wyznaczanie strat mechanicznych

Pomiar mocy mechanicznej elektromechanicznego przetwornika energii (wyznaczanie
strat mechanicznych).
1) Wprowadzenie.
Celem ćwiczenie jest wyznaczenie strat mechanicznych elektromechanicznego przetwornika energii, jakim
jest maszyna indukcyjna trójfazowa. Na podstawie próby biegu jałowego wyznacza się straty, które rozdzielić
można na straty w rdzeniu i straty mechaniczne.
2) Pomiar rezystancji uzwojeń stojana.
W pierwszej kolejności należy zmierzyć rezystancję uzwojeń stojana badanego silnika. W tym celu należy
wykorzystać metodę techniczną polegającą na pomiarze prądu płynącego przez uzwojenie i spadku napięcia na
tym uzwojeniu (Rys.1.).
Rys.1. Pomiar rezystancji metodą techniczną. Autotransformator wraz z prostownikiem tworzą źródło
regulowanego napięcia jednokierunkowego (wyprostowanego). Uz – napięcie zasilania autotransformatora
(220V~), Up – napięcie jednokierunkowe. A – amperomierz prądu stałego, V – woltomierz napięcia stałego, R1
– rezystancja uzwojenia fazowego silnika, 1, 2 – zaciski badanego uzwojenia.
Zakładając, że rezystancja wewnętrzna woltomierza Rv >> R1, rezystancję uzwojenia R wyznaczamy z
zależności:
gazie:
R U/I ,
U, I – wskazania odpowiednio woltomierza i amperomierza.
(1)
Prąd pomiarowy I powinien wynosić ok. 0,1 prądu znamionowego silnika IN. Pomiar powtarzamy
trzykrotnie przy różnych wartościach prądu pomiarowego I dla każdego pasma fazowego. Wyniki pomiaru
zapisujemy w Tabeli 1.
Tabela 1
Pasmo fazowe
1
2
3
Pomiar
1
2
3
1
2
3
1
2
3
U
I
R=U/I
R1 = Rśr
3) Próba biegu jałowego.
Schemat połączeń do przeprowadzenia próby biegu jałowego przedstawiony został na Rys.2. Stojan silnika
zasilany jest ze źródła o regulowanym napięciu (regulator indukcyjny) i znamionowej częstotliwości (50 Hz).
Pomiary przeprowadza się przy zwartym uzwojeniu wirnika (rezystancja rozruchowa Rr = 0) od napięcia
najwyższego (1,1 ÷ 1,3 Un), stopniowo je obniżając tak, aby otrzymać co njmniej 12 punktów pomiarowych.
Napięcie należy obniżyć do takiej wartości, przy której prąd biegu jałowego zaczyna ponownie wzrastać
(odpowiada to wartości ok. 0,2 Un). Podczas próby należy dokonać pomiaru:
- trzech napięć międzyprzewodowych UU,V,W;
- trzech prądów przewodowych I0U,V,W;
- mocy pobieranej P10.
Rys.2. Schemat połączeń do próby biegu jałowego silnika indukcyjnego. RI – regulator indukcyjny napięcia
zasilania silnika. V, A, W – odpowiednio woltomierze, amperomierze i watomierze napięcia przemiennego.
Do pomiaru mocy pobieranej należy zastosować dwa watomierze w układzie Arona. Moc pobraną
obliczamy w tym wypadku zgodnie z zależnością:
P10
gdzie:
P
P ,
(2)
Pα, Pβ – odpowiednio wskazania obu watomierzy.
Straty biegu jałowego składają się ze strat w uzwojeniu stojana:
Pu 0
gdzie:
3R1 I 02ph ,
(3)
I0ph – fazowy prąd stojana przy biegu jałowym,
i strat jałowych (strat w rdzeniu maszyny /straty wiroprądowe i histerezowe/ oraz strat mechanicznych
/straty w łożyskach i straty wentylacyjne/). Straty jałowe wyznaczamy jako różnicę mocy pobranej i strat w
uzwojeniach stojana:
P0
P10 Pu0 .
(4)
Wyniki pomiaru zapisujemy w Tabeli 2:
Tabela 2
UUV
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
UVW
UUW
U=Uśr
I0U
I0V
I0W
I0ph=Iśr
Pα
Pβ
P10
Pu0
P0
4) Wyznaczenie strat mechanicznych
Podczas przeprowadzanego eksperymentu prędkość obrotowa wirnika nie ulega zmianie, można więc
przyjąć, że straty mechaniczne Pm są stałe. Natomiast straty w rdzeniu PFe są proporcjonalne do kwadratu
indukcji a tym samym do kwadratu napięcia zasilającego. W rezultacie otrzymujemy:
P0
Pm
k1 k2U 2 .
PFe
(5)
W celu rozdzielenia strat jałowych na straty w rdzeniu PFe i straty mechaniczne Pm ()czyli wyznaczenia
parametrów k1 i k2) należy zlinearyzować równanie (5) przez dokonanie podstawienia z = U2 :
P0
k1 k2 z ,
(6)
a następnie skorzystać z regresji liniowej:
N
( P0 n
k2
P0 )( zn
n 1
z)
, k1
N
( zn
z)
P0 a z .
(7)
2
n 1
gdzie:
N – ilość pomiarów,
P0
z
1 N
P0 n – wartość średnia strat jałowych,
N n1
1 N
zn – wartość średnia kwadratu napięcia zasilającego.
N n1
Następnie należy nanieść na wykresie zależność wyliczonych na podstawie pomiarów strat jałowych P0 od
kwadratu napięcia zasilającego silnik i wykreślić charakterystykę uzyskaną metodą regresji liniowej (Rys.3.).
Wartość start mechanicznych jest równa wyliczonemu wcześniej parametrowi k1, gdyż:
P0 |U
0
k1 k2 0
k1 .
(8)
Rys.3. Rozkład strat jałowych silnika indukcyjnego na straty mechaniczne Pm i straty w rdzeniu PFe.
Instrukcję opracował Adam Biernat