NAMAR  LABORATORIUM
Badanie trójfazowego silnika elektrycznego zasilanego przez
falownik
Laboratorium HALA 010NT
Opracował: J.Goliński
Warszawa 2007/2008 v.2
1.Wstęp
Ciągły wzrost wymagań dotyczących sterowania napędem maszyn i rozwój
energoelektroniki spowodował, że coraz powszechniej w napędach, które wykorzystują silniki
elektryczne są stosowane falowniki. Falowniki najczęściej służą do uzyskania wymaganej
prędkości obrotowej silnika elektrycznego, bezstopniowej (płynnej) zmiany tej prędkości i
uzyskania żądanego czasu rozruchu lub hamowania silnika.
Celem ćwiczenia jest:
poznanie możliwości zmiany czasu rozruchu i hamowania silnika elektrycznego
poznanie możliwości zmiany prędkości obrotowej silnika elektrycznego
poznanie konsekwencji wprowadzonych zmian.
2.Pojęcia i wiadomości podstawowe
2.1 Wartość skuteczną prądu przemiennego można policzyć za pomocą wzoru:
T
1
2
I = (t)dt (1)
+"i
T
0
gdzie:
i  wartości chwilowe prądu [A]
T  okres [s]
2.2 Moc mechaniczna (moc na wale silnika) jest obliczana za pomocą wzoru:
�2
P = M (�) �" d� (2)
s s
+"
�1
gdzie:
Ms  wartości chwilowe momentu [Nm]
�  prędkość kątowa silnika [rad/s]
2.3 Prędkość synchroniczna. Jeżeli trójfazowe uzwojenie stojana silnika zostanie zasilone
napięciem trójfazowym o częstotliwości f1, to powstaje w nim wirujące pole magnetyczne
kołowe, które wiruje w przestrzeni z prędkością obrotową n1
60 �" f1
n1 = (3)
p
lub z prędkością kątową �1
f1
�1 = 2 �"Ą �" (3.1)
p
gdzie:
p- liczba par biegunów
f1  częstotliwość napięcia sieci zasilającej w [Hz]
n1  prędkość obrotowa wirowania pola stojana w [obr/min]
�1  prędkość kątowa wirowania pola stojana w [rad/s]
2.4 Poślizg - różnica między prędkością synchroniczną n1, a prędkością wirnika n, odniesiona
do prędkości synchronicznej n1, nazywa się poślizgiem i jest oznaczana literą s.
2
n1 - n
s = (4)
n1
2.5 Charakterystyka mechaniczna. Charakterystyką mechaniczną silnika indukcyjnego jest
nazywana zależność pomiędzy prędkością obrotową silnika n a momentem obrotowym M
czyli M=f(n). Bardzo często charakterystykę mechaniczną przedstawia się jako zależność
momentu obrotowego M od poślizgu s czyli M=f(s). Charakterystykę tę można wyznaczyć
korzystając z przybliżonego wzoru Klosa
2 �" M
max
M = (5)
s sk
+
sk s
gdzie: M- moment obrotowy silnika [Nm]
Mmax  moment obrotowy maksymalny [Nm]
s  poślizg przy danym obciążeniu
sk  poślizg krytyczny (utyku ) przy maksymalnym momencie obrotowym
Rys.1 Charakterystyka mechaniczna silnika.
Rys.2 Wykres momentu nominalnego w funkcji prędkości obrotowej silnika zasilanego przez
falownik.
3
3.Układ pomiarowy
Rys.3 Schemat układu pomiarowego wykorzystanego w ćwiczeniu: 1-momentomierz, 2-enkoder, 3-
hallotronowy przekładnik prądowy, 4-falownik, 5-urządzenie pomiarowe Spider8, 6-komputer z
oprogramowaniem pomiarowym.
Wszystkie zarejestrowane wielkości zostaną zapamiętane jako wartości napięcia lub
częstotliwości, dlatego też należy przeliczyć je na właściwe jednostki. Do tego przeliczenia
służą następujące wzory:
Obroty silnika [obr/s]=0,4x [kHz]
Moment [Nm]= 144,1875x [mV]+0,12665
Prąd [A]= 8,9x[V]
Wszystkie obliczenia należy wykonać za pomocą arkusza kalkulacyjnego.
4.Przebieg ćwiczenia
�ł Należy odczytać dane z tabliczki znamionowej silnika.
�ł Należy wybrać częstotliwość zasilania silnika f (f z zakresu 10-75Hz).
�ł Dla wybranej częstotliwości należy zaproponować jeden czas rozruchu i hamowania z
zakresu 0 do 15s.
�ł Dla każdego z wymienionych przypadków (rozruch i hamowanie) należy
przeprowadzi pomiar i zapisać uzyskane dane.
5.Opracowanie wyników
5.1 Obliczenia teoretyczne
Na podstawie danych z tabliczki znamionowej oraz wzoru (3) należy policzyć prędkość
silnika dla wybranej częstotliwości.
Na podstawie danych z tabliczki znamionowej oraz wzoru (2) należy policzyć moc silnika dla
wybranej częstotliwości.
4
5.2 Opracowanie danych pomiarowych
Dane pomiarowe po przeliczeniu za pomocą odpowiednich wzorów powinny zostać
przedstawione graficznie na wykresach. Wykresy powinny przedstawiać:
- rozpędzanie silnika ( prędkość i moment obrotowy)
- hamowanie silnika ( prędkość i moment obrotowy)
- moc mechaniczną podczas hamowania i rozpędzania (wzór 2)
- prąd skuteczny podczas hamowania i rozpędzania (wzór 1)
Wszystkie wykresy powinny być jasno i czytelnie opisane (jednostki) oraz wykonane w takiej
podziałce, która umożliwi ich analizę i porównanie.
6.Wnioski
Wnioski powinny zawierać opis i analizę uzyskanych wyników oraz porównanie wielkości
obliczonych teoretycznie z wielkościami uzyskanymi z przeprowadzonych pomiarów. Ile par
biegunów ma badany silnik? Ile wynosi prąd rozruchowy? Jaki jest współczynnik � (stosunek
momentu rozruchowego Mr do momentu znamionowego Mn ) dla zbadanego przypadku
rozruchu silnika?
7.Literatura
[1] Bolkowski S.  Podstawy elektrotechniki WNT 1985
[2] Gogolewski Z. ,Kuczewski Z.  Napęd elektryczny WNT 1972
[3] Kwiatkowski W.  Miernictwo elektryczne. Analogowa technika pomiarowa OWPW
1997
5