silniki indukcyjne - Wydział Elektrotechniki i Automatyki

Transkrypt

POLITECHNIKA GDAŃSKA
Wydział Elektrotechniki i Automatyki
Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych
PROJEKT/LABORATORIUM
SYSTEMY ELEKTROMECHANICZNE
TEMATYKA
SILNIKI INDUKCYJNE
BADANIE DYNAMIKI SILNIKA
POMIARY KOMPUTEROWE
Materiały pomocnicze
Kierunek Elektrotechnika
Studia stacjonarne 2-giego stopnia
semestr 1
Opracował
Mieczysław Ronkowski
Grzegorz Kostro
Michał Michna
Marek Kamiński
Gdańsk 2010-201
M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna, M. Kamiński
1
SILNIKI INDUKCYJNE
BADANIE DYNAMIKI
POMIARY KOMPUTEROWE
Spis treści
CEL..........................................................................................................................................................1
ZASTOSOWANE KOMPUTEROWE TECHNIKI POMIAROWE ......................................................1
BADANIA DOŚWIADCZALNE WYBRANYCH STANÓW PRACY DYNAMICZNEJ SILNIKA..1
3.1. Oględziny zewnętrzne..........................................................................................................................1
3.2. Badanie rozruchu silnika......................................................................................................................1
3.2.1. Rozruch przy braku obciążeniu na wale .......................................................................................1
3.2.2. Rozruch przy obciążeniu na wale .................................................................................................4
3.3. Badanie napięcia resztkowego – powtórne załączanie silnika indukcyjnego ......................................7
4.
PYTANIA KONTROLNE ......................................................................................................................9
5.
ZADANIA .............................................................................................................................................10
6.
SPRAWOZDANIE................................................................................................................................11
7.
LITERATURA ......................................................................................................................................12
1.
2.
3.
1.
CEL
Celem ćwiczenia jest:
• opanowanie zastosowania komputerowych technik pomiarowych do badania właściwości
dynamicznych silnika indukcyjnego;
• wykonanie badań doświadczalnych wybranych stanów pracy dynamicznej silnika indukcyjnego:
9 rozruchu silnika przy braku obciążenia na wale (załączanie napięcia przemiennego do obwodów
stojana przy otwartym „obwodzie mechanicznym”),
9 rozruchu silnika przy obciążeniu na wale (załączanie napięcia przemiennego do obwodu twornika
przy obciążonym „obwodzie mechanicznym”),
• porównanie wyników badań doświadczalnych z wynikami badań symulacyjnych.
2.
ZASTOSOWANE KOMPUTEROWE TECHNIKI POMIAROWE
Szczegóły dotyczące zasad pomiaru z zastosowaniem karty pomiarowej opisano w:
„Instrukcja Programu NIDAQScope” (dostępna na:
http://www.ely.pg.gda.pl/e-mechatronika/index.php?strona=mat&kod=sysem&rodz=l).
3.
BADANIA DOŚWIADCZALNE WYBRANYCH STANÓW PRACY DYNAMICZNEJ
SILNIKA
3.1.
Oględziny zewnętrzne
Dokonać oględzin zewnętrznych badanego silnika prądu stałego i urządzeń wchodzących w skład
układu pomiarowego. Należy, przede wszystkim, dokładnie zanotować dane zawarte w tabliczce
znamionowej silnika (patrz instrukcja do ćwiczenia „MASZYNY INDUKCYJNE/ASYNCHRONICZNE
TRÓJFAZOWE - Badanie charakterystyk silnika obcowzbudnego” Laboratorium ME, studia stacjonarne 1szego stopnia, kier. Elektrotechnika, sem. 3 (dostępna na: http://www.ely.pg.gda.pl/emechatronika/index.php?strona=mat&kod=mele&rodz=l).
3.2.
Badanie rozruchu silnika
3.2.1. Rozruch przy braku obciążeniu na wale
Badanie rozruchu silnika polega na wykonaniu kolejno czynności:
• załączeniu skokowym przemiennego napięcia zasilania do obwodów stojana przy zamkniętych
obwodach wirnika, braku obciążenia na wale (otwarty „obwód mechaniczny”) i zerowej
początkowej prędkości obrotowej;
• rejestracji przebiegów czasowych: napięcia i prądu stojana, prądu wirnika i prędkości obrotowej;
• pomiarze wartości ustalonych: napięcia i prądu stojana, prądu wirnika i prędkości obrotowej.
Schemat układu pomiarowego do badania rozruchu silnika przedstawiono na rys. 1.
SE_SI_pom_dyn_2011.doc.doc/2011-03-08
ias
1U1
Do źródła napięcia
przemiennego
LEM(I)
ωrm
br
as
Uas V
1U2
1W2
1W1
STOJAN
n
ar
1V2
bs
TP
cs
WIRNIK
1V1
2U 2V 2W
cr
W
REZYSTOR
DODATKOWY
(ROZRUCHOWY)
Iar A
iar
Karta pomiarowa
(oscyloskop)
ST
uas
Karta pomiarowa
(oscyloskop)
A
LEM(U)
Karta pomiarowa
(oscyloskop)
LEM(I)
Ias
Karta pomiarowa
(oscyloskop)
Badanie dynamiki silnika indukcyjnego. Pomiary komputerowe
LEM(U)
2
Rd
Rys. 1. Schemat połączeń układu pomiarowego do badania dynamiki rozruchu silnika indukcyjnego
(pierścieniowego) przy braku obciążenia na wale
Uwaga:
Zakresy pomiarowe użytych mierników i przetworników typu LEM należy dobrać stosownie do:
• danych znamionowych badanego silnika;
• dopuszczalnego zakresu amplitudy sygnałów na wejściu użytej karty pomiarowej lub
oscyloskopu.
Pomiary próby rozruchu należy wykonać dla przypadków podanych w tablicy 2.
Uwaga:
Po zakończeniu rozruchu należy zanotować wartości ustalone:
= .................. [V]
•
napięcia zasilania stojana
Uas
•
prądu stojana
Ias
= .................. [A]
•
prądu wirnika
Iar
= .................. [A]
•
prędkości obrotowej
nus
= .................. [obr/min]
•
rezystancji dodatkowej
Rd
= .................. [Ω]
(wartość fazowa!)
Tablica 2. Warunki rozruchu silnika indukcyjnego pierścieniowego
Nr
próby
Napięcie stojana
(fazowe)
Uas = Ubs= Ucs=
Faza
początkowa
napięcia stojana
Uas/Ubs/Ucs
1
U sn / 3
2
Moment
obciążenia
TL
0/-120/+120
Rezystancja
dodatkowa
w obwodach
wirnika
Rd = kRd*Rr
kRd = 0
U sn / 3
90/-30/+210
kRd = 0
0
3
Usn/3
0/-120/+120
kRd = 0
0
4
Usn/3
90/-30/+210
kRd = 0
0
0
Uwagi
5
U sn / 3
0/-120/+120
2 ≤ kRd ≤ 3
0
6
U sn / 3
90/-30/+210
2 ≤ kRd ≤ 3
0
7
Usn/3
0/-120/+120
2 ≤ kRd ≤ 3
0
8
9
Usn/3
90/-30/+210
0/-120/+120
2 ≤ kRd ≤ 3
3 < kRd ≤ 4
0
0
U sn / 3
10
U sn / 3
90/-30/+210
3 < kRd ≤ 4
0
11
Usn/3
0/-120/+120
3 < kRd ≤ 4
0
12
Usn/3
90/-30/+210
3 < kRd ≤ 4
0
3
Uwagi:
• Podane wartości faz początkowych napięcia stojana są tylko wartościami zalecanymi, gdyż
ich dokładne nastawienie jest trudne do wykonania w czasie pomiarów rozruchu silnika.
• Próby od nr 5 do 12 należy wykonać przy rezystorze dodatkowym Rd włączonym w każdą
fazę obwodów wirnika.
• Wartość rezystancji dodatkowej wylicza się z zależności Rd = kRd*Rr, gdzie wartość
rezystancji Rr odpowiada rzeczywistej wartości rezystancji pojedynczej fazy uzwojenia
wirnika.
• Funkcją rezystora dodatkowego (rozruchowego) jest zarówno ograniczanie prądu
rozruchowego silnika jak i zwiększanie momentu elektromagnetycznego rozruchowego
(szczegóły patrz wykłady z Maszyn elektrycznych I sem. IV).
• Wartość rezystancji Rd można tak dobrać, że moment rozruchowy silnika osiąga wartość
maksymalną.
• Konieczność ograniczenia wartości udarowej prądu rozruchowego silnika może wynikać z
zakresu pomiarowego użytych przetworników LEM.
Rys. 2 przedstawia przykład zarejestrowanych i odpowiednio opracowanych przebiegów, które są
charakterystyczne dla dynamiki rozruchu silnika indukcyjnego pierścieniowego przy braku obciążenia na
wale.
Uwagi do rys. 2:
•
Przebiegi zarejestrowano w układzie pomiarowym: 4-ro kanałowy oscyloskop cyfrowy firmy
Tektronix ze złączem GPIB oraz komputer PC wyposażony w kartę GPIB.
• Przebiegi wykreślono i opracowano za pomocą procesora graficznego PROBE symulatora
PSPICE.
• Zarejestrowane przebiegi czasowe na wyjściu przetworników LEM są odpowiednio
przeskalowane. I tak:
dla przebiegów prądowych wg relacji:
Wartość liczbowa przebiegu prądowego w [A] = zarejestrowana wartość liczbowa
przebiegu prądowego w [V] na wyjściu przetwornika LEM * współczynnik transformacji
przetwornika LEM w [A/V]
dla przebiegów napięciowych wg relacji:
Wartość liczbowa przebiegu napięciowego w [V] = zarejestrowana wartość liczbowa
przebiegu napięciowego w [V] na wyjściu przetwornika LEM * współczynnik
transformacji przetwornika LEM w [V/V]
•
Czas t (time) jest rejestrowany bezpośrednio w ms.
Zastosowany układ pomiarowy mierząc czas dokonuje jego rejestracji w przedziale
obejmującym liczby ujemne, zero i dodatnie. Celem przesunięcia zarejestrowanych
wielkości z przedziału czasu „ujemnego” do przedziału czasu „dodatniego” dodano do
wartości zarejestrowanego czasu (time) liczbę 900ms, czyli:
time + 900m
4
•
Wartości ustalone i udarowe (maksymalne) wielkości mierzonych należy odnieść do
wartości znamionowych silnika (np. na rys. 2 dla wartości udarowej prądu stojana podano:
iasud = 11.44 Isn)
•
Na podstawie zarejestrowanych przebiegów należy określić czas rozruchu silnika (np. na
rys. 2 podano tr = 346 [ms]).
Np. dla wielkości zarejestrowanej w kanale „2” (CH2 = napięcia zasilania stojana) przeskalowanie
wykonano za pomocą odpowiednich opcji procesora graficznego PROBE, które umożliwiają wykonanie
wielu operacji, np. mnożenia i/lub dzielenia zmiennej przez wielkość stałą; dodawania lub odejmowania
wielkości stałej; całkowania, różniczkowania zmiennej; itp.. Zatem przeskalowanie przebiegu napięcia
stojana ma postać:
uas = (CH 2 + 20m) * 179.15 [V]
gdzie,
•
•
liczba 20m = stała konieczna do skompensowania składowej stałej na wyjściu zastosowanego
przetwornika LEM (oszacowana na podstawie przebiegu przed przeskalowaniem, tutaj „m” oznacza
1e-3);
liczba 179.15 = współczynnik transformacji zastosowanego przetwornika LEM w [V/V].
3.2.2. Rozruch przy obciążeniu na wale
Badanie rozruchu silnika polega na wykonaniu kolejno czynności:
• załączeniu napięcia zasilania do obwodu wzbudzenia i rezystancji obciążenia Ro do obwodu
twornika maszyny prądu stałego, która pracujące jako prądnica i jest sprzężona mechanicznie z
badanym silnikiem;
• załączeniu skokowym przemiennego napięcia zasilania do obwodów stojana przy zamkniętych
obwodach wirnika, obciążeniu na wale (obciążony „obwód mechaniczny”) i zerowej początkowej
prędkości obrotowej;
• rejestracji przebiegów czasowych silnika: napięcia i prądu stojana, prądu wirnika i prędkości
obrotowej;
• pomiarze wartości ustalonych silnika: napięcia i prądu stojana, prądu wirnika i prędkości obrotowej;
• pomiarze wartości ustalonych prądnicy: napięcia i prądu twornika, prądu wzbudzenia.
Schemat układu pomiarowego do badania rozruchu silnika (pokazany na rys. 1) należy uzupełnić o układ
połączeń dodatkowej maszyny prądu stałego (pokazany na rys. 3), pracującej jako prądnica i obciążonej
rezystancją Ro.
Pomiary próby rozruchu należy wykonać dla przypadków podanych w tablicy 3.
Uwaga:
Po zakończeniu rozruchu należy zanotować wartości ustalone:
= .................. [V]
•
Uas
•
prądu stojana
Ias
= .................. [A]
•
prądu wirnika
Iar
= .................. [A]
•
nus
= .................. [obr/min]
•
Rd
= .................. [Ω]
•
napięcia twornika prądnicy Uap
= .................. [V]
•
prądu twornika prądnicy
Iap
= .................. [A]
•
prądu wzbudzenia prądnicy Ifp
= .................. [A]
(wartość fazowa!)
1
400V
2
nus = 990 obr/min
2.0K
0
5
(54.003m,196.757)
uas(0+) = 196.757V
(461.963m,1.0245K)
0
>>
-400V
tr = 346ms
-2.0K
1
(CH2+20m)*179.15
2
(461.963m,-275.627)
Uasusm = 275.627 V
(CH4+300m)*53
200A
Iarusm = 0.87Isn
(474.233m,9.3603)
(63.804m,178.196)
iarud = 6.85Irn
0A
SEL>>
iasud = 11.44Isn
(474.233m,2.7032
Iarusm = 0.104Irn
(63.891m,-122.424)
-200A
0s
100ms
-1*(CH1+160m)*31.342
200ms
300ms
400ms
500ms
(CH3+90m)*30.035
Time+900m
Rys. 2. Przykład zarejestrowanych i odpowiednio opracowanych przebiegów czasowych dynamiki rozruchu silnika indukcyjnego pierścieniowego przy braku
obciążenia na wale:
CH2 - napięcia zasilania stojana [V], CH4 - prędkość obrotowa [obr/min], CH1 - prąd stojana [A], CH3 - prąd wirnika [A]
6
Uwagi:
•
Jako miarę obciążenia badanego silnika należy przyjąć wartość jego prądu wirnika w stanie
ustalonym Irus, która jest odniesiona do znamionowego prądu wirnika Irn.
Wartość prądu wirnika Irus badanego silnika ustala się za pomocą rezystancji obciążenia Ro
lub/i prądu wzbudzenia prądnicy Ifp (patrz rys. 3).
•
W przypadku braku miernika momentu obciążenia oszacowanie momentu obciążenia badanego silnika
można dokonać w następujący sposób. Otóż, przy pominięciu strat mechanicznych i strat na prądy wirowe
prądnicy, można przyjąć, że moment obciążenia badanego silnika TL jest praktycznie równy momentowi
elektromagnetycznemu prądnicy Tep:
TL ≅ Tep = Gafp ( I fp ) I fp iap
(1)
gdzie, Gafp(Ifp) – indukcyjność rotacji prądnicy zależna o prądu wzbudzenia prądnicy Ifp, iap – wartość
chwilowa prądu twornika prądnicy.
Należy mieć na uwadze, że dokładniejsze oszacowanie wartości momentu Tep wymaga znajomości wpływu
oddziaływania twornika prądnicy na wartość indukcyjność rotacji prądnicy.
W3
A
A1
Iap
Ro
Uap
V
G
E2
E1
B2
+
A
Ifp
-
P
AT
W2
Rys. 3. Schemat połączeń maszyny prądu stałego pracującej jako prądnica obciążona rezystancją Ro
(maszyna służy jako obciążenie badanego silnika w układzie pomiarowym pokazanym rys. 1)
Tablica 3. Warunki zasilania i obciążenia silnika indukcyjnego pierścieniowego przy próbie rozruchu
0/-120/+120
Rezystancja
dodatkowa
w obwodach
wirnika
Rd = kRd*Rr
kRd = 0
Moment obciążenia
wg
Ustalonej wartość
prądu wirnika
silnika Irus
Irus = Irn
U sn / 3
90/-30/+210
kRd = 0
Irus = Irn
Usn/3
0/-120/+120
kRd = 0
Irus = 0,5Irn
Nr
próby
Napięcie stojana
(fazowe)
Uas = Ubs= Ucs=
Faza
początkowa
napięcia stojana
Uas/Ubs/Ucs
1
U sn / 3
2
3
Uwagi
4
5
Usn/3
U sn / 3
7
90/-30/+210
0/-120/+120
kRd = 0
2 ≤ kRd ≤ 3
Irus = 0,5Irn
Irus = Irn
6
U sn / 3
90/-30/+210
2 ≤ kRd ≤ 3
Irus = Irn
7
Usn/3
0/-120/+120
2 ≤ kRd ≤ 3
Irus = 0,5Irn
8
9
Usn/3
90/-30/+210
0/-120/+120
2 ≤ kRd ≤ 3
3 < kRd ≤ 4
Irus = 0,5Irn
Irus = Irn
U sn / 3
10
U sn / 3
90/-30/+210
3 < kRd ≤ 4
Irus = Irn
11
Usn/3
0/-120/+120
3 < kRd ≤ 4
Irus = 0,5Irn
12
Usn/3
90/-30/+210
3 < kRd ≤ 4
Irus = 0,5Irn
Uwagi:
•
•
•
Podane wartości faz początkowych napięcia stojana są tylko wartościami zalecanymi, gdyż
ich dokładne nastawienie jest trudne do wykonania w czasie pomiarów rozruchu silnika.
Próby od nr 5 do 12 należy wykonać przy rezystorze dodatkowym Rd włączonym w każdą
fazę obwodów wirnika.
Wartość rezystancji dodatkowej wylicza się z zależności Rd = kRd*Rr, gdzie wartość
rezystancji Rr odpowiada rzeczywistej wartości rezystancji pojedynczej fazy uzwojenia
wirnika.
Uwzględniając iap = eap /( Ra + Ro ) oraz eap = Gafp ( I fp ) I fp ω rm wyrażenie (3) przyjmie postać:
TL ≅
(Gafp ( I fp ) I fp ) 2
Rap + Ro
ω rm
(2)
gdzie, Rap – rezystancja twornika prądnicy, Ro – rezystancja obciążenia prądnicy, ωrm - prędkość obrotowa
silnika (prądnicy).
Z kolei przy Ifp= const., Ro= const. i pominięciu oddziaływania twornika wyrażenie (4) można zapisać
w postaci:
TL ~ ω rm
(3)
Zatem moment obciążenia silnika jest proporcjonalny do prędkości obrotowej silnika (prądnicy).
3.3.
Badanie napięcia resztkowego – powtórne załączanie silnika indukcyjnego
Badanie zjawiska napięcia resztkowego silnika polega na wykonaniu kolejno czynności:
• skokowym odłączeniu przemiennego napięcia zasilania od obwodów stojana przy ustalonej
początkowej prędkości obrotowej silnika (zamknięte obwody wirnika, praca w stanie biegu
jałowego);
• ponownym skokowym załączeniu przemiennego napięcia zasilania do obwodów stojana przy
początkowej prędkości obrotowej silnika bliskiej prędkości znamionowej;
• rejestracji przebiegów czasowych: napięcia i prądu stojana, prądu wirnika i prędkości obrotowej;
• pomiarze przed odłączeniem napięcia zasilania wartości ustalonych: napięcia i prądu stojana, prądu
wirnika i prędkości obrotowej.
Schemat układu pomiarowego do badania zjawiska napięcia resztkowego silnika jest alogiczny do
przedstawionego na rys. 1.
Uwaga:
Przed odłączeniem napięcia zasilania należy zanotować wartości ustalone:
•
•
•
prądu stojana
prądu wirnika
Uas
Ias
Iar
= .................. [V]
= .................. [A]
= .................. [A]
(wartość fazowa!)
8
•
•
nus
Rd
= .................. [obr/min]
= .................. [Ω]
(jeśli została włączona)
Rys. 4 przedstawia przykłady zarejestrowanych i odpowiednio opracowanych przebiegów, które są
charakterystyczne dla dynamiki skokowego odłączenia i ponownego skokowego załączenia napięcia
zasilania silnika indukcyjnego.
a)
1
2
(-1.2461,994.905)
nu
200
(-860.463m,980.892)
800
0
400
(-819.789m,-146.051m)
-200
Usumax
(-1.2131,-275.113)
SEL>>
0
1
usf*179.15+4
2
n*53
40A
Isumax
(-1.2261,9.929)
(-907.805m,-851.064m)
0A
Irud=1.43Irn
(-1.1529,-28.653)
(-1.2451,-2.5532)
Irumax
(-817.882m,283.688m)
-40A
-1.250s -1.200s -1.150s -1.100s -1.050s -1.000s -0.950s -0.900s -0.850s
isf*31.342+3.4
irf*30.035
Time
b)
1
400
2
(-330.953m,994.905)
800
(-28.930m,994.905)
nu
nu
0
400
-400
SEL>>
0
(-337.851m,-287.709)
1
usf*179.15
2
Usumax
(-99.064m,-35.369)
Uz
Usumax (-58.029m,-287.898)
n*53
(-267.924m,27.163)
(-28.840m,-2.7881)
Irumax
0A
Irudw
Isumax
(-314.568m,9.0147)
(-84.994m,-68.728)
Isudz=6.42Isn
-100A
-180A
(-311.815m,-4.8056)
Irumax
-350ms
-300ms
-250ms
isf*31.342+4
irf*30.035
Irudz=648Irn
(-90.947m,-168.582)
-200ms
-150ms
(-34.345m,9.880)
Isumax
-100ms
-50ms
Time
Rys. 4 Przykład zarejestrowanych i odpowiednio opracowanych przebiegów, które są charakterystyczne dla
dynamiki skokowego odłączenia a) i ponownego skokowego załączenia b)napięcia zasilania silnika
indukcyjnego pierścieniowego:
isf – prąd stojana [A]; usf - napięcie uzwojenia stojana [V]; ifr = prąd wirnika [A]; n – prędkość obrotowa
[obr/min];
9
Uwagi do rys. 4:
•
Przebiegi zarejestrowano w układzie pomiarowym: 4-ro kanałowy oscyloskop cyfrowy firmy
Tektronix ze złączem GPIB oraz komputer PC wyposażony w kartę GPIB.
• Przebiegi wykreślono i opracowano za pomocą procesora graficznego PROBE symulatora
PSPICE.
• Zarejestrowane przebiegi czasowe na wyjściu przetworników LEM są odpowiednio
przeskalowane.
W chwili początkowej po odłączenia napięcia zasilania silnika indukcyjnego wskutek bezwładności
układu mechanicznego prędkość obrotowa wirnika pozostaje nie zmieniona. Następnie, w czasie wybiegu
silnika, wirnik zmniejsza prędkość wskutek sił tarcia. Odłączenie napięcia zasilania powoduje bardzo szybki
zanik prądu stojana. Obwody uzwojenia wirnika utrzymują ciągłość strumienia skojarzonego z tymi
obwodami, który zanika ze stałą czasową wirnika:
τ r = ( Llr′ + M ) / Rr′
(4)
gdzie, L’lr – indukcyjność rozproszenia uzwojenia wirnika, M = (2/3)Lms – indukcyjność magnesowania, R’r
– rezystancja obwodów wirnika.
Strumień sprzężony z wirnikiem utrzymuje takie położenie, jakie zajmował w chwili poprzedzającej
wyłączenie. Efektem ciągłości strumienia sprzężonego z wirnikiem jest napięcie na zaciskach stojana,
indukowane przez strumień sprzężony z obwodami stojana a wzbudzanym przez zanikający prąd wirnika.
Zjawisko to nazywa się napięciem resztkowym maszyny indukcyjnej.
Przy ponownym załączeniu napięcia zasilania do obwodów stojana, przy występującym jeszcze
napięciu resztkowym, może wystąpić duży prąd łączeniowy i udar momentu elektromagnetycznego.
Szczególnie duże wartości wystąpią przy przesunięciu fazowym między obu napięciami. Jeżeli napięcia mają
fazy przeciwne, to wartość udaru prądowego jest około 1,4÷1,8 razy większa niż przy zerowych warunkach
początkowych. Także wtedy udar momentu osiąga znaczne wartości, np. przy poślizgu s = 0 osiąga wartość
2 ÷3 razy większą niż przy zerowych warunkach początkowych.
4.
PYTANIA KONTROLNE
1. Podać i omówić schemat połączeń układu pomiarowego do badania przebiegów czasowych rozruchu
silnika indukcyjnego (pierścieniowego) przy braku obciążenia na wale.
2. Podać i omówić schemat połączeń układu pomiarowego do badania przebiegów czasowych rozruchu
silnika indukcyjnego (pierścieniowego) przy obciążeniu na wale.
3. Podać i uzasadnić przebiegi prądu rozruchowego stojana i wirnika silnika indukcyjnego
(pierścieniowego) przy braku obciążenia na wale. Rozważyć przypadek rozruchu bezpośredniego
(znamionowe napięcie stojana, brak rezystancji dodatkowej - rozruchowej). Założyć, że w chwili
załączenia napięcie na fazie as stojana jest równe zero. Posłużyć się przebiegami uzyskanymi
metodą symulacyjną (program PSPICE). Jakie parametry i stałe czasowe dynamicznego modelu
obwodowego silnika mają wpływ na wartości udarowe przebiegów i czas rozruchu?
4. Podać i uzasadnić przebiegi momentu elektromagnetycznego i prędkości obrotowej silnika
indukcyjnego (pierścieniowego) przy braku obciążenia na wale. Rozważyć przypadek rozruchu
bezpośredniego (znamionowe napięcie stojana, brak rezystancji dodatkowej - rozruchowej). Założyć,
że w chwili załączenia napięcie na fazie as stojana jest równe zero. Posłużyć się przebiegami
uzyskanymi metodą symulacyjną (program PSPICE). Jakie parametry i stałe czasowe dynamicznego
modelu obwodowego silnika mają wpływ na wartości udarowe przebiegów i czas
5. Podać i uzasadnić przebiegi prądu rozruchowego stojana i wirnika silnika indukcyjnego
(pierścieniowego) przy braku obciążenia na wale. Rozważyć przypadek rozruchu przy obniżonym
napięciu stojana ( napięcia fazowe Uas = Ubs = Ucs = Usn /3 uzwojenie stojana połączone w Y) i
braku rezystancji dodatkowej – rozruchowej. Założyć, że napięcie na fazie as stojana w chwili
załączenia jest maksymalne. Posłużyć się przebiegami uzyskanymi metodą symulacyjną (program
PSPICE). Jakie parametry i stałe czasowe dynamicznego modelu obwodowego silnika mają wpływ
na wartości udarowe przebiegów i czas rozruchu?
6. Podać i uzasadnić przebiegi momentu elektromagnetycznego i prędkości obrotowej silnika
indukcyjnego (pierścieniowego) przy braku obciążenia na wale. Rozważyć przypadek rozruchu przy
obniżonym napięciu stojana ( napięcia fazowe Uas = Ubs = Ucs = Usn /3 uzwojenie stojana połączone
w Y) i braku rezystancji dodatkowej – rozruchowej. Założyć, że napięcie na fazie as stojana w chwili
10
7.
8.
9.
10.
11.
12.
5.
załączenia jest maksymalne. Posłużyć się przebiegami uzyskanymi metodą symulacyjną (program
na wartości udarowe przebiegów i czas rozruchu?
Podać i uzasadnić przebiegi prądu rozruchowego stojana i wirnika silnika indukcyjnego
(pierścieniowego) przy braku obciążenia na wale. Rozważyć przypadek rozruchu z rezystancją
dodatkową w obwodzie wirnika. Założyć, że w chwili załączenia napięcie na fazie as stojana jest
równe zero. Posłużyć się przebiegami uzyskanymi metodą symulacyjną (program PSPICE). Jakie
parametry i stałe czasowe dynamicznego modelu obwodowego silnika mają wpływ na wartości
udarowe przebiegów i czas rozruchu? Jak jest efekt rezystancji dodatkowej? Czy ma ona wpływ na
stałe czasowe przebiegów oraz na czas rozruchu?
Podać i uzasadnić przebiegi momentu elektromagnetycznego i prędkości obrotowej silnika
indukcyjnego (pierścieniowego) przy braku obciążenia na wale. Rozważyć przypadek rozruchu z
rezystancją dodatkową w obwodzie wirnika. Założyć, że w chwili załączenia napięcie na fazie as
stojana jest równe zero. Posłużyć się przebiegami uzyskanymi metodą symulacyjną (program
na wartości udarowe przebiegów i czas rozruchu? Jak jest efekt rezystancji dodatkowej? Czy ma ona
wpływ na stałe czasowe przebiegów oraz na czas rozruchu?
Podać metody ograniczania wartości prądu rozruchowego silników indukcyjnych pierścieniowych i
klatkowych. Jakie są powody jego ograniczania?. Podać sposób szacowania wartości udarowego
prądu rozruchowego.
Podać i uzasadnić przebiegi napięcia resztkowego, prądu stojana i wirnika oraz prędkości obrotowej
silnika indukcyjnego (pierścieniowego) przed i po odłączeniu napięcia zasilania. Rozważyć
przypadek braku obciążenia na wale a także braku rezystancji dodatkowej w obwodzie wirnika.
Założyć, że w chwili odłączenia zasilania silnika napięcie na fazie as stojana jest maksymalne.
Posłużyć się przebiegami uzyskanymi metodą symulacyjną (program PSPICE). Jakie parametry i
stałe czasowe dynamicznego modelu obwodowego silnika mają wpływ na charakter przebiegów?
Podać i uzasadnić przebiegi napięcia resztkowego, prądu stojana i wirnika oraz prędkości obrotowej
silnika indukcyjnego (pierścieniowego) przy odłączeniu i ponownym załączeniu napięcia zasilania.
Rozważyć przypadek braku obciążenia na wale a także braku rezystancji dodatkowej w obwodzie
wirnika. Założyć, że w chwili ponownego załączenia zasilania napięcie źródła i napięcie resztkowe
na fazie as stojana mają fazy przeciwne. Posłużyć się przebiegami uzyskanymi metodą symulacyjną
(program PSPICE). Jakie parametry i stałe czasowe dynamicznego modelu obwodowego silnika
mają wpływ na charakter przebiegów?
Podać i uzasadnić przebiegi napięcia resztkowego, momentu elektromagnetycznego oraz prędkości
obrotowej silnika indukcyjnego (pierścieniowego) po odłączeniu i ponownym załączeniu napięcia
zasilania. Rozważyć przypadek braku obciążenia na wale a także braku rezystancji dodatkowej w
obwodzie wirnika. Założyć, że w chwili ponownego załączenia silnika napięcie zasilania i napięcie
resztkowe stojana mają fazy przeciwne. Posłużyć się przebiegami uzyskanymi metodą symulacyjną
(program PSPICE). Jakie parametry i stałe czasowe dynamicznego modelu obwodowego silnika
mają wpływ na charakter przebiegów?
ZADANIA
1. Na podstawie wyników pomiaru rozruchu badanego silnika indukcyjnego (pierścieniowego) przy
braku obciążenia na wale (otwarty „obwód mechaniczny”):
• wykreślić przebiegi czasowe: napięcia stojana, prądu stojana i wirnika, momentu
elektromagnetycznego oraz prędkości obrotowej;
• uzasadnić fizyczne i analitycznie charakter pomierzonych przebiegów;
• wyznaczyć wartości udarowe i ustalone napięcia stojana, prądu stojana i wirnika, momentu
• wyznaczyć czas rozruchu i porównać go ze stałymi czasowymi silnika oraz stałą rozruchową
silnika, podać przyczyny rozbieżności.
Na podstawie dynamicznego modelu obwodowego silnika o danych wartościach parametrów modelu
obwodowego:
• obliczyć „ręcznie” (oszacować) wartości udarowe i ustalone: prądu stojana i wirnika, momentu
11
• porównać z wynikami wyznaczonymi doświadczalnie, podać przyczyny rozbieżności.
2. Na podstawie wyników pomiaru rozruchu badanego silnika indukcyjnego (pierścieniowego) przy
obciążeniu na wale (obciążony „obwód mechaniczny”):
• wykreślić przebiegi czasowe: napięcia stojana, prądu stojana i wirnika, momentu
• wyznaczyć wartości udarowe i ustalone napięcia stojana, prądu stojana i wirnika oraz prędkości
obrotowej;
• wyznaczyć czas rozruchu i porównać go ze stałymi czasowymi silnika oraz stałą rozruchową
silnika, podać przyczyny rozbieżności.
obwodowego:
• obliczyć „ręcznie” (oszacować) wartości udarowe i ustalone: prądu stojana i wirnika, momentu
3. Na podstawie wyników pomiaru skokowego odłączenia i ponownego załączenia napięcia zasilania
obwodów stojana silnika indukcyjnego pierścieniowego (zamknięte obwody wirnika, praca w stanie
biegu jałowego):
• wykreślić przebiegi czasowe: napięcia resztkowego stojana, prądu stojana i wirnika, momentu
• wyznaczyć wartości ustalone i udarowe napięcia stojana, prądu stojana i wirnika oraz prędkości
obrotowej;
• wyznaczyć czas zanikania napięcia resztkowego stojana i prądu wirnika oraz porównać go ze
stałymi czasowymi silnika, podać przyczyny rozbieżności.
obwodowego:
• obliczyć „ręcznie” (oszacować) wartości udarowe i ustalone: napięcia resztkowego stojana, prądu
stojana i wirnika, momentu elektromagnetycznego oraz prędkości obrotowej;
4. Porównać wyniki uzyskane na drodze doświadczalnej i symulacyjnej (program PSPICE) dla zadania
1 (wybrać jeden z przebiegów, np.: napięcie stojan, prąd stojana, moment elektromagnetyczny, prąd
wirnika lub prędkość obrotową). Podać przyczyny rozbieżności.
2 (wybrać jeden z przebiegów, np.: napięcie stojan, prąd stojan, moment elektromagnetyczny, prąd
wirnika lub prędkość obrotową). Podać przyczyny rozbieżności.
3 (wybrać jeden z przebiegów, np.: napięcie resztkowe stojana, prąd stojan, prąd wirnika, moment
elektromagnetyczny, lub prędkość obrotową). Podać przyczyny rozbieżności.
6.
SPRAWOZDANIE
Opracowanie sprawozdania powinno zawierać:
• stronę tytułową wg wzoru podanego niżej;
• nr zadania;
• dane znamionowe, parametry modelu obwodowego i stałe czasowe badanego silnika (wartości
parametrów należy nanieść na rysunku przedstawiającym model obwodowy silnika!);
• określenie wymuszeń elektrycznych i mechanicznych;
• określenie warunków początkowych (wartości początkowe napięć w tym fazę załączenia, prądów
i prędkości obrotowej);
• „ręczne” oszacowanie wartości udarowych i ustalonych wielkości badanych silnika oraz ich
porównanie z wartościami otrzymanymi na drodze symulacyjnej;
12
• uzasadnienie fizyczne i analityczne uzyskanych wyników
(powinno to być napisane w stylu inżynierskim — tzn. minimum języka tekstowego a
maksimum języka graficznego i symbolicznego);
• krótkę dyskusję wpływu założeń upraszczających modelu silnika na uzyskane wyniki metodą
symulacyjną (program PSPICE);
• wykaz literatury wykorzystanej przy pisaniu sprawozdania.
Wzór strony tytułowej sprawozdania
POLITECHNIKA GDAŃSKA
WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI
KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI I MASZYN
ELEKTRYCZNYCH
PROJEKT/LABORATORIUM
SYSTEMY ELEKTROMECHANICZNE
Kierunek Elektrotechnika
Studia stacjonarne 2-ego stopnia, semestr 1
ĆWICZENIE
SILNIKI INDUKCYJNE
BADANIE DYNAMIKI SILNIKA
POMIARY KOMPUTEROWE
Opracował:
Imię i nazwisko
nr grupy laboratoryjnej
data oddania sprawozdania
LITERATURA
7.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
S. Bolkowski: Stany nieustalone w obwodach elektrycznych. WNT, Warszawa, 1976.
R.H. Cannon (jr.): Dynamika układów fizycznych. WNT, Warszawa, 1973.
P.C. Krause: Analysis of Electric Machinery. Mc Graus - Hill Book Comp., New York, 1986.
W. Latek: Teoria maszyn elektrycznych. WNT, Warszawa, 1982.
Z. Manitius: Maszyny elektryczne cz. I, II. Skrypt PG, 1982, 1984.
M. Michna: Instrukcja Programu NIDAQScope rejestracji pomiarów z zastosowaniem karty
pomiarowej National Instruments MIO-PCI 16E4 i komputera PC. Materiały pomocnicze do
Laboratorium. Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych. WEiA. PG, Gdańsk, 2001.
(http://www.ely.pg.gda.pl/e-mechatronika/index.php?strona=mat&kod=sysem&rodz=l)
7. W. Paszek: Stany nieustalone maszyn elektrycznych prądu przemiennego. WNT, Warszawa, 1986.
8. M. Ronkowski: Szkic do wykładów z przedmiotu Systemy elektromechaniczne. Katedra
Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych. WEiA, PG, Gdańsk, 2010/2011.
http://www.ely.pg.gda.pl/e-mechatronika/index.php?strona=mat&kod=sysem&rodz=w
9. S. Roszczyk: Teoria maszyn elektrycznych. WNT, Warszawa, 1979.
10. P. Zimny, K. Karwowski: SPICE klucz do elektrotechniki. Instrukcja, program, przykłady. Skrypt
PG, 1993.

silniki indukcyjne - Wydział Elektrotechniki i Automatyki

Transkrypt

Podobne dokumenty

MOPS w Pułtusku sprzeda samochód

Dane techniczne silnik zaburtowy Honda BF115

MERCEDES-BENZ E 200 Kompressor

str. 1

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY 1. Budowa i zasada działania

Dane techniczne silnik zaburtowy Honda BF90

Akademia Górniczo-Hutnicza im