Politechnika Śląska Wydział Elektryczny

Laboratorium Maszyn Elektrycznych

Temat ćwiczenia i nr Silnik indukcyjny pierścieniowy trójfazowy (201)

Rodzaj studiów	Rok akademicki	Semestr	Grupa	Sekcja
ddinż.	2006/2007	V		EM-42

Data realizacji ćwiczenia

2006-11-8

Prowadzący

1. Cel i program przeprowadzonego ćwiczenia:

Naszym zadaniem było stwierdzenie stopnia wykorzystania obwodu magnetycznego

i elektrycznego oraz wyznaczenie właściwości silnika indukcyjnego pierścieniowego trójfazowego w różnych stanach pracy.

Właściwości silnika indukcyjnego określa się za pomocą charakterystyk biegu jałowego, zwarcia oraz charakterystyk elektromechanicznych i regulacyjnych.

Program ćwiczenia:

• pomiar rezystancji uzwojeń silnika,

• wyznaczanie początków i końców uzwojeń silnika,

• pomiar przekładni napięciowej silnika,

• przeprowadzenie rozruchu,

• pomiary przy biegu jałowym silnika,

• pomiary przy zwarciu silnika.

2. Pomiary:

Dane znamionowe badanego silnika:

Moc znamionowa	Pn = 5,6 kW
Napięcie znamionowe stojana	U1n = 380 V / 220 V
Prąd znamionowy stojana	I1n = 13,5 / 23,8 A
Częstotliwość znamionowa stojana	f1n = 50 Hz
Znamionowy współczynnik mocy	cosφ = 0,82
Prędkość znamionowa wirnika	nn = 930 ^obr./min
Napięcie znamionowe wirnika	U2n = 101 V
Prąd znamionowy wirnika	I2n = 39,7 A

• Pomiar rezystancji uzwojeń silnika:

Pomiar ten wykonano w celu wykrycia podstawowych uszkodzeń uzwojeń oraz w celu dostarczenia danych niezbędnych przy obliczaniu charakterystyk ruchowych silnika indukcyjnego. W ćwiczeniu pomiary te były wykonywane metodą techniczną, stosując układ poprawnie mierzonego napięcia.

Przyjęta temperatura początkowa uzwojenia τ_o =20°C

R_x - uzwojenie badane

Oszacowana rezystancja stojana:

Oszacowana rezystancja wirnika:

Lp.	Uzwojenie Badane		Wielkości zmierzone		Wielkości obliczone
						U	I	RxO	ROśr	RAO RaO	RBO RbO	RCO RcO	R1f R2f	R1pO R2pO	R1p75 R2p75
						V	A	Ω	Ω	Ω	Ω	Ω	Ω	Ω	Ω
1.	STOJANA	U-X	1,114	1,3	0,86	0,865	0,865	0,892	0,895	0,884	0,884	1,07
2.					1,666								1,92	0,87
3.				V-Y	1,723								1,95	0,88	0,892
4.					1,086								1,2	0,905
5.				W-Z	1,080								1,2	0,9	0,895
6.					1,603								1,8	0,89
7.			WIRNIKA	u-v	0,407								1,9	0,214	0,2185	0,1105	0,108	0,1055	0,108	0,108	0,131
8.					0,267								1,2	0,223
9.				u-w	0,263								1,2	0,219	0,216
10.					0,383								1,8	0,213
11.				v-w	0,376								1,8	0,208	0,2135
12.					0,230								1,05	0,219

R(_AO, _BO, _CO, _aO, _{bO, cO}) - rezystancje fazowe;

R_1f, R_2f - średnia rezystancja fazy uzwojenia w temperaturze początkowej;

R_1pO, R_2pO - rezystancja reprezentująca w schemacie zastępczym maszyny straty podstawowe w uzwojeniu;

R_1p75, R_2p75 - rezystancja przeliczona na temperaturę 75^oC.

• Wyznaczanie początków i końców uzwojeń silnika:

Znajomość początków i końców uzwojeń silnika indukcyjnego jest konieczne dla prawidłowego łączenia uzwojeń silnika w gwiazdę lub w trójkąt. Wyznaczenie początków i końców uzwojeń silnika indukcyjnego wykonano metodą przy użyciu źródła prądu przemiennego.

Napięcie zasilania U_z = 133 V

Lp.	Schemat połączenia uzwojeń	U	UAB	UAC	UBC	UAX	UBY	UCZ	Zaciski uzwojenia jednoimienne
				V	V	V	V	V	V	V	początki	końce
1.		133	182	182	1	133	48	49	A, B, C	X, Y, Z
2.		133	180	83	97	132	48	49	A, B	X, Y
																		Cewka 3 została odwrócona

• Pomiar przekładni napięciowej silnika:

Przekładnię napięciową maszyny indukcyjnej pierścieniowej wyznacza się z pomiaru napięć międzyprzewodowych uzwojenia stojana i wirnika przy zahamowanym wirniku. Pomiary wykonano zasilając uzwojenie stojana napięciem trójfazowym symetrycznym przy otwartym uzwojeniu wirnika i zasilając uzwojenie wirnika napięciem trójfazowym symetrycznym przy otwartym uzwojeniu stojana.

Lp.	Zasilane uzwojenie	Wielkości zmierzone
				Uz	UAB	UBC	UCA	Uab	Ubc	Uca
				V	V	V	V	V	V	V
1.		stojana A-B-C	390	390	390	387	104,45	103,38	104,25
2.			352	351	351	348	94,33	92,86	93,41
3.			310	310	310	309	83,05	82,2	82,62
4.		wirnika a-b-c	48,46	161	162	164	48,04	47,6	47,9
5.			73,6	245	247	249	73,4	74,01	72,95
6.			99,8	332	335	336	99,8	99,67	100,34

Lp.	Zasilane uzwojenie	Wielkości obliczone
				U1	U2	^*u	^**u	^*uśr	^**uśr	u	C1
				V	V	-	-	-	-	-	-
1.		stojana A-B-C	389	104,03	3,74	-	3,74	-	3,56	1,05
2.			350	93,53	3,74	-
3.			309,67	82,62	3,75	-
4.		wirnika a-b-c	162,33	47,85	-	3,39					-	3,37
5.			247	73,45	-	3,36
6.			334,33	99,94	-	3,35

U₁ i U₂- wartość średnia napięcia międzyprzewodowego uzwojenia stojana i wirnika;

^*_u i
^**_u - stosunek napięć międzyprzewodowych uzwojenia stojana i wirnika przy zasilaniu stojana i przy zasilaniu wirnika;

^*_uśr i
^**_uśr - wartości średnie stosunku napięć międzyprzewodowych przy różnym zasilaniu;

_u - przekładnia napięciowa silnika indukcyjnego;

C₁ - współczynnik schematu zastępczego maszyny.

• Przeprowadzenie rozruchu:

1. Przyłączono rozrusznik do zacisków uzwojenia wirnika;

2. Ustawiono rozrusznik w pozycji „rozruch” (największa rezystancja);

3. Rozwarto pierścienie wirnika silnika (za pomocą urządzenia do zwierania pierścieni i podnoszenia szczotek);

4. Załączono silnik na napięcie znamionowe przy znamionowej częstotliwości;

5. Stopniowo zmniejszano rezystancję do momentu zwarcia rozrusznika;

6. Zwarto pierścienie ślizgowe (położenie - „praca”);

7. Rączkę rozrusznika nastawiono w pozycji „rozruch”.

8. Odłączono silnik.

• Pomiary przy biegu jałowym silnika:

Pomiary te wykonano w celu sprawdzenia pracy silnika bez obciążenia, określenia właściwości obwodu magnetycznego, określenia strat jałowych maszyny, wyznaczenia niektórych parametrów schematu zastępczego.

Wykorzystana przekładnia: ¹⁰/₅ = 2

Lp.	Wielkości zmierzone
		Uz	nn	UAB	UBC	UCA	IA	IC	PI (-)	PII
		V	obr/min	V	V	V	A	A	W	W
1.	430	940	426	427	428	10,4	10	1200	2160
2.	387	940	388	387	389	8,8	8,4	1180	1960
3.	361	940	362	361	362	7,8	7,6	980	1680
4.	331	940	332	332	333	7	6,8	780	1400
5.	304	940	304	303	304	6,4	6,2	620	1160
6.	276	940	276	274	277	5,6	5,6	470	960
7.	230	940	230	229	230	4,6	4,6	290	680
8.	191	940	191	192	191	4	4	180	510
9.	132	940	132	132	132	3	2,8	30	295

U_1O =
- napięcie międzyprzewodowe uzwojenia stojana ;

I_1O =
- prąd uzwojenia stojana;

P_1O = P_I + P_II - moc czynna pobrana z sieci;

cosϕ_1O =- współczynnik mocy silnika na biegu jałowym;

sinϕ_1O =

I_μ = I_1O sinϕ_1O - prąd magnesujący silnika;

ΔP_j = P_1O - 3R_1f I² _1Of - straty jałowe silnika;

ΔP_F = ΔP_j -ΔP_m - straty w rdzeniu stojana ;

ΔP_m - straty mechaniczne wyznaczone z charakterystyki ΔP_j = f(U²_1O );

R_F = ()^0,7 ; X_μ = () - parametry gałęzi poprzecznej schematu zastępczego maszyny.

Lp.	Wielkości obliczone
		U1O	U^21O	I1O	P1O	cosφ1O	Iμ	၄Pj	၄PF	၄Pm	RF	Xμ
		V	V^2	A	W	-	A	W	W	W	Ω	Ω
1.	427	182329	10,2	960	0,13	10,17	684,09	494,09	190	369,02	24,37
2.	388	150544	8,6	780	0,13	8,52	583,86	393,86	190	382,23	26,29
3.	361,7	130802,8	7,7	700	0,15	7,62	542,76	352,76	190	370,8	27,41
4.	332,3	110445,4	6,9	620	0,16	6,82	493,74	303,74	190	363,62	28,15
5.	303,7	92213,44	6,3	540	0,16	6,22	434,74	244,74	190	376,78	28,21
6.	275,7	75992,11	5,6	490	0,18	5,51	406,83	216,83	190	350,46	28,91
7.	229,7	52746,78	4,6	390	0,21	4,49	333,88	143,88	190	366,59	29,5
8.	191,3	36608,44	4	330	0,25	3,87	287,57	97,57	190	375,21	28,51
9.	132	17424	2,9	265	0,4	2,66	242,7	52,7	190	330,65	28,67

• Pomiary przy zwarciu silnika:

Pomiar ten wykonano w celu sprawdzenia własności ruchowych silnika, wyznaczenie strat w uzwojeniach i sprawdzania symetrii uzwojeń, oraz wyznaczenie niektórych parametrów schematu zastępczego. W stanie zwarcia wirnik silnika indukcyjnego jest zahamowany. Pomiar wykonano przy zasilaniu jednego z uzwojeń maszyny napięciem trójfazowym symetrycznym przy zwarciu uzwojenia drugiego.

Wykorzystana przekładnia: ²⁰/₅ = 4

Lp.	Wielkości zmierzone
		UAB	UBC	UCA	IA	IC	PI	PII
		V	V	V	A	A	W	W
1.	96	95	96	16	16	60	1310
2.	83	83	84	14	14	60	1020
3.	73	73	74	12,4	12,4	30	780
4.	63	63	63	10,4	10,4	35	575
5.	52	52	52	8,8	8,8	30	400
6.	46	46	46	8	8	20	320
7.	39	39	39	6,4	6,4	10	225
8.	33	33	33	6	5,6	10	165
9.	28	28	28	4,8	4,8	10	120

U_1z =
- napięcie międzyprzewodowe uzwojenia stojana;

I_1z =
- prąd uzwojenia stojana;

P_1z = P_I + P_II - moc czynna pobrana z sieci;

cosϕ_1z =- współczynnik mocy silnika przy zwarciu;

sinϕ_1z = ;

Z_1z = ; R_1z = Z_1z cosϕ_1z; X_1z = Z_1z sinϕ_1z - impedancja, rezystancja, reaktancja wejściowa;

R₁ = R_1z; R'₂ = R₁; X_s1≈X'_s2 = X_1z - parametry wzdłużne schematu zastępczego maszyny

I_1zn - prąd zwarcia silnika zasilanego napięciem znamionowym oszacowany na podstawie charakterystyki

I_1z = f(U_1z)

Lp.	Wielkości obliczone
		U1z	I1z	P1z	cosϕ1z	Z1z	R1z	X1z	R1	R'2	Xs1≈Xs2	I1zn
		V	A	W	-	Ω	Ω	Ω	Ω	Ω	Ω	A
1.	95,7	16	1370	0,52	3,45	1,78	2,96	0,89	0,89	1,478	65,1
2.	83,3	14	1080	0,53	3,44	1,84	2,90	0,92	0,92	1,452
3.	73,3	12,4	810	0,51	3,41	1,76	2,93	0,88	0,88	1,464
4.	63	10,4	610	0,54	3,50	1,88	2,95	0,94	0,94	1,475
5.	52	8,8	430	0,54	3,41	1,85	2,87	0,93	0,93	1,433
6.	46	8	340	0,53	3,32	1,77	2,81	0,89	0,89	1,404
7.	39	6,4	235	0,54	3,52	1,91	2,95	0,96	0,96	1,477
8.	33	5,8	175	0,53	3,28	1,73	2,79	0,87	0,87	1,395
9.	28	4,8	130	0,56	3,37	1,88	2,79	0,94	0,94	1,397

4. Schemat zastępczy:

Parametry poprzeczne schematu zastępczego:
;

Parametry wzdłużne schematu zastępczego:

Reaktancja rozproszenia uzwojeń:

Rezystancje uzwojeń maszyny zmierzone prądem stałym przeliczone na temperaturę
:

4. Wnioski:

• Pomiar rezystancji uzwojeń silnika:

Pomiary rezystancji przeprowadziliśmy za pomocą metody technicznej po uprzednim wyznaczeniu wartości szacunkowych, które pozwoliły nam zastosować układ poprawnie mierzonego napięcia. Rezystancja fazowa stojana jest większa od rezystancji wirnika.

• Wyznaczanie początków i końców uzwojeń silnika:

Wyznaczania początków i końców uzwojeń silnika dokonaliśmy w celu możliwości prawidłowego łączenia uzwojeń silnika w gwiazdę i trójkąt, co było niezbędne podczas przeprowadzania dalszych pomiarów.

• Pomiar przekładni napięciowej silnika:

Przekładnię mierzyliśmy zasilając kolejno uzwojenie stojana oraz wirnika, a następnie uśredniliśmy wynik. Przekładnia napięciowa wyniosła
.

• Przeprowadzenie rozruchu:

Rozruch badanego silnika indukcyjnego przeprowadziliśmy przy pomocy dodatkowego nastawnego rezystora trójfazowego włączonego w obwód wirnika (tzw. rozrusznika). Podczas rozruchu uzwojenie stojana było zasilane napięciem znamionowym, przy stopniowym zmniejszaniu rezystancji dodatkowej wirnika silnik zaczynał się rozpędzać, aż do osiągnięcia prędkości pracy ustalonej. Po rozpędzeniu silnika zwieraliśmy pierścienie wirnika.

• Pomiary przy biegu jałowym silnika:

Z charakterystyk wykreślonych na podstawie przeprowadzonych pomiarów widzimy, że wraz z wzrostem napięcia międzyprzewodowego stojana wzrasta prąd uzwojenia stojana oraz moc czynna pobierana z sieci. Ze wzrostem tego napięcia wzrastają również straty jałowe silnika. Można też zauważyć, że straty te są nieznacznie mniejsze niż moc czynna pobierana z sieci. Z charakterystyki ΔP_j = f( U² _1O ) widzimy, że straty mechaniczne przyjmują stałą wartość, natomiast straty w rdzeniu stojana zmieniają się z zależnością

ΔP_F = ΔP_j - ΔP_m (im większe straty jałowe, tym większe straty w rdzeniu). Współczynnik mocy cosϕ_1O maleje wraz ze wzrostem napięcia U_1O. Otrzymane przez nas charakterystyki są zgodne z oczekiwaniami teoretycznymi.

Przy pomiarach biegu jałowego możemy także określić stopień wyzyskania obwodu magnetycznego silnika - na podstawie charakterystyki I₁₀=f(U₁₀) według zależności:

• Pomiary przy zwarciu silnika:

W stanie zwarcia prąd uzwojenia stojana narasta liniowo wraz ze wzrostem napięcia. Moc czynna pobierana z sieci zachowuje się podobnie jak w stanie jałowym - narasta wykładniczo. Współczynnik mocy jest utrzymuje się w granicy 0,51- 0,56.

Otrzymane charakterystyki tak jak dla biegu jałowego są zgodne z charakterystykami zawartymi w instrukcji.

Silnik indukcyjny pierścieniowy trójfazowy (201)

Strona 6 z 14

U

R_x

V

R_r

A

W2

I

W1

(-)

(+)

---