POLITECHNIKA LUBELSKA	LABORATORIUM Maszyn elektrycznych
Imię i nazwisko Masełko Rafał Saran Tomasz Masłyk Monika Orzyłowski Łukasz Nowak Artur	Nr ćwicz. 4
Data: 21.11.2011	Ocena:

1. Cel ćwiczenia.

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

2. Dane znamionowe badanego silnika i prądnicy hamowniczej:

Silnik indukcyjny trójfazowy klatkowy :

Typ 2SG90S4

Nr silnika 416596

Moc znamionowa P_N=1,1 kW

Prędkość obrotowa n_N=1415 obr/min

Napięcie znamionowe U_N=220/380 V

Prąd znamionowy I_a=4,9/2,8 A

Częstotliwość znamionowa f_N=50 Hz

Znamionowy wsp. mocy cosϕ _N=0.8

Prądnica hamownicza prądu stałego :

Moc znamionowa P_N=1,5 kW

Napięcie znamionowe U_N=230 V

Prąd znamionowy I_a=6,5 A

Prędkość obrotowa n_N=1450 obr/min

Prąd wzbudzenia I_w=0,42 A

3. Pomiar rezystancji uzwojeń badanego silnika:

Rezystancja uzwojeń poszczególnych faz (t = 20⁰C):

R_SUN = 7,60 Ω

R_SVN = 7,62 Ω

R_SWN = 7,61Ω

R_SN = 7,61 Ω

4. Próba biegu jałowego.

Układ pomiarowy :

Tabela pomiarowa :

Lp	U­uv	U­uw	Uvw	Uo	Iu	Iv	Iw	I0	P1	P2	Pin0	cosφ	I0w	Iμ	Pws	P0	N0	S0
	V	V	V	V	A	A	A	A	W	W	W	-	A	A	W	W	obr/min	-
1	420	420	420	420	2,5	2,5	2,5	2,5	-320	600	280	0,154	0,38	2,47	142,68	137,31	1498	0,0013
2	380	380	380	380	1,85	1,9	1,85	1,87	-180	420	240	0,195	0,36	1,83	79,55	160,45	1498	0,0013
3	350	350	350	350	1,5	1,55	1,5	1,52	-120	300	180	0,196	0,29	1,49	52,52	127,48	1497	0,002
4	300	300	300	300	1,15	1,2	1,15	1,17	-40	200	160	0,264	0,31	1,13	31,07	128,93	1496	0,0027
5	250	250	250	250	0,85	0,9	0,85	0,87	-40	120	80	0,213	0,18	0,84	17,15	62,85	1495	0,0033
6	200	200	200	200	0,65	0,7	0,65	0,67	-22,5	80	57,5	0,249	0,17	0,65	10,15	47,35	1493	0,0047
7	150	150	150	150	0,5	0,65	0,5	0,55	-2,5	70	67,5	0,472	0,26	0,48	6,91	60,59	1487	0,0087
8	100	100	100	100	0,39	0,44	0,39	0,41	2,5	30	32,5	0,461	0,19	0,36	3,78	28,72	1472	0,0187
9	50	50	50	50	0,6	0,6	0,6	0,6	10	27,5	37,5	0,722	0,43	0,42	8,22	29,28	1326	0,116

Przykładowe obliczenia:

$$Uo = \frac{U\text{uv} + Uuw + Uvw}{3} = \frac{420 + 420 + 420}{3} = 420\ V$$

$$Io = \frac{Iu + Iv + Iw}{3} = \frac{2,5 + 2,5 + 2,5}{3} = 2,5\ A$$

Pino=P1+P2=-320+600=280 W - moc pobierana przez silnik

cosϕ_o=$\frac{\text{Pino}}{\sqrt{3}*Uo*Io} = \frac{280}{\sqrt{3\ }*420*2,5} = 0,154$ -współczynnik mocy biegu jałowego

sinϕ_o = = $\sqrt{1 - 0,154}$= 0,99 [-]

I­_ow = I_o cosϕ_o=2,5*0,154=0,38 A - składowa czynna prądu stojana

I_µ = I_o sinϕ_o=2,5*0,99=2,47 A - składowa bierna prądu stojana

P_ws = 3 R_sI_o²=3*7,61*2,5=142,68 W - straty w uzwojeniu stojana

R_s=7,61Ω - rezystancja uzwojenia stojana

P_o= P_in - P_ws=280-142,68=137,32 W - straty jałowe

$so = \frac{1500 - 1498}{1500} = 0,0013$ - poślizg przy biegu jałowym

Dla napięcia znamionowego P_ino = 167 W

Dla napięcia znamionowego cos φ = 0,14

Dla napięcia znamionowego So = 0,005

5.Próba zwarcia.

Schemat układu jak przy biegu jałowym przy czym wirnik jest zahamowany .

Tabela pomiarowa

l=0,23m
Lp.
1
2
3
4
5
6
7
8

Przykłady obliczeń:

P_k = P₁ + P₂=80+315=395 W - moc zwarciowa

cosϕ_k = =$\frac{395}{\sqrt{3}*102*3,2} = 0,699$ - współczynnik mocy przy zwarciu

T₁=F*l=0,465*0,23=0,10695 Nm

Napięcie zwarcia U_kn = 87 V

6.Próba obciążenia przy zasilaniu silnika z sieci.

Schemat pomiarowy:

Tabela pomiarowa:

Przy zasilaniu z sieci
If=0,42 A, U=380
Lp.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Przy zasilaniu silnika z przetwornicy częstotliwości:
f=35 Hz, U=320 V
Lp.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Wzory wykorzystywane w obliczeniach:

Przykładowe obliczenia:

P_in = P₁ + P₂ - moc pobierana z przemiennika częstotliwości

P_in = 560+1220=1780 W

cosϕ = =$\frac{1780}{\sqrt{3}*320*3,25} = 0,82$ - współczynnik mocy

s = - poślizg wirnika

prędkość synchroniczna :

n_s =$\frac{60*f}{2} = \frac{60*35}{2} = 1050$

s = $\frac{\mathbf{1050 - 954}}{\mathbf{1050}}\mathbf{= 0,091}$

U_i - napięcie indukowane hamownicy odczytane z charakterystyki U_i = f(n)

P_op - straty jałowe prądnicy odczytane z charakterystyki P_op = f(n)

P_i = U_i I_a - moc wewnętrzna prądnicy

P_i = 250*5,2=1300 W

η = Ps / P_in - sprawność silnika

η = 1341 / 1780 = 0,75 [-]

T_s = Ps / 2Πn - moment silnika ( n - prędkość w obr/s)

n=1387(obr/min)=23,12(obr/s)

T_s = 1341 / (23,1423,12) = 9,23 [Nm.]

Wnioski:

Próba biegu jałowego.

Na podstawie wykresów możemy stwierdzić że straty jałowe w silniku klatkowym zależą w dużym stopniu od napięcia zasilającego.

Prąd biegu jałowego teoretycznie powinien być sumą geometryczną składowej czynnej I_ow i składowej I_µ - prąd magnesujący. Na wykreślonej charakterystyce dostrzegamy, że przebieg I₀ niemalże pokrywa się z I_µ.Świadczy to o dominacji składowej biernej w prądzie biegu jałowego silnika. Zauważamy to również na charakterystyce cosϕ=f(U₀) - wraz ze wzrostem napięcia prąd magnesujący szybko rośnie a składowa prądu I_ow rośnie wolno, więc cosϕ ze wzrostem napięcia ma przebieg opadający.

Natomiast charakterystyka P_ino rośnie parabolicznie wraz ze wzrostem napięcia zasilającego U_o. Straty jałowe P_o są bezpośrednio związane z mocą P_ino (P_o = P_ino + P_ws), więc mają podobną charakterystykę. P_o składają się ze strat mechanicznych P_m niezależnych prawie od napięcia i ze strat w rdzeniu P_Fe proporcjonalnych do kwadratu indukcji, a tym samym do kwadratu napięcia zasilającego.

Próba zwarcia.

Z wykresu wynika że zależność prądu zwarcia silnika od napięcia zasilającego składa się zarówno dwóch odcinków prostoliniowych o różnym nachyleniu

Zależność mocy zwarciowej od napięcia zasilającego jest zbliżona do paraboli. Wynika to z tego, że straty w uzwojeniach są proporcjonalne do kwadratu prądu, a prąd jest proporcjonalny do napięcia zwarcia.

Więc z powyższych charakterystyk możemy wnioskować ze impedancja zwarciowa silnika zależna jest od napięcia zwarcia ponieważ rezystancja zwarcia jest stała dla stałej temperatury.

Moment napięciowy jest proporcjonalny do kwadratu napięcia więc charakterystyka ta jest parabolą.

Próba obciążenia.

Z wykresów próby obciążenia wynika że z wzrostem mocy oddawanej przez silnik rośnie jednocześnie prąd wirnika .

Z wzrostem mocy oddawanej wzrasta również współczynnik mocy, poślizg także wzrasta prawie proporcjonalnie do wzrostu obciążenia silnika.

Sprawność także rośnie wraz ze wzrostem obciążenia.

Próba obciążenia przy zasilaniu silnika z tranzystorowej przetwornicy

częstotliwości.

Przy zastosowaniu przetwornicy do zasilania silnika indukcyjnego mamy możliwość płynnego rozruchu zachowując stały prąd pobierany przez silnik.

Również przy pomocy przetwornicy mamy możliwość regulacji prędkości silnika od zera do prędkości ponad synchronicznej przez zmianę częstotliwości napięcia zasilającego.