1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z działaniem silnika klatkowego, sterowaniem jego prędkością przez zmianę częstotliwości napięcia. Zadaniem było wyznaczenie charakterystyk silnika klatkowego zasilanego z falownika napięcia oraz zapoznanie się z przebiegami napięcia i prądu wyjściowego z falownika napięcia.

1. Stanowisko pomiarowe

Rysunek Schemat stanowiska pomiarowego

1. Wykaz użytych urządzeń:

• Silnik INDUKCYJNY KLATKOWY typ Sg80L4F nr fabr. 944301

• Silnik prądu stałego typ PKMa 21b/111

(w ćwiczeniu jako prądnica obciążająca)

(straty całego zestawu przy )

• - watomierz poboru mocy; klasa 0,5; zakresy U:100, 200, 400V; zakresy I: 2,5; 5A; il. działek: 100; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 3340;

• - woltomierz spadków napięcia prądu przemiennego; klasa 0,5; zakresy: 75, 150, 300, 600V; il. działek: 75; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 1419;

• - woltomierz spadków napięcia prądu przemiennego; klasa 0,5; zakresy: 75, 150, 300, 600V; il. działek: 75; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 1276;

• - woltomierz spadków napięcia prądu stałego; klasa 1; zakresy: 150, 300, 750V; il. dziełek: 75; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 EW-02/01;

• - amperomierz prądu przemiennego; klasa 0,5; zakresy: 2,5; 5A; il. działek: 50; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 2987;

• - amperomierz prądu przemiennego; klasa 0,5; zakresy: 3, 6A; il. działek: 60; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 3169;

• - amperomierz prądu stałego; klasa 1; zakresy: 0,75; 1,5; 3A; il. działek: 75; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 509;

• - amperomierz prądu stałego; klasa 0,5; zakresy: 7,5; 15, 30A; il. działek: 75; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 284;

• - miernik pomiaru prędkości obrotowej NT1; obr/min; klasa 0.05; nr inwentarzowy: I-29 IVa 2234;

• - wskaźnik momentu obrotowego siły; klasa 1,5; zakres: 0,5 – 10Nm; nr inwentarzowy: I-29 T-959;

• - falownik Lenze 8300 T-810.

1. Tabele, obliczenia oraz charakterystyki:

I CZĘŚĆ

W pierwszej część eksperymentu zmierzono napięcie U[V] oraz częstotliwość f [Hz]:

L.p	U	f
	[V]	[Hz]
1	110	5,1
2	190	10,2
3	225	14,8
4	265	20
5	295	24,8
6	320	30
7	350	35,1
8	380	40
9	405	45,1
10	415	50

(charakterystyka odwrotna do oczekiwanej w celu wyciągnięcia dodatkowych wniosków). Na podstawie tych pomiarów stworzono charakterystykę U = f(f):

Rysunek Zależność U=f(f)

oraz charakterystykę f = f(U), która przyjmuje charakter wykładniczy:

Rysunek Zależność f=f(U)

II CZĘŚĆ

W drugiej części trwania eksperymentu zmierzono następuje wartości:

l.p	If	Uf	αf	Cw	P1f	Is	Us	P1	M	n	It	Ut	P2	η	ω
	A	V	dz	$$\frac{w}{\text{dz}}$$	W	A	V	W	Nm	$$\frac{\text{obr}}{\min}$$	A	V	W	%	$$\frac{\text{rad}}{s}$$
1	1,2	220	18	10	180	2,6	410	540	1	1441	0,3	196	151	27,94	150,9
2	1,8	220	27	10	270	2,6	410	810	2,8	1430	1,6	192	419	51,77	149,75
3	2,2	220	34	10	340	2,7	400	1020	4,1	1421	2,7	188	610	59,82	148,81
4	2,7	220	43	10	430	2,9	400	1290	6	1408	3,95	184	885	68,58	147,45
5	3,1	220	51	10	510	3,1	400	1530	7,1	1399	4,9	180	1040	67,99	146,50
6	3,4	220	57	10	570	3,3	390	1710	8,1	1390	5,7	176	1179	68,95	145,56
7	3,7	220	62	10	620	3,5	390	1860	9	1381	6,3	174	1301	69,97	144,62
8	3,9	220	68	10	680	3,7	390	2040	9,8	1374	6,9	172	1410	69,12	143,89

Powyższa tabela przedstawia również wartości wynikowe wyznaczone z odpowiednich wzorów:

P₁ = P₁f • 3 = 180 • 3 = 540 W

Moc na wale silnika obliczona na podstawie zmierzonego momentu M:

$$P_{2} = M \bullet n \bullet \frac{2 \bullet \pi}{60} = M \bullet \omega = 6 \bullet 147,45 = 885\ W$$

Ostatnim krokiem było wyznaczenie sprawności ze wzoru:

$$\eta = \frac{P_{2}}{P_{1}} \bullet 100\% = \frac{885}{1290} \bullet 100\% = 68,85\%$$

Na podstawie powyższych danych wyznaczono charakterystyki:

Rysunek Sprawność silnika od P2

Rysunek - zależność ω (n)

Rysunek - zależność omega od M

1. Wnioski:

Na rysunku 2 i 3 widzimy tą samą charakterystykę przedstawioną w dwojaki sposób. Rysunek 2 przedstawiony w tradycyjny sposób przedstawia charakterystykę zbliżoną do oczekiwanej. W celu dokładniejszego odczytania jakości wykresu, na punkty pomiarowe nałożono linię trendu. Druga charakterystyka z napięciem na osi odciętych przyjmuje charakter prawie idealnie wykładniczy. Druga charakterystyka w celu ukazania różnić pomiędzy punktami pomiarowymi a linią trendu (wykładniczą). Rysunek 1 przedstawia charakterystykę sterowania napędu, wynika z niego że zwiększając U a więc i prędkość silnika musimy zwiększyć również częstotliwość. Sterowanie prędkością takich silników może odbywać się za pomocą falownika. Sprawność silnika w najgorszym momencie wynosi około 20%, w najlepszym osiąga około 70%. W pozostałych punktach oscyluje w okolicach 60%. W ćwiczeniu była badana tylko jedna faza, więc można było zmierzyć jedynie wartość mocy wejścia na tą fazę. Aby obliczyć sprawność całego układu wartość mocy wejścia należy pomnożyć razy 3. Zmniejsza to dokładność otrzymanych wyników, ale pozwala poznać przybliżoną sprawność silnika. Wykres 6 przyjmuje charakter prawie liniowy malejący. Z rysunku 4 wynika że sprawność silnika rośnie wraz ze wzrostem M oraz n. Oznacza to że zwiększając prędkość silnika zwiększała się sprawność układu. Z wykresu 5 można również zobaczyć że prędkość kątowa ω zależy prawie liniowo od wartości n $\frac{\text{obr}}{\min}$. Przeprowadzony eksperyment wykonano poprawnie.