PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA w Chełmie Instytut Nauk Technicznych i Lotnictwa Kierunek: Elektrotechnika IV rok VII semestr
LABORATORIUM Z NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO
		Temat: Regulacja prędkości kątowej indukcyjnego silnika pierścieniowego w podsynchronicznych kaskadach przekształtnikowych
Data: 21.12.2014		Ćwiczenie nr 19	Podpis

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyk silnika indukcyjnego pierścieniowego w układach kaskadowych.

Schemat pomiarowy

Pomiary wykonano w układzie przedstawionym na Rys.1.

Rys.1. Schemat układu laboratoryjnego do badania asynchronicznych kaskad zaworowych

Dane znamionowe

Silnik pierścieniowy Silnik prądu stałego Prądnica hamowania Transformator

P_n = 4 kW P_n = 7,5 kW P_n = 5,5 kW S_n = 6,6 kVA

U_n = 380 V U_n = 220 V U_n = 220 V U₁ = 380 V

I_n = 8,6 A I_n = 39,2 A I_n = 28,8 A I₁ = 10 A

n_n = 1426 obr/min n_n = 1450 obr/min n_n = 1450 obr/min U₂ = 127 V

E_n = 103 V I_m = 0,93 A I_m = 0,714 A I_Z = 30 A

I_w = 28 A Yy0

cosφ = 0,82

Wyznaczenie charakterystyk mechanicznych w układzie otwartym i zamkniętym (moment)

Tabela 1. Pomiary i obliczenia charakterystyki mechanicznej dla układu otwartego

	Pomiary							Obliczenia
		I1	U1	P1	Uω	Id	ItH	P2	ω	ΔPO	EH	PW	M	η
		A	V	W	V	A	A	W	rad/s	W	V	W	N/m	-
zamknięty	11,4 11,4 11,4 11,5 11,5	401 401 401 401 401	0,65 0,65 0,70 0,70 0,75	50,0 55,0 60,0 65,0 70,0	20 20 20 20 20	13,0 13,0 12,5 12,5 12,0	1,05 1,05 1,05 1,05 1,05	52,36 57,60 62,83 68,07 73,30	41 46 51 56 62	75 80 85 87 90	1016,0 1086,0 1113,5 1143,5 1142,0	19,40 18,85 17,72 16,80 15,58	1063,08 1670,80 1590,71 1633,57 1522,67
otwarty	11,5 11,4 10,8 10,0 9,5 8,8 8,0 7,4 7,3 7,0 5,0	401 401 401 401 401 401 401 401 401 401 401	0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,40 0,30 0,25 0,20 0,10	70,0 72,5 77,5 80,0 82,5 85,0 90,5 92,5 95,0 100,0 100,0	20 19 17 15 12 11 9 8 5 3 2	12,0 12,0 11,0 10,0 9,0 7,0 6,0 4,0 3,0 2,0 2,0	1,05 1,00 0,90 0,85 0,80 0,65 0,55 0,40 0,30 0,20 0,00	73,30 75,92 81,16 83,78 86,39 89,01 94,77 96,87 99,48 104,72 104,72	62 65 70 73 77 79 84 88 92 98 98	90 92 100 102 105 107 114 117 120 128 128	1142,0 1169,0 1170,0 1093,0 1022,0 828,0 786,0 556,0 452,0 354,0 354,0	15,58 15,40 14,42 13,05 11,83 9,30 8,29 5,74 4,54 3,38 3,38	1522,67 1670,00 1800,00 1821,67 1858,18 1656,00 1965,00 1853,33 1808,00 1770,00 3540,00

Przykłady obliczeń:

ω = (2πn)/60 = (2·π·1000)/60 ≈ 104,72 rad/s

P_H = E_H ∙ I_tH = 128 · 2 = 256 W

Pw = P_H + ΔP_O = 256 + 98 = 354 W

M = Pw/ω = 354/104,72 ≈ 3,38 N/m

η = Pw/P₁ = 354/0,1 = 3540

Charakterystyki

Rys. 1. Charakterystyka mechaniczna ω = f(M) (zależność prędkości kątowej od momentu)

Rys. 2. Charakterystyka M = f(Id) (zależność momentu od prądu w obwodzie stałoprądowym)

Rys. 3. Charakterystyka η = f(M) (przebieg sprawności w zależności od momentu obciążenia)

Tabela 2. Pomiary i obliczenia charakterystyki mechanicznej dla układu zamkniętego

Pomiary

Obliczenia

I1

U1

P1

Uω

Id

ItH

P2

U2

ω

ΔPO

EH

PW

M

η

A

V

W

V

A

A

W

V

rad/s

W

V

W

N/m

-

9,6 8,8 8,4 7,6 6,8 6,2 6,0 5,8 5,6

401 401 401 401 401 401 401 401 401

0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,10 0,10 0,50

32,5 32,5 32,5 32,5 35,0 35,0 35,0 35,0 35,0

15,0 12,0 10,5 8,0 6,0 4,0 3,0 2,0 1,0

9,5 8,0 7,0 5,0 4,5 3,0 2,0 1,0 1,0

0,90 0,70 0,60 0,50 0,35 0,25 0,20 0,15 0,10

3,1 3,1 3,1 3,0 2,9 2,9 2,9 2,8 2,8

34,03 34,03 34,03 34,03 36,65 36,65 36,65 36,65 36,65

24 24 24 24 27 27 27 27 27

42 42 42 42 44 44 44 44 44

423 360 318 234 225 159 115 71 71

12,43 10,58 9,34 6,88 6,14 4,34 3,14 1,94 1,94

1208,57 1200,00 1272,00 1170,00 1500,00 1590,00 1150,00 710,00 142,00

Przykłady obliczeń:

ω = (2πn)/60 = (2·π·350)/60 ≈ 36,65 rad/s

P_H = E_H ∙ I_tH = 44 · 1 = 44 W

Pw = P_H + ΔP_O = 44 + 27 = 71 W

M = Pw/ω = 71/36,65 ≈ 1,94 N/m

η = Pw/P₁ = 71/0,1 = 710

Charakterystyki

Rys. 4. Charakterystyka mechaniczna ω = f(M)

Rys. 5. Charakterystyka η = f(M)

Rys. 6. Charakterystyka η = f(M)

Wnioski

W celu regulacji prędkości kątowej silników indukcyjnych pierścieniowych obecnie stosuje się powszechnie używane półprzewodnikowe układy z pośredniczącym obwodem prądu stałego, w którym działa napięcie zewnętrzne sterujące prędkością silnika. Obcowzbudna maszyna prądu stałego sprzęgnięta mechanicznie z silnikiem indukcyjnym bądź falownik zależny komutowany przez sieć zasilającą mogą być zewnętrznym źródłem napięcia sterującego. W pierwszej sytuacji jest to układ podsynchronicznej kaskady na stałą moc (P = const), natomiast w drugiej układ podsynchronicznej kaskady przekształtnikowej na stały moment (M = const).

Błędy pomiarów i obliczeń wynikają z niedokładności ludzkiego oka oraz z dokonanych zaokrągleń. W układach kaskady typu M = const, na charakterystyce ω = f(M), zaobserwować można spadek prędkości obrotowej maszyny wraz ze wzrostem momentu obciążeniowego. Analizując otrzymane charakterystyki M = f(I_d), stwierdzić można, że posiadają one przebieg bliski liniowemu oraz zauważalne są niewielkie odchylenia. Wraz ze wzrostem momentu rośnie także prąd w obwodzie stałoprądowym. Na otrzymanej charakterystyce η = f(M) (Rys.3.) przy przebiegach sprawności zaobserwować można to, że sprawność maleje wraz ze wzrostem momentu obciążeniowego.

CHARAKTERYSTYKI POWINNY WYGLĄDAĆ INACZEJ, ALE BYŁY TAKIE A NIE INNE POMIARY, DLATEGO NIE MA ODPOWIEDNIEGO WYNIKU

1

---