyniki próby stanu jałowego.

Rysunek . Charakterystyka napięcia indukowanego prądnicy w funkcji pojemności baterii kondensatorów U_i=f(C), przy stałej prędkości obrotowej i częstotliwości.

Samowzbudzenie prądnicy indukcyjnej przy zmiennej prędkości obrotowej.

nkrytyczne	C
$$\lbrack\frac{\text{obr}}{\min}\rbrack$$	[μF]
1571	10
1440	12
1290	15
1200	17
1120	20

Tabela . Krytyczne wartości samowzbudzenia prądnicy dla różnych wartości pojemności baterii kondensatorów.

Rysunek . Charakterystyka napięcia indukowanego prądnicy w zależności od prędkości obrotowej U_i=f(n) przy ustalonych wartościach baterii kondensatorów oraz zaznaczonych prędkościach krytycznych.

Rysunek . Charakterystyka prądu prądnicy w zależności od prędkości obrotowej I_sr=f(n) w stanie jałowym, przy ustalonych wartościach pojemności baterii kondensatorów oraz zaznaczonych prędkościach krytycznych.

Wyznaczenie charakterystyk zewnętrznych (przy $\mathbf{n = const = 1500\ \lbrack}\frac{\mathbf{\text{obr}}}{\mathbf{\min}}\mathbf{\rbrack}$).

U	I1	I2	I3	Isr	f	P1	P2	Isr^′
[V]	[A]	[A]	[A]	[A]	[Hz]	[W]	[W]	[A]
380	3	2,6	3	2,87	49,1	85	45	0
310	2,4	3	3	2,8	49	1,5	75	1,9
260	2	2,8	2,8	2,53	49	95	75	2,9
200	1,9	2,5	3,2	2,53	49,5	70	55	1,5
150	1,1	1,5	2,3	1,63	49,2	80	45	1,3

Tabela . Wyniki dla C=15 [uF]

U	I1	I2	I3	Isr	f	P1	P2	Isr^′
[V]	[A]	[A]	[A]	[A]	[Hz]	[W]	[W]	[A]
370	3,6	3,9	4,1	3,87	50	425	50	1,5
350	3,3	3,6	5	3,97	49,5	500	125	2,05
310	2,6	3,4	5,3	3,77	49	425	150	2,9
220	1,9	2,7	4,3	2,97	49	250	100	2,7
170	1,5	2,2	3,4	2,37	48,7	160	70	2,2

Tabela . Wyniki dla C=17 [uF]

U	I1	I2	I3	Isr	f	P1	P2	Isr^′
[V]	[A]	[A]	[A]	[A]	[Hz]	[W]	[W]	[A]
370	4	5,1	4,1	4,4	48	650	225	3,6
300	3,2	4,6	4,6	4,13	48,6	350	250	4,9
250	2,5	3,9	3,9	3,43	48,7	250	175	3,6
210	2,2	3,5	3,5	3,07	48,6	200	150	2,8
150	1,4	2,4	2,4	2,07	48,5	80	60	2,1

Tabela . Wyniki dla C=20 [uF]

Rysunek . Charakterystyka zewnętrzna dla różnych wartości pojemności kondensatorów przy stałej prędkości obrotowej $n = const = 1500\ \lbrack\frac{\text{obr}}{\min}\rbrack$.

Wyznaczenie charakterystyki regulacyjnej (przy U = const = 400 [V]).

n	I1	I2	I3	Isr	f	P1	P2	I1^′	I2^′	I3^′	Isr^′
[obr/min]	[A]	[A]	[A]	[A]	[Hz]	[W]	[W]	[A]	[A]	[A]	[A]
1509	3,8	3,1	3,1	3,33	50	225	100	0	0	0	0
1563	3,8	4,5	3,2	3,83	52	425	150	3	3,1	1,5	2,53
1615	3,7	5,1	3,8	4,2	53	500	250	4,2	4,3	2,5	3,67
1642	4,3	5,6	4,1	4,67	54	550	300	4,5	4,7	2,5	3,9

Tabela . Wyniki dla C=17 [uF]

Rysunek . Charakterystyka regulacyjna prądnicy indukcyjnej przy stałym napięciu zasilania U = const = 400 [V].

Wnioski.

Pierwszym punktem badania prądnicy indukcyjnej było eksperymentalne wyznaczenie zakresu pojemności baterii kondensatorów. Maszyna indukcyjna jest uruchomiona jako silnik. Obserwując wskazania watomierzy połączonych w układ Aarona ustaliliśmy wartość pojemności, przy której wskazania były sobie równe. Oznaczało to, że w stanie jałowym maszyna indukcyjna pobiera z sieci tylko moc czynną, natomiast baterie kondensatorów dostarczają moc bierną na magnesowanie. Wyznaczona wartość pojemności jest wartością minimalną C_min = 15 μF. Otrzymana charakterystyka jest zbliżona do teoretycznej, co potwierdza prawidłowość wykonanych pomiarów. Dodatkowo gdybyśmy zestawili charakterystykę prądowo napięciową we wspólnym układzie współrzędnych z charakterystyką magnesowania prądnicy to punkty przecięcia wyznaczają wartości napięć indukowanych w stanie jałowym.

Kolejnym punktem badania była próba stanu jałowego. Celem tej próby było otrzymanie charakterystyki zależności napięcia indukowanego w funkcji pojemności kondensatorów. Jak wynika z rysunku 2 wraz ze wzrostem pojemności przy ustalonej prędkości obrotowej następuje wzrost napięcia indukowanego, ponieważ wzrasta prąd magnesujący maszyny.

Następnie przy użyciu wyników z pierwszego punktu badań oraz wyznaczonych krytycznych wartości samowzbudzenia prądnicy uzyskaliśmy charakterystyki napięcia indukowanego oraz prądu biernego prądnicy w zależności od prędkości obrotowej w stanie jałowym. Jak wynika z otrzymanych wykresów przy ustalonej prędkości obrotowej dla większej wartości pojemności kondensatorów wzrasta napięcie indukowane oraz prąd magnesujący.

Przy wyznaczeniu charakterystyk zewnętrznych prądnica pracowała w systemie sieci autonomicznej, której odbiornik był rezystor wodny. Charakterystykę tą cechuje duża zmienność napięcia od stanu jałowego do znamionowego obciążenia. Jak wynika z otrzymanego wykresu przy najmniejszych wartościach pojemności kondensatorów zmienność napięcia jest największa.

Ostatnim punktem badań było wyznaczenie charakterystyki regulacyjnej. Próba ta odpowiada na pytanie, jak należy zmieniać prędkość obrotową, aby przy zmianach obciążenia utrzymać stałe napięcia na zaciskach maszyny. Z otrzymanej charakterystyki wynika wniosek, że jeżeli chcemy utrzymać stałe napięcia przy wzroście obciążenia niezbędny jest jednoczesny wzrost prędkości obrotowej.