Politechnika Świętokrzyska w Kielcach
Laboratorium maszyn elektrycznych
Ćwiczenie nr : 4
Data wykonania 29.04.2013r.

1. PARAMETRY SILNIKA KLATKOWEGO INDUKCYJNEGO

I_n = 2,8 A - prąd znamionowy

R = 7,7 Ω - rezystancja uzwojeń

cosφ = 0,8 - współczynnik mocy

P_n = 1,1 kW - moc znamionowa

U_n = 380 V - napięcie znamionowe

50 Hz - częstotliwość sieci

1. PRÓBA BIEGU JAŁOWEGO

Schemat pomiarowy.

W₁, W₂ - watomierze elektrodynamiczne (pomiar mocy P₁ i P₂ ).

A₁, A₂, A₃ - amperomierze magnetoelektryczne (pomiar prądów w poszczególnych

uzwojeniach stojana (U,V,W).

V - woltomierz (pomiar napięcia przewodowego silnika klatkowego indukcyjnego)

Tabela pomiarowa.

Lp	U1	U2	U3	Uśr	I1	I2	I3	Iśr	P1	P2	Po	ΔPobc	ΔPo	U	cosϕo	n
	V	V	V	V	A	A	A	A	W	W	W	W	W	V^2	-
	400	400	400	400	1,85	2,1	2,05	2	-230	490	260	92,4	167,6	160000	0,188	1495
	360	360	360	360	1,425	1,675	1,65	1,58	-150	355	205	57,9	147,1	129600	0,208	1495
	320	320	320	320	1,15	1,4	1,35	1,30	-90	260	170	39,0	131,0	102400	0,236	1495
	280	280	280	280	0,925	1,25	1,125	1,10	-35	185	150	28,0	122,0	78400	0,281	1493
	240	240	240	240	0,775	1,025	0,545	0,78	-10	140	130	14,1	115,9	57600	0,400	1491
	200	200	200	200	0,625	0,875	0,8	0,77	0	110	110	13,6	96,4	40000	0,414	1487
	160	160	160	160	0,525	0,75	0,65	0,64	0	80	80	9,5	70,5	25600	0,450	1479
8.	120	120	120	120	0,485	0,675	0,55	0,57	10	60	70	7,5	62,5	14400	0,591	1465

U₁ , U₂ , U₃ - napięcia przewodowe zasilające

I₁, I₂, I₃ - prądy kolejnych uzwojeń stojana (U,V,W)

I_śr- prąd średni pojedynczego uzwojenia

$$I_{sr} = \ \frac{I_{1} + I_{2} + I_{3}}{3} = \ \frac{1,85 + 2,1 + 2,05}{3} = 2\ A$$

P₁, P₂ - moce zmierzone przez odpowiednio watomierz: W1 i W2

P_o-całkowita moc pobrana przez silnik

P_o = P₁+P₂

P_o = -230+490 = 260 W

cosϕ₀ -współczynnik mocy

$$\cos\varphi = \ \frac{P_{0}}{\sqrt{3}I_{sr}U_{sr}} = \frac{260}{\sqrt{3} \bullet 2 \bullet 400} = 0,188\ $$

n- prędkość obrotowa zmierzona w biegu jałowym

Moc pobierana w czasie biegu jałowego :

P_o=ΔP_o+ΔP_obc

gdzie : ΔP_obc=3∙I_sr^2∙R

R - rezystancja uzwojeń R = 7,7 Ω

ΔP_obc = 3 ∙ 2² ∙ 7,7 = 92,4 W

stąd ΔP_o=P_o-ΔP_obc ΔP_o = 260 – 92,4 = 167,6 W

Charakterystyki:

1. PRÓBA ZWARCIA

Schemat pomiarowy.

W₁,W₂ - watomierze elektrodynamiczne (pomiar mocy P₁ i P₂ ).

A₁, A₂, A₃ - amperomierze magnetoelektryczne (pomiar prądów w poszczególnych

uzwojeniach stojana (U,V,W).

V- woltomierz (pomiar napięcia przewodowego silnika klatkowego indukcyjnego)

Tabela pomiarowa.

Lp	U1	U2	U3	Uśr	I1	I2	I3	Iśr	P1	P2	Pz	cosϕz
	V	V	V	V	A	A	A	A	W	W	W	-
1	97	97	97	97	3,2	3,3	3,2	3,23	82,5	320	402,5	0,741
2	70	70	70	70	2,35	2,35	2,3	2,33	40	175	215	0,760
3	51	51	51	51	1,65	1,75	1,7	1,70	17,5	92,5	110	0,733
4	32	32	32	32	1,05	1,15	1,1	1,10	0	40	40	0,656
5	13,8	13,8	13,8	13,8	0,5	0,6	0,5	0,53	0	10	10	0,784

U₁ , U₂ , U₃ - napięcia przewodowe zasilające

I₁, I₂, I₃ - prądy kolejnych uzwojeń stojana(U,V,W)

I_sr- prąd średni pojedynczego uzwojenia

$$I_{sr} = \ \frac{I_{1} + I_{2} + I_{3}}{3} = \ \frac{3,2 + 3,3 + 3,2}{3} = 3,23\ A$$

P₁,P₂ - moce zmierzone przez odpowiednio watomierz: W1 i W2

P_z -całkowita moc pobrana przez silnik

P_z = P₁+P₂

P_z = 82,5+320 = 402,5 W

cosϕ_z - współczynnik mocy

$$\cos\varphi = \ \frac{P_{z}}{\sqrt{3}I_{sr}U_{sr}} = \frac{402,5}{\sqrt{3} \bullet 3,23 \bullet 97} = 0,741\ $$

Charakterystyki:

4. PRÓBA OBCIĄŻENIA

Schemat pomiarowy.

W₁, W₂ - watomierze elektrodynamiczne (pomiar mocy P₁ i P₂ ).

A₁, A₂, A₃ - amperomierze magnetoelektryczne (pomiar prądów w poszczególnych

uzwojeniach stojana (U,V,W).

V - woltomierz (pomiar napięcia przewodowego silnika klatkowego indukcyjnego)

W próbie obciążenia jako obciążenie silnika zastosowano hamownicę indukcyjną zasilaną prądem stałym. Poprzez zmianę prądu wzbudzenia hamownicy możliwa jest zmiana momentu obciążenia silnika.

Tabele pomiarowe .

Lp	I1	I2	I3	Iśr	PI	PII	P1	n	ΔPcu1	s	ΔPcu2	P2	cosϕ	Mobl	Modcz	η
	A	A	A	A	W	W	W		W	-	W	W	-	Nm	Nm	-
1	3,95	4,2	3,9	4,02	820	1600	2420	1366	372,69	0,089	182,82	1851,53	0,87	12,94	8,53	0,77
2	2,95	3,2	2,95	3,03	480	1190	1670	1419	212,55	0,054	78,66	1371,10	0,79	9,23	7,36	0,82
3	2,2	2,5	2,35	2,35	160	860	1020	1452	127,57	0,032	28,54	856,00	0,63	5,63	5,40	0,84
4	2,05	2,35	2,2	2,20	60	770	830	1462	111,80	0,025	18,18	688,87	0,54	4,50	4,22	0,83
5	1,85	2,1	2,05	2,00	-60	600	540	1482	92,40	0,012	5,37	431,84	0,39	2,78	2,45	0,80
6	1,8	2,1	2,1	2,00	-220	500	280	1498	92,40	0,001	0,25	175,05	0,20	1,12	0,49	0,63

U = 380V znamionowe napięcie zasilające

I₁, I₂, I₃ - prądy kolejnych uzwojeń stojana (U,V,W)

I_Sr - prąd średni pojedynczego uzwojenia

P_I, P_II - moce zmierzone przez odpowiednio watomierz: W1 i W2

P₁ - całkowita moc pobrana przez silnik:

P₁ = P_I + P_II

P₁ = 820 + 1600 = 2420 W

P₂=P₁-ΣΔP

P₂ = 2420 – 568,47 = 1851,53 W

ΣΔP = ΔPcu₁ + ΔPcu₂ + ΔPo + ΔP_dod

ΣΔP = 372,69 + 182,82 + 167,6 + 12,1 = 568,47 W

ΔPcu₁=3∙I_śr²∙R

ΔPcu₁ = 3 ∙ 4,02² ∙ 7,7 = 372,69 W

ΔPcu₂= s ∙ P_Ψ

ΔPcu₂ = 0,089 ∙ 2046,44 = 182,82 W

P_Ψ= P₁-ΔPcu₁-ΔP_Fe

P_Ψ = 2420 – 372,69 – 167,6 = 2046,44 W

ΔP_{dod N}=0,005 ∙ P₁

ΔP_{dod N} = 0,005 ∙ 2420 = 12,1 W

$$P_{\text{dod}} = P_{\text{dodN}} \bullet \left( \frac{I}{I_{n}} \right)^{2} = 12,1\ \bullet \left( \frac{3,03}{4,02} \right)^{2} = 6,9\ A$$

$$\ = \ \frac{P_{2}}{P_{1}} = \ \frac{1851,53}{2420} = 0,77$$

$$M_{\text{obl}} = 9,55\ \bullet \ \frac{P_{2}}{n} = 9,55\ \bullet \ \frac{1851,53}{1366} = 12,94$$

Charakterystyki:

5. WNIOSKI

Próbę biegu jałowego dokonywaliśmy przy pozornie nie obciążonym silniku .Za stan jałowy uważaliśmy taki dla którego przy zmniejszaniu napięcia zasilającego od 400V do 200 V obroty silnika nie spadły znacząco (1495 - 1487 obr/min). Podczas idealnego biegu jałowego obroty powinny być stałe natomiast w rzeczywistości na skutek znaczących wartości oporów (strat) mechanicznych, szczególnie przy małych napięciach zasilania,

prędkość silnika spada. Przy pomiarze mocy jeden z dwóch watomierzy wskazywał ujemną moc. W celu jej zmierzenia należało zamienić początki cewek np. prądowych watomierza.

Teoretycznie cosϕ dla biegu jałowego powinien mieścić się w granicach 0,1-0,2 .Analizując pomiary, stan zbliżony do idealnego biegu jałowego (ze względu na cosϕ) jest dla napięć
U_o = 280 - 400V. Dla niższych napięć straty mechaniczne zaczynają bardziej znacząco wpływać na pracę silnika. Charakterystyki wyznaczone ze zmierzonych wartości odbiegają od przebiegu idealnego charakterystyk ze względu na niedokładność odczytu oraz spadki napięć w przewodach.

Pomiarów silnika w próbie zwarcia dokonywaliśmy przy unieruchomionym wirniku. Czas pomiarów ograniczyliśmy do minimum ze względu na dużą moc pobieraną (zamienianą na ciepło) i związane z tym duże prądy już przy małym napięciu (0 – 90V). Zwarcie silnika z powyższych względów jest niebezpieczne dla samej maszyny i może prowadzić do jej uszkodzenia. Napięcie zwarcia ma wartość 97 V (przy I_n=3,23A). Jest ono 4 razy mniejsze od U_n.

Próby obciążenia dokonywaliśmy dla U_n = 400V. Jako obciążenia używaliśmy hamownicę indukcyjną (zasilaną prądem stałym i wykorzystująca zjawisko prądów wirowych). Moment obrotowy mierzyliśmy miernikiem momentu wyskalowanym w kGcm. Wyniki pomiarów umieszczone w tabeli są już przeliczone na Nm przeliczone przez odpowiednio przystosowany do tego program. Wraz ze spadkiem prądu, czyli zmniejszeniem obciążenia można zauważyć spadek pobieranej i oddawanej mocy oraz zmniejszenie poślizgu. Można zauważyć znaczący wzrost prędkości obrotowej wirnika wraz ze zmniejszaniem obciążenia.