Laboratorium Maszyn Elektrycznych

Ćwiczenie nr 7

Temat: Układy rozruchowe silników indukcyjnych klatkowych.

1. Cel i zakres ćwiczenia

Badanie wpływu różnych sposobów rozruchu silnika klatkowego na parametry takie jak wartość prądu rozruchowego pobieranego z sieci w funkcji czasu oraz prędkości kątowej silnika w funkcji czasu.

Przedmiotem badań było pięć różnych metod rozruchu:

1. Rozruch bezpośredni

2. Połączenie uzwojeń stojana w gwiazdę na czas rozruchu i przełączenie w trójkąt po zakończeniu rozruchu

3. Zastosowanie rozrusznika stojanowego

4. Zastosowanie autotransformatora rozruchowego

5. Zastosowanie tyrystorowego sterownika napięcia (soft-start)

Wykonanie dla każdej z tych metod charakterystyki prądu rozruchowego silnika w funkcji prędkości kątowej za pomocą oscylografu.

1. Spis danych badanych maszyn

1. Silnik indukcyjny klatkowy SZEe 24a nr fab. 538528

P_n=2,2 kW

U_n= 380 V

I_n=5,1 A

f = 50 Hz

cosφ = 0,8

n_n= 1410 obr/min

R_n= 1,5 Ω (t = 20℃)

P_Fc= 100 W (U₁=U_1n)

P_m= 280 W (straty calego zestawu przy n_n= 1420 obr/min)

1. Przekładnik prądowy laboratoryjny

Typ JL, nr fab. 238136, KME IV-a-203 (I-29IVa-395)

Przekładnia 1 ÷ 100/5

U_n= 500 V

S_n= 15 VA

Klasa 0,2

U_prob= 3 kV

1. Amperomierz (I29-Iva3469)

100 działek

Zakres 2,5 A ; 5 A

Klasa 0,5

1. Oscylograf

1. Wykonanie pomiarów

Wyniki pomiarów zarejestrowane zostały graficznie poprzez wydrukowanie wykresów oscylograficznych prądu rozruchowego silnika I_s w funkcji czasu, oraz prędkości kątowej ω w funkcji czasu.

Aby wykonać charakterystykę I_s = f(ω) należy stablicować funkcje I_s = f(t) oraz ω = f(t) na podstawie wygenerowanych oscylogramów.

Skalowanie oscylogramu prądu I_s wykonuje się na podstawie wskazań amperomierza w stanie ustalonym (po dokonaniu rozruchu).

Rys. 1 Przykładowy oscylogram z zaznaczeniem wielkości charakterystycznych

Zgodnie z oznaczeniami na Rys. 1 stała oscylogramu prądu wynosi:

$$C_{I} = \frac{I_{A} \bullet \vartheta_{I}}{{\alpha_{I}}^{'}}$$

Gdzie:

I_A - wskazanie amperomierza

$\vartheta_{I} = \frac{10}{5}$ - przekładnia przekładnika prądowego

α_I^′ = 7, 5  mm - zmierzone na oscylogramie

Wskazanie amperomierza:

Amperomierz w stanie ustalonym wskazywał I_A = 47 dzialek

Przy zakresie 2,5 A i podziałce składającej się ze 100 działek:

$$I_{A} = 2,5 \bullet \frac{47}{100} = 1,17\ \ \ A$$

Stała oscylogramu prądu:

$$C_{I} = \frac{1,17 \bullet 2}{7,5} = 0,31\ \ \frac{A}{\text{mm}}$$

Do skalowania prędkości kątowej przyjęto, że silnik po rozruchu pracuje z prędkością ustaloną zbliżoną do prędkości synchronicznejω₀.

$$\omega_{0} = \frac{2\pi{\bullet n}_{n}}{60} = \frac{2\pi \bullet 1440}{60} = 148,63\ \ \frac{1}{s}$$

Zgodnie z oznaczeniami na Rys. 1 stała oscylogramu prędkości kątowej wynosi:

$$C_{\omega} = \frac{\omega_{0}}{{\alpha_{\omega}}^{'}}$$

α_ω^′ = 87 mm– zmierzone na oscylogramie

Stała oscylogramu prędkości kątowej:

$$C_{\omega} = \frac{148,63}{87} = 1,7\ \ \frac{1}{s \bullet mm}$$

Wartości prądu silnika I_s, oraz prędkości kątowej ω wyznacza się ze wzorów:

I_s = α_I • C_I

ω = α_ω • C_ω

Uproszczony schemat układu pomiarowego:

1. Wyniki pomiarów dla różnych metod rozruchu silnika

a - Rozruch bezpośredni
lp.
1
2
3
4
5
6

Wykres funkcji I(t) oraz ω(t) wygenerowany przez Oscylograf (Rozruch bezpośredni):

Przykładowe obliczenia:

I_s4 = α_I4 • C_I = 12 • 0, 31 = 3, 76 A

$$\omega_{2} = \alpha_{\omega 2} \bullet C_{\omega} = 26 \bullet 1,7 = 44\ \frac{1}{s}$$

b - Przełącznik gwiazda-trójkąt
lp.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Wykres funkcji I(t) oraz ω(t) wygenerowany przez Oscylograf (Przełącznik gwiazda-trójkąt):

c - Rozrusznik stojanowy
lp.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

Wykres funkcji I(t) oraz ω(t) wygenerowany przez Oscylograf (Rozrusznik stojanowy):

d - Autotransformator rozruchowy
lp.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Wykres funkcji I(t) oraz ω(t) wygenerowany przez Oscylograf (Autotransformator rozruchowy):

e - Soft-start
lp.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Wykres funkcji I(t) oraz ω(t) wygenerowany przez Oscylograf (Soft-start):

1. Wnioski

W przypadku rozruchu bezpośredniego prąd rozruchowy jest ponad czterokrotnie większy od prądu znamionowego w początkowej fazie rozruchu. Zarówno wykresy jak i zestawione w tabelach wartości I_s/I_n świadczą o tym, że badane przez nas metody skutecznie ograniczają wielkość prądów rozruchowych silnika. Najniższe wartości prądu rozruchowego daje metoda połączenia uzwojeń stojana w gwiazdę i przełączenie w trójkąt. Niestety metodę tą cechuje duża zmienność prądu rozruchowego w trakcie rozruchu. Zastosowanie rozrusznika stojanowego lub autotransformatora rozruchowego skutkuje w obu przypadkach nieco większymi wartościami prądu rozruchowego. Przebieg rozruchu w obu tych przypadkach jest nieco łagodniejszy, trochę łagodniej zmienia się wartość prądu. Soft-start (jak wskazuje sama nazwa tej metody) ma najłagodniejszy przebieg. Natomiast wielkość prądu rozruchowego w stosunku do nominalnego jest spośród wszystkich rozważanych przez nas metod największa.