POLITECHNIKA WROCŁAWSKA
INSTYTUT MASZYN NAPĘDÓW I POMIARÓW
ELEKTRYCZNYCH
LABORATORIUM MASZYN I URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH
ĆWICZENIE NR 13
UKŁAD NAPĘDOWY Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM
I FALOWNIKIEM NAPIĘCIA
Wydział: W-9 |
Rok akademicki: 2009/2010 |
Rok studiów: II |
Skład grupy:
1. Jolanta Firla 173340 2. Maria Bartczyk 173366 3.Mateusz Kranc 173356 4.Piotr Sacha 173297 5.Barbara Zając 173344 6.Agnieszka Żuraw 173342
|
Data wykonania: 20.05.2010 |
Semestr: 4 - letni |
|
Data oddania: 27.05.2010 |
Zaliczenie:
|
|
Uwagi: |
Cel i zakres ćwiczenia
Celem ćwiczenia było zapoznanie się z działaniem silnika klatkowego, sterowaniem jego prędkością przez zmianę częstotliwości napięcia oraz poznanie podstawowych zależności, które określają silnik klatkowy częstotliwościowo. Zadaniem było wyznaczenie charakterystyk silnika klatkowego zasilanego z falownika napięcia oraz zapoznanie się z przebiegami napięcia i prądu wyjściowego z falownika napięcia.
Schemat stanowiska
Rys.1. Schemat układu z silnikiem indukcyjnym klatkowym zasilanym falownikiem z podłączonymi przyrządami do pomiarów.
Spis przyrządów i obiektów badanych
Silnik INDUKCYJNY KLATKOWY typ Sg80L4F nr fabr. 944301
Silnik prądu stałego typ PKMa 21b/111 nr fabr. 210111
(w ćwiczeniu jako prądnica obciążająca)
(straty całego zestawu przy
)
- watomierz poboru mocy; klasa 0,5; zakresy U:100, 200, 400V; zakresy I: 2,5; 5A; il. działek: 100; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 3340;
- woltomierz spadków napięcia prądu przemiennego; klasa 0,5; zakresy: 75, 150, 300, 600V; il. działek: 75; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 1419;
- woltomierz spadków napięcia prądu przemiennego; klasa 0,5; zakresy: 75, 150, 300, 600V; il. działek: 75; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 1276;
- woltomierz spadków napięcia prądu stałego; klasa 1; zakresy: 150, 300, 750V; il. dziełek: 75; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 EW-02/01;
- amperomierz prądu przemiennego; klasa 0,5; zakresy: 2,5; 5A; il. działek: 50; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 2987;
- amperomierz prądu przemiennego; klasa 0,5; zakresy: 3, 6A; il. działek: 60; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 3169;
- amperomierz prądu stałego; klasa 1; zakresy: 0,75; 1,5; 3A; il. działek: 75; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 509;
- amperomierz prądu stałego; klasa 0,5; zakresy: 7,5; 15, 30A; il. działek: 75; pozycja pracy: pozioma; nr inwentarzowy: I-29 IVa 284;
- miernik pomiaru prędkości obrotowej NT1; obr/min; klasa 0.05; nr inwentarzowy: I-29 IVa 2234;
- wskaźnik momentu obrotowego siły; klasa 1,5; zakres: 0,5 - 10Nm; nr inwentarzowy: I-29 T-959;
- falownik Lenze 8300 T-810.
Wyznaczenie charakterystyk sterowania napędu
Tabela
Tab.1. Tabela z wynikami pomiarów liczby obrotów oraz napięcia międzyfazowego dla zadanej częstotliwości falownika
Lp. |
|
|
|
|
|
Hz |
obr/min |
V |
rad/s |
1 |
5,1 |
144 |
110 |
15,08 |
2 |
10,0 |
296 |
180 |
31,00 |
3 |
15,1 |
447 |
230 |
46,81 |
4 |
20,0 |
596 |
260 |
62,41 |
5 |
25,1 |
747 |
300 |
78,23 |
6 |
30,0 |
896 |
320 |
93,83 |
7 |
35,1 |
1046 |
350 |
109,54 |
8 |
40,0 |
1194 |
380 |
125,04 |
9 |
45,1 |
1345 |
410 |
140,85 |
10 |
50,0 |
1492 |
400 |
156,24 |
Przykładowe obliczenia
Wartość pulsacji stojana
w tab. 1:
pomiar 1.:
Wykres
a
b
Rys. 2. Zależność napięcia wyjściowego międzyfazowego od zadanej częstotliwości
:
a) punkty pomiarowe, b) linia trendu - krzywa
Komentarz
W czasie pomiarów częstotliwość była zwiększana od 5 Hz do 50Hz. Pomiary zostały przeprowadzone 10 razy, co pozwoliło wyznaczyć charakterystykę napędu przy biegu jałowym. Wyniki pomiarów na wykresie można zobrazować jako krzywą wielomianową. Wraz ze wzrostem częstotliwości napięcie międzyfazowe wzrasta.
Wyznaczenie charakterystyk mechanicznych napędu
Tabele
Tab.2. Tabela z wynikami pomiarów dla częstotliwości stojana 50Hz
Lp. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nm |
V |
A |
W |
V |
A |
A |
V |
A |
obr/min |
rad/s |
% |
1 |
9,6 |
215 |
3,8 |
680 |
390 |
3,7 |
0,75 |
184 |
6,8 |
1413 |
147,97 |
69,6 |
2 |
9,0 |
215 |
3,6 |
640 |
390 |
3,5 |
0,75 |
184 |
6,4 |
1418 |
148,49 |
69,6 |
3 |
8,0 |
215 |
3,3 |
570 |
390 |
3,3 |
0,75 |
188 |
5,7 |
1428 |
149,54 |
70,0 |
4 |
7,0 |
215 |
2,8 |
500 |
400 |
3,0 |
0,75 |
188 |
4,8 |
1440 |
150,80 |
70,4 |
5 |
6,0 |
215 |
2,5 |
430 |
400 |
2,80 |
0,75 |
192 |
4,0 |
1450 |
151,84 |
70,6 |
6 |
5,0 |
215 |
2,2 |
380 |
400 |
2,60 |
0,75 |
196 |
3,4 |
1459 |
152,79 |
67,0 |
7 |
4,0 |
215 |
1,9 |
320 |
400 |
2,55 |
0,75 |
196 |
2,6 |
1466 |
153,52 |
64,0 |
8 |
3,0 |
215 |
1,5 |
260 |
410 |
2,45 |
0,75 |
200 |
1,8 |
1474 |
154,36 |
59,4 |
9 |
2,0 |
215 |
1,2 |
200 |
410 |
2,45 |
0,75 |
200 |
0,9 |
1482 |
155,19 |
51,7 |
10 |
1,1 |
215 |
0,95 |
155 |
410 |
2,45 |
0,75 |
204 |
0,3 |
1489 |
155,93 |
36,9 |
Tab.3. Tabela z wynikami pomiarów dla częstotliwości stojana 30Hz
Lp. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nm |
V |
A |
W |
V |
A |
A |
V |
A |
obr/min |
rad/s |
% |
1 |
9,6 |
215 |
2,6 |
450 |
310 |
3,7 |
0,75 |
96 |
7,1 |
823 |
86,18 |
61,3 |
2 |
9,0 |
215 |
2,45 |
420 |
300 |
3,5 |
0,75 |
100 |
6,6 |
829 |
86,81 |
62,0 |
3 |
7,8 |
215 |
2,20 |
380 |
310 |
3,3 |
0,75 |
100 |
5,7 |
840 |
87,96 |
60,2 |
4 |
7,0 |
215 |
2,00 |
350 |
310 |
3,2 |
0,75 |
104 |
5,1 |
848 |
88,80 |
59,2 |
5 |
6,0 |
215 |
1,80 |
300 |
310 |
3,1 |
0,75 |
108 |
4,2 |
857 |
89,74 |
59,8 |
6 |
5,0 |
215 |
1,60 |
270 |
310 |
3,0 |
0,75 |
112 |
3,4 |
866 |
90,69 |
56,0 |
7 |
4,0 |
220 |
1,50 |
250 |
310 |
3,0 |
0,75 |
112 |
2,7 |
872 |
91,32 |
48,7 |
8 |
3,0 |
220 |
1,20 |
210 |
320 |
3,1 |
0,75 |
116 |
1,8 |
879 |
92,05 |
43,8 |
9 |
2,0 |
220 |
1,10 |
190 |
320 |
3,2 |
0,75 |
116 |
1,0 |
885 |
92,68 |
32,5 |
10 |
1,0 |
220 |
0,95 |
160 |
320 |
3,4 |
0,75 |
120 |
0,2 |
891 |
93,31 |
19,4 |
Tab.4. Tabela z wynikami pomiarów częstotliwości stojana 50Hz - nawrót
Lp. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nm |
V |
A |
W |
V |
A |
A |
V |
A |
obr/min |
rad/s |
% |
1 |
-10,0 |
215 |
3,8 |
700 |
390 |
3,7 |
0,75 |
176 |
7,2 |
-1408 |
-147,45 |
70,2 |
2 |
-9,0 |
215 |
3,4 |
610 |
390 |
3,4 |
0,75 |
180 |
6,3 |
-1423 |
-149,02 |
73,3 |
3 |
-8,0 |
215 |
3,0 |
530 |
390 |
3,1 |
0,75 |
184 |
5,3 |
-1435 |
-150,27 |
75,6 |
4 |
-6,8 |
215 |
2,7 |
470 |
400 |
2,9 |
0,75 |
188 |
4,5 |
-1444 |
-151,22 |
72,9 |
5 |
-6,0 |
215 |
2,4 |
410 |
400 |
2,7 |
0,75 |
192 |
3,8 |
-1453 |
-152,16 |
74,2 |
6 |
-5,0 |
215 |
2,0 |
350 |
400 |
2,6 |
0,75 |
196 |
3,0 |
-1463 |
-153,21 |
73,0 |
7 |
-4,0 |
215 |
1,7 |
300 |
410 |
2,5 |
0,75 |
200 |
2,2 |
-1471 |
-154,04 |
68,5 |
8 |
-3,0 |
215 |
1,4 |
240 |
410 |
2,4 |
0,75 |
204 |
1,4 |
-1478 |
-154,78 |
64,5 |
9 |
-2,0 |
215 |
1,1 |
180 |
410 |
2,4 |
0,75 |
208 |
0,5 |
-1486 |
-155,61 |
57,6 |
10 |
-1,6 |
215 |
1,0 |
170 |
410 |
2,45 |
0,75 |
208 |
0,3 |
-1488 |
-155,82 |
48,9 |
Przykładowe obliczenia
Wartość pulsacji w tab. 2, tab. 3 oraz tab. 4 jest obliczana z zależności jak w tab.1.
Sprawność całego układu napędowego jest zależnością pomiędzy dostarczoną mocą i otrzymaną
tab. 3, pomiar 1.:
Wykres
a
b
c
Rys. 3. Charakterystyki mechaniczne silnika klatkowego: a) dla częstotliwości 50Hz,
b) dla częstotliwości 30Hz, c) dla częstotliwości 50Hz dla nawrotu
Komentarz
W badanym zakresie charakterystyki mechaniczne dla różnych częstotliwości są liniowe. Niewielkie odchylenia mogą wynikać z niedokładności urządzeń pomiarowych lub trochę błędnego odczytu. Dla częstotliwości 30Hz wykres zależności prędkości silnika od momentu jest przesunięty liniowo względem wykresu dla częstotliwości 50Hz. Dla niższej częstotliwości jest mniejsza prędkość. Dla danej częstotliwości (tutaj 50Hz) mierzone wielkości mają podobne wartości niezależnie od kierunku badania silnika. Wykresy odbite są względem środka układu współrzędnych.
Wnioski
Wyznaczone w doświadczeniu charakterystyki silnika klatkowego sterowanego falownikiem napięcia (rys. 2) są zbliżone do znanych charakterystyk teoretycznych. Świadczy to o poprawnym działaniu urządzeń oraz dobrym wykonaniu ćwiczenia.
Na podstawie zależności napięcia wyjściowego międzyfazowego od częstotliwości (charakterystyka sterowania napędu) można zauważyć, że chcąc zwiększyć prędkość silnika musimy zwiększyć częstotliwość. Można to osiągnąć dzięki użyciu falownika, który umożliwia sterowanie częstotliwościowe silników klatkowych.
W charakterystyce sterowania napędu przy końcowych wartościach częstotliwości napięcie maleje, co widać na wykresie jako delikatny uskok na końcu.
Z drugiej części ćwiczenia wynika, że dla zmniejszania momentu prędkość silnika wzrasta, co jest zobrazowane na rys. 3. Jest to charakterystyczne dla silników klatkowych.
Sprawność silnika jest wyższa dla większej częstotliwości. Dla 50Hz wynosi około 40-70%, a dla 30Hz tylko 20-60%. Wraz ze spadkiem wartości momentu spada także sprawność silnika.
W ćwiczeniu była badana tylko jedna faza, więc można było zmierzyć jedynie wartość mocy wejścia na tą fazę. Aby obliczyć sprawność całego układu wartość mocy wejścia należy pomnożyć razy 3. Zmniejsza to dokładność otrzymanych wyników, ale pozwala poznać przybliżoną sprawność silnika.
Na załączonych wykresach (rys. 4, rys. 5, rys. 6, rys. 7) widoczne jest, że podczas powstawania momentu obrotowego przebiegi prądów i napięć są sinusoidalne ze stała amplitudą dla każdej częstotliwości. Napięcie bardziej oscyluje, a prąd układa się na wykresie mniej więcej jako „lekko poszarpana” linia. Prąd jest opóźniony w fazie względem napięcia.