1. Program ćwiczenia

• pomiar charakterystyk biegu jałowego i rozdział strat jałowych

• wyznaczenie charakterystyk stanu zwarcia i obliczenie znamionowego prądu zwarcia

• pomiar charakterystyki
  przy obciążeniu bezpośrednim

• obliczenie charakterystyk elektromechanicznych

2. Cel i przebieg ćwiczenia

Zadaniem przeprowadzonego ćwiczenia było zapoznanie się z metodą wyznaczania charakterystyk elektromechanicznych silników indukcyjnych, bez konieczności używania do tego celu wyskalowanych urządzeń hamulcowych. Metoda ta jest pośrednia i zwana metodą strat poszczególnych.

Silnik badany był w trzech stanach pracy. Pomiary w stanie jałowym pozwoliły na wyznaczenie strat mechanicznych, strat w żelazie silnika oraz rozłożenie prądu jałowego na składowe czynną i bierną.

Pomiary przeprowadzone podczas stanu zwarcia silnika pozwalają na obliczenie krotności prądu i momentu rozruchowego. Wielkości zmierzone podczas stanu zwarcia zależą od wzajemnego położenia stojana i wirnika, ponieważ wraz ze zmianą położenia zmienia się przewodność strefy zębowej. Dlatego pomiary powinno przeprowadzić się dla trzech różnych położeń. Wartości powinno się uśrednić. W ćwiczeniu pomiary przeprowadzone zostały tylko dla jednego położenia.

Ostatnia część ćwiczenia obejmowała pomiary w stanie bezpośredniego obciążenia. W tym celu należało obciążenie silnika zasilanego napięciem znamionowym
zmniejszać od obciążenia, przy którym
do biegu jałowego. Na podstawie wyników należy wykreślić charakterystyki między prądem zasilającym a mocą dostarczaną
.

Pozostałe zadane wielkości obliczono na podstawie otrzymanych charakterystyk.

3. Schemat układu pomiarowego

Rys. 3.1. Układ połączeń silnika asynchronicznego

4. Tabele pomiarowe

Tabela 4.1. Pomiary charakterystyk stanu jałowego

Lp.	Uośr	Iośr	Po	cosϕo	ΔPobc	ΔPo	Iμ	Iow	ΔPm	ΔPFe
		[V]	[A]	[W]	[-]	[W]	[W]	[A]	[A]	[W]	[W]
1	450	6,90	560	0,104	135,7	424,3	6,86	0,72	125	299,3
2	400	5,66	400	0,102	91,3	308,7	5,63	0,58	125	183,7
3	350	4,16	360	0,142	49,3	310,7	4,12	0,59	125	185,7
4	295	3,25	280	0,169	30,1	249,9	3,20	0,55	125	124,9
5	251	2,66	260	0,225	20,2	239,8	2,59	0,60	125	114,8
6	200	2,13	240	0,325	12,9	227,1	2,01	0,69	125	102,1
7	170	1,80	216	0,408	9,2	206,8	1,64	0,73	125	81,8
8	140	1,54	188	0,503	6,8	181,2	1,33	0,77	125	56,2

Tabela 4.2. Pomiary charakterystyk stanu zwarcia

Lp.	Iz	Uz	Pz	cosϕz	kI	Mr	Izn	Uwagi
		[A]	[V]	[W]	[ -]	[-]	[Nm]		[A]
1	9,70	101	1110	0,65	4,73	83	37,6
2	7,93	84	760	0,66
3	6,73	72	540	0,64
4	5,63	60	385	0,66
5	4,06	44	210	0,68
6	2,88	33	110	0,67
7	2,00	24	55	0,66

Tabela 4.3. Pomiary podczas stanu obciążenia bezpośredniego

Lp.	U	I	P	M	n	cosϕ	ΔPob1
		[V]	[A]	[W]	[Nm}	[obr/min]	[-]	[W]
1	380	9,70	2040	30	1318	0,32	268
2	380	8,20	1960	25	1350	0,36	192
3	380	7,00	1880	19,6	1389	0,41	140
4	380	5,92	1800	14,8	1418	0,46	100
5	380	5,26	1520	10,2	1449	0,44	79
6	380	4,86	720	4,8	1476	0,23	67

Tabela 4.4 Charakterystyki elektromechaniczne

Lp.	U	I	P1	n	s	ΔPob1	ΔPd1	Pel	ΔPob2	P2	η	M
	[V]	[A]	[W]	obr/min	[-]	[W]	[W]	[W]	[W]	[W]	[-]	[Nm]
1	380	9,70	2040	1318	0,121	268	25,4	1562	189,0	1248,6	0,61	4,52
2	380	8,20	1960	1350	0,100	192	18,2	1934	193,4	1247,4	0,64	4,41
3	380	7,00	1880	1389	0,074	140	13,3	1911	141,4	1276,3	0,68	4,39
4	380	5,92	1800	1418	0,054	100	9,5	1875	101,3	1280,2	0,71	4,31
5	380	5,26	1520	1449	0,034	79	7,5	1618	55,0	1069,5	0,70	3,53
6	380	4,86	720	1476	0,016	67	6,4	830	13,3	324,3	0,45	1,05

Uwagi do tabeli 4.4.

5. Przykłady obliczeń

5.1. Stan jałowy (do tab. 4.1.)

-współczynnik mocy biegu jałowego

-straty obciążeniowe biegu jałowego

-straty jałowe

-składowe prądu
:

- prąd magnesujący (składowa bierna)

-składowa czynna

Straty mechaniczne określono na
. Straty mechaniczne silnika w stanie jałowym są stałe. Straty w rdzeniu ΔP_Fe=ΔP₀-ΔP_m.

5.2. Stan zwarcia (do tab. 4.2.)

Na podstawie charakterystyki
{wykres 2.1}wyznaczono
i
, oraz z charakterystyki
{wykres 2.2.}P_z1=900W.

-współczynnik mocy zwarcia

-znamionowy prąd zwarcia

-krotność znamionowego prądu zwarcia

-znamionowa moc zwarcia (U_n=U)

Moment obrotowy w stanie zwarcia M_zn , gdy U=U_n , obliczono określając straty obciążeniowe w wirniku ΔP_ob2 , które dla znamionowego prądu zwarcia w przybliżeniu wynoszą :

-straty obciążeniowe podstawowe

-moment obrotowy w stanie zwarcia przy U=U_n

5.3. Obciążenie bezpośrednie (do tab. 4.3.)

-współczynnik mocy

-straty obciążeniowe stojana

5.4. Charakterystyki elektromechaniczne (do tab. 4.4.)

-poślizg

-straty dodatkowe w uzwojeniu stojana wynikające z nierównomiernego rozkładu gęstości prądu w przekroju przewodu

-straty obciążeniowe wirnika

-moc elektromagnetyczna pola wirującego

-moc użyteczna na wale silnika

-sprawność

-moment obrotowy na wale silnika

6. Wnioski

Dla silnika indukcyjnego dokonano pomiarów w stanie biegu jałowego ,w stanie zwarcia i przy obciążeniu bezpośrednim. Pomiary przeprowadzone podczas biegu jałowego silnika umożliwiły wyznaczenie charakterystyk biegu jałowego oraz strat mocy. Dla U=U_n straty mechaniczne i straty w żelazie wynoszą odpowiednio ΔP_mn=200W , ΔP_Fen=130W. Przebieg wykreślonej charakterystyki prądu I_o=f(U_o) wynika ze składowych prądu (składowej biernej I_μ i składowej czynnej I_ow ). Ze wzrostem wartości napięcia składowa bierna I_μ rośnie szybko podczas gdy składowa czynna I_ow jest niemal funkcją liniową . Współczynnik mocy cosϕ_o dla biegu jałowego maleje wraz ze wzrostem napięcia i przy U=U_n wynosi cosϕ_o=0,11 .

Pomiary przeprowadzone w stanie zwarcia (s=1) pozwoliły na wyznaczenie charakterystyk I_z, P_z, cosϕ_z w funkcji U_z oraz na obliczenie znamionowego prądu zwarcia I_zn=37,6A i początkowego momentu rozruchowego silnika M_r=83Nm dla U=U_n. Paraboliczny przebieg P_z=f(U_z) wynika z faktu, iż moc w stanie zwarcia jest tracona jedynie na rezystancjach uzwojeń stojana i wirnika, bowiem napięcie zasilające a więc i indukcja są małe czyli pomijamy straty w rdzeniu a straty mechaniczne nie występują.

Straty w uzwojeniach są natomiast proporcjonalne do kwadratu prądu co powoduje, że przy prawie liniowej zależności I_z=f(U_z) otrzymujemy P_z=f(U_z²).

Wystąpił problem z wykreśleniem charakterystyk elektromechanicznych badanego silnika asynchronicznego. (Część ćwiczenia dotyczącą pomiaru charakterystyk stanu obciążenia bezpośredniego otrzymaliśmy od innej grupy). Jakkolwiek charakterystyki elektromechaniczne zbliżone są do oczekiwanych, nie jest możliwe odczytanie badanych wartości przy znamionowych warunkach obciążenia, czyli przy P₂=4kW.

---