LABORATORIUM MASZYN ELEKTRYCZNYCH
			Rok: III Grupa: 2
Temat ćwiczenia: Silnik asynchroniczny pierścieniowy dźwigowy			Ewa Ficek Mariusz Gęborek Marek Hacuś Marek Hejmo Rafał Kapanowski
Data wykonania: 23.10.1997.	Data oddania:	Ocena:

WSTĘP

Każdy silnik asynchroniczny charakteryzuje określona zależność momentu użytkowego w funkcji poślizgu (prędkości obrotowej). Przy napięciu znamionowym i określonym poślizgu, otrzymujemy ściśle określony moment na wale silnika. Poniżej zamieszczamy przykładową charakterystykę M(s).

Duży wpływ na wartość maksymalną momentu ma napięcie zasilania. Jeżeli obniżymy nieznacznie napięcie to moment maksymalny znacznie maleje, bowiem teoretycznie zależy od kwadratu napięcia.

Celem naszego ćwiczenia było zbadanie jak wpływa zmiana rezystancji w obwodzie wirnika na moment użyteczny w funkcji prędkości obrotowej (przy U=const) oraz wyznaczenie sprawności silnika w warunkach zbliżonych do znamionowych.

DANE ZNAMIONOWE SILNIKA

W ćwiczeniu badaniu zastał poddany silnik pierścieniowy dźwigowy typu SZUD58 o następujących danych znamionowych:

Typ silnika	SZUD58	Napięcie znamionowe wirnika	72 V
Napięcie znamionowe	288 V	Prędkość obrotowa znamionowa	700 obr/min
Prąd znamionowy fazowy	7 A	Temperatura	35 °C
Moc znamionowa	2.2 kW	Nr	358774
Prąd znamionowy wirnika	2.5 A

CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Nasze pomiary przeprowadzone w laboratorium maszyn elektrycznych pozwolą na wyznaczenie charakterystyk momentów dla różnych wartości rezystancji włączanych do obwodu wirnika. Przed przystąpieniem do ćwiczenia zapoznajemy się ze stanowiskiem pomiarowym oraz z jego układem połączenia. Na stanowisku znajdowały się zaciski do których podłączono początki i końce uzwojeń stojana silnika przedstawiające autentyczną tabliczkę zaciskową. Dokonaliśmy połączenia stojana w układzie trójkąta (dodatkowo włączając amperomierze w obwodzie każdej fazy. W jednej z faz uzwojenia włączyliśmy watomierz. Schemat tego połączenia przedstawiamy poniżej:

SCHEMAT POŁĄCZEŃ UZWOJEŃ SILNIKA

Również końce uzwojenia wirnika zostały wyprowadzone na stanowisko pomiarowe co umożliwiło nam zbadanie aż czterech przypadków pracy silnika. Była to praca przy zwartym obwodzie wirnika bez rezystancji dodatkowej oraz z trzema jej różnymi wartościami.

Wartość momentu na wale była mierzona wychyłowym miernikiem laboratoryjnym odpowiednio wyskalowanym. Jako urządzenie hamujące była wykorzystana prądnica. Zmieniając prąd w obwodzie wzbudzenia prądnicy regulowaliśmy moment obciążenia, a tym samym również prędkość obrotową. Do pomiaru prędkości obrotowej silnika wykorzystany był licznik impulsów sprzężony optycznie z tarczą wału silnika - taka metoda pomiaru prędkości obrotowej jest bardzo dokładna. Wskazania miernika należało mnożyć przez 5 w celu otrzymania wartości w obr/min.

Silnik był zasilany obniżonym napięciem o wartości U=158V, w celu złagodzenia warunków pracy. W ćwiczeniu badaliśmy silnik przy znacznie obniżonej prędkości obrotowej w stosunku do prędkości znamionowej, co przy U=288V mogłoby spowodować przegrzanie uzwojeń silnika a nawet jego uszkodzenie.

Silnik mierzyliśmy w zakresie prędkości obrotowej 200-1000 obr/min (gdzie prędkość synchroniczna wynosiła 750 obr/min - 4 pary biegunów). Przy odpowiedniej rezystancji włączonej w obwód wirnika tak ustawialiśmy prąd wzbudzenia prądnicy obciążającej silnik, aby uzyskać wymaganą wartość obrotów - wtedy odczytywaliśmy wartość momentu na wale. Przy poślizgach mniejszych od zera, moment przyjmowaliśmy ujemny. Przy niskich obrotach staraliśmy się szybko dokonywać odczytu, gdyż silnik był wtedy najbardziej obciążony. Dłuższa praca w takim stanie mogłaby spowodować znaczne przegrzanie się uzwojeń, wzrost temperatury pracy powyżej znamionowej i w konsekwencji zmianę parametrów silnika.

1. Wyniki pomiarów.

WIRNIK ZWARTY			RDW=0.080Ω			RDW=0.159Ω			RDW=0.232Ω
n [obr/min]	M [N⋅m]	s	n [obr/min]	M [N⋅m]	s	n [obr/min]	M [N⋅m]	s	n [obr/min]	M [N⋅m]	s
195 5.75 0.74 260 6 0.6533 325 6.625 0.5667 355 6.875 0.5267 405 7.5 0.46 445 8 0.4733 485 8.125 0.3533 540 9.25 0.28 585 9.5 0.22 625 9.25 0.1667 665 8.125 0.1133 695 6.625 0.073 710 4.875 0.053 725 3.5 0.033 735 2.5 0.02 760 -1.5 -0.013 785 -4.25 -0.047 815 -7.75 -0.087 840 -10.25 -0.12 870 -11.5 -0.16 915 -12.25 -0.22 980 -11.75 -0.3067			200 7.5 0.7333 250 7.625 0.6667 290 9.625 0.6133 350 8 0.5333 385 8.375 0.4867 455 9.5 0.3933 500 9.75 0.3333 545 9.5 0.2733 595 9 0.2067 635 7.75 0.1533 660 6.75 0.12 680 5.5 0.093 710 3.875 0.053 730 2.5 0.027 785 -2.625 -0.047 825 -5.75 -0.1 885 -9.375 -0.18 905 -10.375 -0.2067 920 -11 -0.2267 945 -11.5 -0.26 965 -11.875 -0.2867 995 -12.125 -0.3267			215 8.5 0.7133 245 9 0.6733 325 9.25 0.5667 395 9.5 0.4733 440 9.5 0.4133 475 9.25 0.3667 520 9 0.3067 550 8.5 0.2667 595 7.5 0.2067 620 6.75 0.1733 660 5.5 0.12 690 4 0.08 705 3.25 0.06 715 2.5 0.047 745 2 0.007 770 -1.5 -0.027 805 -3 -0.073 850 -5.75 -0.1333 865 -6.75 -0.1533 900 -8.5 -0.2 940 -10 -0.2533 995 -11.5 -0.3267			200 9.25 0.7333 260 9.5 0.6533 325 9.5 0.5667 375 9.5 0.5 420 9.25 0.44 465 9 0.38 500 8.5 0.3333 535 8 0.2867 575 7.25 0.2333 610 6.25 0.1867 660 4.75 0.12 700 3 0.067 730 2.25 0.027 750 1.5 0 815 -3 -0.087 850 -5 -0.1333 875 -6.25 -0.1667 895 -7.25 -0.1933 910 -7.75 -0.2133 950 -9 -0.2667 980 -10 -0.3067 1000 -10.5 -0.3333

2. Wykresy zależności M(s) dla różnych R_DW.

Dla R_DW=0Ω:

Dla R_DW=0.080Ω:

Dla R_DW=0.159Ω:

Dla R_DW=0.232Ω:

Poniżej umieszczamy wszystkie charakterystyki M(s) dla różnych R_DW na jednym wykresie:

Obliczanie sprawności silnika.

TABELA POMIARÓW

Wskazanie watomierza	P=715 W	Napięcie fazowe silnika	UN=288 V
Napięcie fazowe prądnicy	UF=105V	Prąd fazowy silnika	IFS=4.7 A
Prąd fazowy prądnicy	IF=10A	Moment na wale silnika	M=19.5 N⋅m
Prąd wzbudzenia prądnicy	IWZB=0.45 A	Prędkość obrotowa silnika	n=700 obr/min

Sprawność silnika to stosunek mocy oddawanej na wale, do całkowitej mocy pobranej z sieci. W naszym ćwiczeniu moc czynną pobieraną przez silnik z sieci obliczyliśmy jako trzykrotne wskazanie watomierza włączonego w jedną z faz (szeregowo z jednym z uzwojeń):

Moc oddawaną na wale silnika policzyliśmy jako całkowitą moc pobieraną przez prądnicę sprzężoną mechanicznie z silnikiem z następującej zależności:

gdzie: R_TW+R_BK=0.68Ω, U_SZCZ=2V oraz ΔP_MECH+ΔP_FE=55W (odczytane z wykresu)

Podstawiając otrzymujemy:

Ostatecznie sprawność:

ANALIZA I WNIOSKI

Przy pomiarach w zakresie niskich obrotów (ok. 200 obr/min) zauważyliśmy wyraźne nagrzewanie się korpusu silnika po stosunkowo niedługiej pracy w tym zakresie. Świadczy to o przegrzewaniu się uzwojeń przy pracy w zakresie obrotów niższych w porównaniu ze znamionowymi (700 obr/min). W praktyce należy więc unikać takich sytuacji.

Obniżenie napięcia zasilania silnika znacznie złagodziło jego warunki pracy w ekstremalnych warunkach pomiarowych (niskie obroty). Pomiary takie należy przeprowadzać stosunkowo szybko, aby uniknąć trwałego uszkodzenia cieplnego uzwojeń lub innych elementów silnika (np. trwałe odkształcenie elementów korpusu, łożysk).

Z otrzymanych wykresów zależności momentu od poślizgu M(s) dla różnych wartości rezystancji dodatkowej w obwodzie wirnika wyraźnie widać, że wartość momentu maksymalnego nie zależy od wartości rezystancji dodatkowej. Od rezystancji dodatkowej znacznie zależy jednak dla jakiej wartości poślizgu występuje moment maksymalny.

Przy zwiększaniu rezystancji dodatkowej, wartość momentu maksymalnego występowała dla większych poślizgów (wyraźnie widać na ostatnim wykresie - wszystkie charakterystyki).

Przyłączenie R_D do wirnika jest bardzo korzystne w sytuacjach, gdy wymagany jest większy moment przy niższych wartościach prędkości obrotowej (np. rozruch silnika, praca w zakresie niskich obrotów). W sytuacji takiej jest jednak utrudnione chłodzenie maszyny (duża moc, wolniejszy przepływ jedynego czynnika chłodzącego, którym jest powietrze).

Moment hamujący na stanowiskach pomiarowych można wytwarzać używając prądnicy. Regulując obwód wzbudzenia prądnicy, zmieniamy płynnie wielkość moment obciążającego maszynę. Możemy więc badać zachowanie się maszyn w różnych warunkach obciążenia.

Przy wszystkich podłączanych przez nas wartościach R_D w ćwiczeniu, wartość momentu przy 750 obr/min wynosiła zero, co świadczy o tym, że prędkość ta jest prędkością synchroniczną silnika. Ilość par biegunów wynosi zatem: p=4.

Przy prędkościach większych niż 750 obr/min, silnik zaczynał działać jako prądnica asynchroniczna. Jedną maszynę asynchroniczną można więc wykorzystać na kilka sposobów, w zależności od potrzeby.

---