1. Układ pomiarowy

Układ pomiarowy do badań silnika asynchronicznego trójfazowego przy zasilaniu z przemiennika częstotliwości

Obwód badanego silnika trójfazowego M zasilany jest z przemiennika częstotliwości zasilanego za pomocą autotransformatora trójfazowego AT. Woltomierz V służy do kontroli napięcia zasilającego przemiennik częstotliwości, przy czym należy pamiętać, że stosowany model przemiennika zbudowany jest na napięcie przewodowe (międzyfazowe) o wartości 220 V. Woltomierz V₁ mierzy wartość skuteczną napięcia przewodowego zasilającego silnik. Występowanie napięcia i jego wartość uzależniona jest od załączenia włącznika sterującego pracą przemiennika i położenia potencjometru regulacji częstotliwości. Amperomierz A₁ mierzy prąd płynący w obwodzie jednej fazy silnika, zaś woltomierz W₁ moc pobieraną przez jedno uzwojenie silnika. Rezystor R_b zainstalowano w celu umożliwienia oglądania na jedno uzwojenie silnika. Rezystor R_b zainstalowano w celu umożliwienia oglądania na ekranie oscyloskopu przebiegów prądu zasilającego silnik.

Do obciążenia silnika M zastosowano prądnicę bocznikową obcowzbudną prądu stałego P oddając moc do rezystora wodnego R. Amperomierz A₂ i woltomierz V₂ mierzą parametry prądu w obwodzie twornika prądnicy P. Amperomierz A₃ służy do pomiaru prądu w obwodzie wzbudzenia. Obwód wzbudzenia prądnicy prądu stałego zasilany jest poprzez autotransformator AT2 i prostownik PR.

Wielkość	Jednostka	Silnik prądu zmiennego	Prądnica hamownicza
Typ maszyny	-	25G	P206455
Moc P	KW	1,5	1,5
Napięcie U	V	380	220
Prąd I	A	3,7	6,5
Obroty n	Obr/min	1420	1450
cosϕ	-	0,8	-
Sprawność η	-		85
Prąd wzbudzenia Im	A	-	0,4
Rezystancja twornika prądnicy Rth	Ω	-	2,8

Na podstawie tabliczki znamionowej silnika obliczamy moment:

sprawność:

2. Rozruch układu pomiarowego

Wstępnie należy skontrolować, czy:

• wyłączniki Q₁ i Q₂ są wyłączone,

• autotransformatory AT1 i AT2 są ustawione na minimalną wartość napięcia wyjściowego,

• wyłącznik sterowania przemiennika jest w pozycji „wyłączony”,

• potencjometr sterowania przemiennika ustawiony jest na minimum,

• elektrody rezystora wodnego wynurzone są z wody.

Po sprawdzeniu poprawności ustawień w układzie należy:

• wyłącznikiem Q₁ znajdującym się na tablicy laboratoryjnej, podać napięcie przemienne na autotransformatory AT1 i AT2,

• autotransformatorem AT1 ustawić wartość napięcia U=220V zasilającego przemiennik częstotliwości (woltomierz V),

• autotransformatorem AT2 sprawdzić działanie obwodu wzbudzenia prądnicy hamowniczej (wymagany zakres regulacji I_m=0÷I_mn), sprawdzenie zakończyć nastawą I_m=0,

• wyłącznikiem Q₂ przyłączyć silnik do przemiennika częstotliwości,

• załączyć przemiennik wyłącznikiem sterowania,

• za pomocą potencjometru sterowania przemiennikiem ustawić wartość częstotliwości napięcia zasilającego na 50 Hz (uzyskujemy w ten sposób tzw. rozruch częstotliwościowy silnika),

• zanurzyć częściowo elektrody rezystora wodnego,

• dokonać próbnego obciążenie silnika zwiększając autotransformatorem AT2 prąd wzbudzenia prądnicy hamowniczej (próbę zakończyć nastawą I_m=0).

Tak uruchomiony układ gotowy jest do wykonywania pomiarów.

3. Pomiar charakterystyk mechanicznych

Lp.	Pomiary						Obliczenia
		U1	I1	Pw	U2	I2	N	P1	P	η	Cosϕ	M
		V	A	W	V	A	Obr/min	W	W	%	-	Nm
F1=50Hz
1	210	4	100	0	0	1400	300	0	0	0,21	0
2	210	4	150	290	0,5	1400	450	145,7	32,4	0,31	0,99
3	210	4	250	280	1,5	1400	750	426,3	56,8	0,52	2,91
4	210	4	300	280	2	1400	900	571,2	63,5	0,62	3,90
5	210	5	400	270	3	1400	1200	835,2	69,6	0,66	5,71
6	200	6	550	260	4	1400	1650	1084,8	65,7	0,79	7,41
7	200	6,5	650	250	5	1400	1950	1320,0	67,7	0,87	9,02
8	200	7,5	750	245	6	1400	2250	1570,8	69,8	0,87	10,74
F2=40Hz
1	175	4	100	0	0	1200	300	0	0	0,25	0
2	175	4,2	180	220	1	1200	540	222,8	41,3	0,42	1,77
3	175	4,5	250	220	2	1200	750	451,2	60,2	0,55	3,59
4	175	5	330	215	3	1200	990	670,2	67,7	0,65	5,34
5	175	5,5	400	210	3,5	1200	1200	769,3	64,1	0,72	6,13
6	180	5,5	430	210	4	1200	1290	884,8	68,6	0,75	7,04
7	180	6,3	520	200	5	1200	1560	1070,0	68,6	0,80	8,52
8	180	7,1	620	190	6	1200	1860	1240,8	66,7	0,84	9,88
F3=30Hz
1	140	4,5	100	0	0	900	300	0	0	0,28	0
2	140	4,5	150	165	1	900	450	167,8	37,3	0,41	1,78
3	140	4,8	180	165	1,5	900	540	253,8	47,0	0,46	2,69
4	140	4,9	210	160	2	900	630	331,2	52,6	0,53	3,52
5	140	5,2	270	160	3	900	810	505,2	62,4	0,64	5,36
6	140	5,7	340	150	4	900	1020	644,8	63,2	0,74	6,85
7	145	6,2	400	140	5	900	1200	770,0	64,2	0,77	8,17
8	145	7	490	140	6	900	1470	940,8	64,0	0,84	9,99

Przykładowe obliczenia:

Moc P pobierana z przemiennika częstotliwości przez silnik M:

P₁=3*P_w=3*100W=300W

Moc oddawana przez prądnicę hamowniczą P_h:

P_h=U₂*I₂=0V*0A=0W

Strata mocy w tworniku prądnicy hamowniczej ∆P_h

∆P_h=I₂²*R_th=(0A)²*2,8
=0W

Moc na wale silnika ( bez uwzględnienia strat mechanicznych i strat w żelazie w prądnicy hamowniczej)

P=P_h+∆P_h=0W+0W=0W

Sprawność silnika trójfazowego zasilanego za pomocą przemiennika częstotliwości:

Moment napędowy M silnika trójfazowego:

gdzie: M-moment na wale badanego silnika, Nm

P- moc na wale silnika, W

n- prędkość obrotowa silnika. obr/s

Mnśr=5,05 Nm
F	N	ηśr
Hz	Obr/min	%
50	1400	53,2
40	1200	54,7
30	900	48,8

Wnioski:

Sprawność silnika jako stosunek mocy na jego wale do mocy czynnej pobieranej z sieci zależy od obciążenia Przy biegu jałowym wynosi zero Jak widać z tabeli powyżej sprawność silnika w tym przypadku zależy w niewielkim stopniu od częstotliwości i prędkości obrotowej

Sprawność silnika jest podobna dla różnych prędkości obrotowych i czętotliwości.

4.Regulacja prędkości obrotowej

Lp.	Pomiary							Obliczenia
		f	U1	I1	Pw	U2	I2	n	P1	P	η	Cosϕ	M
		Hz	V	A	W	V	A	Obr/min	W	W	%	-	Nm
M1=0(I2=0 A;I3=0 A)
1	5	30	5	50	2,5	0	200	150	0	0	0,58	0
2	10	51	5,4	60	5	0	300	180	0	0	0,38	0
3	15	78	5,5	80	7	0	450	240	0	0	0,32	0
4	20	98	5,3	80	9	0	600	240	0	0	0,27	0
5	30	140	4,8	80	15	0	900	240	0	0	0,21	0
6	40	175	4,2	80	20	0	1200	240	0	0	0,19	0
7	50	215	4	80	25	0	1500	240	0	0	0,16	0
8	60	220	3	80	25	0	1700	240	0	0	0,21	0
Dla f<fn M2=const (I2=2 A;I3=0,4A)
1	10	60	5	100	50	2	300	300	111,2	37,1	0,58	3,54
2	15	80	5,2	140	75	2	400	420	161,2	38,4	0,58	3,85
3	20	100	5,2	150	110	2	600	450	231,2	51,4	0,50	3,68
4	25	120	5	180	130	2	700	540	271,2	50,2	0,52	3,70
5	30	140	4,9	200	160	2	900	600	331,2	55,2	0,51	3,52
6	40	175	4,5	260	220	2	1200	780	451,2	57,8	0,57	3,59
7	50	210	4,3	300	270	2	1400	810	551,2	68,0	0,52	3,76
8	60	215	4,3	310	300	2	1700	900	611,2	67,9	0,56	3,44
Dla f<fn M3=const (I2=3A; I3=0,4A)
1	10	55	5,2	120	49	3	300	360	172,2	47,8	0,73	5,48
2	15	70	5,5	180	70	3	400	540	235,2	43,6	0,81	5,61
3	20	100	5,4	210	100	3	600	630	325,2	51,6	0,67	5,18
4	25	120	5,3	240	130	3	700	720	415,2	57,7	0,65	5,67
5	30	140	5,4	300	155	3	850	900	490,2	54,5	0,69	5,51
6	40	175	4,9	320	210	3	1150	960	655,2	68,3	0,65	5,44
7	50	210	4,8	410	270	3	1400	1230	835,2	67,9	0,71	5,70
8	60	220	4,8	480	300	3	1600	1440	925,2	64,3	0,79	5,52

Przykładowe obliczenia:

Moc P pobierana z przemiennika częstotliwości przez silnik M:

P₁=3*P_w=3*100W=300W

Moc oddawana przez prądnicę hamowniczą P_h:

P_h=U₂*I₂=0V*0A=0W

Strata mocy w tworniku prądnicy hamowniczej ∆P_h

∆P_h=I₂²*R_th=(0A)²*2,8V/A=OW

Moc na wale silnika ( bez uwzględnienia strat mechanicznych i strat w żelazie w prądnicy hamowniczej)

P=P_h+∆P_h=0W+0W=)W

Sprawność silnika trójfazowego zasilanego za pomocą przemiennika częstotliwości:

Moment napędowy M silnika trójfazowego:

gdzie: M-moment na wale badanego silnika, Nm

P- moc na wale silnika, W

n- prędkość obrotowa silnika. obr/s

Wnioski:

Na podstawie uzyskanych wyników możemy stwierdzić, że prędkość obrotowa silnika zależy od częstotliwości. Wraz ze wzrostem częstotliwości można zaobserwować zwiększenie prędkość obrotowa silnika.

Ze względu na wytwarzany przez silnik moment napędowy regulacja prędkości obrotowej jest najkorzystniejsza wtedy, gdy odbywa się przy stałej znamionowej wartości strumienia magnetycznego. Warunek stałości strumienia magnetycznego może być zachowany przy powiększaniu częstotliwości, a tym samym i wartości napięcia zasilającego do wartości znamionowych.

Wykaz przyrządów i aparatury:

V E2/P3/176

V E2/P3/171

V E2/P3/118

A E2/P3?261

A E2/P3/6

A E2/P3/75

A E2/P3?94

W E2/P3/276

1

1

---