POLITECHNIKA GDAŃSKA Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych

Transkrypt

1 POLITECHNIKA GDAŃSKA Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych S Y S T E M Y E L E K T R O M E C H A N I C Z N E LABORATORIUM ĆWICZENIE (SI) BADANIE DYNAMIKI SILNIKA INDUKCYJNEGO POMIARY KOMPUTEROWE Materiały pomocnicze Kierunek Elektrotechnika Studia stacjonarne 2-giego stopnia semestr 1 Opracował Mieczysław Ronkowski Grzegorz Kostro Michał Michna Marek Kamiński Gdańsk

2

3 BADANIE DYNAMIKI SILNIKI INDUKCYJNE POMIARY KOMPUTEROWE Spis treści M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna, M. Kamiński 1 1. CEL ZASTOSOWANE KOMPUTEROWE TECHNIKI POMIAROWE BADANIA DOŚWIADCZALNE WYBRANYCH STANÓW PRACY DYNAMICZNEJ SILNIKA Oględziny zewnętrzne Badanie rozruchu silnika Rozruch przy braku obciąŝeniu na wale Rozruch przy obciąŝeniu na wale Badanie napięcia resztkowego powtórne załączanie silnika indukcyjnego PYTANIA KONTROLNE ZADANIA SPRAWOZDANIE LITERATURA CEL Celem ćwiczenia jest: opanowanie zastosowania komputerowych technik pomiarowych do badania właściwości dynamicznych silnika indukcyjnego; wykonanie badań doświadczalnych wybranych stanów pracy dynamicznej silnika indukcyjnego: rozruchu silnika przy braku obciąŝenia na wale (załączanie napięcia przemiennego do obwodów stojana przy otwartym obwodzie mechanicznym ), rozruchu silnika przy obciąŝeniu na wale (załączanie napięcia przemiennego do obwodu twornika przy obciąŝonym 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: 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. NaleŜy, 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 1- szego stopnia, kier. Elektrotechnika, sem. 3 (dostępna na: Badanie rozruchu silnika Rozruch przy braku obciąŝeniu na wale Badanie rozruchu silnika polega na wykonaniu kolejno czynności: załączeniu skokowym przemiennego napięcia zasilania do obwodów stojana przy zamkniętych obwodach wirnika, braku obciąŝenia 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. SI_pomiary_2013.doc/

4 2 Badanie dynamiki silnika indukcyjnego. Pomiary komputerowe Do źródła napięcia przemiennego ST I as A Karta pomiarowa (oscyloskop) LEM(I) U as i as 1W1 V 1U1 LEM(U) 1U2 1V2 1W2 cs bs 1V1 STOJAN as u as br cr Karta pomiarowa (oscyloskop) WIRNIK W ar I ar A ω rm 2U 2V 2W LEM(I) TP i ar LEM(U) n Karta pomiarowa (oscyloskop) Karta pomiarowa (oscyloskop) REZYSTOR DODATKOWY (ROZRUCHOWY) R d Uwaga: Rys. 1. Schemat połączeń układu pomiarowego do badania dynamiki rozruchu silnika indukcyjnego (pierścieniowego) przy braku obciąŝenia na wale Zakresy pomiarowe uŝytych mierników i przetworników typu LEM naleŝy dobrać stosownie do: danych znamionowych badanego silnika; dopuszczalnego zakresu amplitudy sygnałów na wejściu uŝytej karty pomiarowej lub oscyloskopu. Pomiary próby rozruchu naleŝy wykonać dla przypadków podanych w tablicy 2. Uwaga: Po zakończeniu rozruchu naleŝy zanotować wartości ustalone: napięcia zasilania stojana U as =... [V] (wartość fazowa!) prądu stojana I as =... [A] prądu wirnika I ar =... [A] prędkości obrotowej n us =... [obr/min] rezystancji dodatkowej R d =... [Ω] Tablica 2. Warunki rozruchu silnika indukcyjnego pierścieniowego Nr próby Napięcie stojana (fazowe) U as = U bs = U cs = 1 3 Moment obciąŝenia T L Faza początkowa napięcia stojana U as /U bs /U cs Rezystancja dodatkowa w obwodach wirnika R d = k Rd *R r U / 0/-120/+120 k Rd = 0 0 Uwagi 2 U / 3 90/-30/+210 k Rd = U /3 0/-120/+120 k Rd = 0 0

5 Uwagi: M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna, M. Kamiński 3 4 U /3 90/-30/+210 k Rd = U / 3 0/-120/ k Rd U / 3 90/-30/ k Rd U /3 0/-120/ k Rd U /3 90/-30/ k Rd U / 3 0/-120/ < k Rd U / 3 90/-30/ < k Rd U /3 0/-120/ < k Rd U /3 90/-30/ < k Rd 4 0 Podane wartości faz początkowych napięcia stojana są tylko wartościami zalecanymi, gdyŝ ich dokładne nastawienie jest trudne do wykonania w czasie pomiarów rozruchu silnika. Próby od nr 5 do 12 naleŝy wykonać przy rezystorze dodatkowym R d włączonym w kaŝdą fazę obwodów wirnika. Wartość rezystancji dodatkowej wylicza się z zaleŝności R d = k Rd *R r, gdzie wartość rezystancji R r 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 R d moŝna tak dobrać, Ŝe moment rozruchowy silnika osiąga wartość maksymalną. Konieczność ograniczenia wartości udarowej prądu rozruchowego silnika moŝe wynikać z zakresu pomiarowego uŝytych przetworników LEM. Rys. 2 przedstawia przykład zarejestrowanych i odpowiednio opracowanych przebiegów, które są charakterystyczne dla dynamiki rozruchu silnika indukcyjnego pierścieniowego przy braku obciąŝenia na wale. Uwagi do rys. 2: Przebiegi zarejestrowano w układzie pomiarowym: 4-ro kanałowy oscyloskop cyfrowy firmy Tektronix ze złączem GPIB oraz komputer PC wyposaŝony 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 SI_pomiary_2013.doc/

6 4 Badanie dynamiki silnika indukcyjnego. Pomiary komputerowe wielkości z przedziału czasu ujemnego do przedziału czasu dodatniego dodano do wartości zarejestrowanego czasu (time) liczbę 900ms, czyli: time + 900m Wartości ustalone i udarowe (maksymalne) wielkości mierzonych naleŝy odnieść do wartości znamionowych silnika (np. na rys. 2 dla wartości udarowej prądu stojana podano: i asud = I ) Na podstawie zarejestrowanych przebiegów naleŝy określić czas rozruchu silnika (np. na rys. 2 podano t r = 346 [ms]). Np. dla wielkości zarejestrowanej w kanale 2 (CH2 = napięcia zasilania stojana) przeskalowanie wykonano za pomocą odpowiednich opcji procesora graficznego PROBE, które umoŝliwiają wykonanie wielu operacji, np. mnoŝenia i/lub dzielenia zmiennej przez wielkość stałą; dodawania lub odejmowania wielkości stałej; całkowania, róŝniczkowania zmiennej; itp.. Zatem przeskalowanie przebiegu napięcia stojana ma postać: gdzie, u as = ( CH m ) * [V] 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 = współczynnik transformacji zastosowanego przetwornika LEM w [V/V] Rozruch przy obciąŝeniu na wale Badanie rozruchu silnika polega na wykonaniu kolejno czynności: załączeniu napięcia zasilania do obwodu wzbudzenia i rezystancji obciąŝenia R o do obwodu twornika maszyny prądu stałego, która pracujące jako prądnica i jest sprzęŝona mechanicznie z badanym silnikiem; załączeniu skokowym przemiennego napięcia zasilania do obwodów stojana przy zamkniętych obwodach wirnika, obciąŝeniu na wale (obciąŝony 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) naleŝy uzupełnić o układ połączeń dodatkowej maszyny prądu stałego (pokazany na rys. 3), pracującej jako prądnica i obciąŝonej rezystancją R o. Pomiary próby rozruchu naleŝy wykonać dla przypadków podanych w tablicy 3. Uwaga: Po zakończeniu rozruchu naleŝy zanotować wartości ustalone: napięcia zasilania stojana U as =... [V] (wartość fazowa!) prądu stojana I as =... [A] prądu wirnika I ar =... [A] prędkości obrotowej n us =... [obr/min] rezystancji dodatkowej R d =... [Ω] napięcia twornika prądnicy U ap =... [V] prądu twornika prądnicy I ap =... [A] prądu wzbudzenia prądnicy I fp =... [A]

7 1 400V M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna, M. Kamiński 5 n us = 990 obr/min 2.0K 2 (54.003m, ) u as (0 + ) = V ( m,1.0245K) 0 0 >> -400V -2.0K 1 (CH2+20m)* (CH4+300m)*53 tr = 346ms ( m, ) U asusm = V 200A (63.804m, ) I arusm = 0.87I ( m,9.3603) i arud = 6.85I rn 0A i asud = 11.44I ( m, SEL>> (63.891m, ) I arusm = 0.104I rn -200A 0s 100ms 200ms 300ms 400ms 500ms -1*(CH1+160m)* (CH3+90m)* Time+900m Rys. 2. Przykład zarejestrowanych i odpowiednio opracowanych przebiegów czasowych dynamiki rozruchu silnika indukcyjnego pierścieniowego przy braku obciąŝenia na wale: CH2 - napięcia zasilania stojana [V], CH4 - prędkość obrotowa [obr/min], CH1 - prąd stojana [A], CH3 - prąd wirnika [A] SI_pomiary_2013.doc/

8 6 Badanie dynamiki silnika indukcyjnego. Pomiary komputerowe Uwagi: Jako miarę obciąŝenia badanego silnika naleŝy przyjąć wartość jego prądu wirnika w stanie ustalonym I rus, która jest odniesiona do znamionowego prądu wirnika I rn. Wartość prądu wirnika I rus badanego silnika ustala się za pomocą rezystancji obciąŝenia R o lub/i prądu wzbudzenia prądnicy I fp (patrz rys. 3). W przypadku braku miernika momentu obciąŝenia oszacowanie momentu obciąŝenia badanego silnika moŝna dokonać w następujący sposób. OtóŜ, przy pominięciu strat mechanicznych i strat na prądy wirowe prądnicy, moŝna przyjąć, Ŝe moment obciąŝenia badanego silnika T L jest praktycznie równy momentowi elektromagnetycznemu prądnicy T ep : T L T = G ( I ) I i (1) ep gdzie, G afp (I fp ) indukcyjność rotacji prądnicy zaleŝna o prądu wzbudzenia prądnicy I fp, i ap wartość chwilowa prądu twornika prądnicy. NaleŜy mieć na uwadze, Ŝe dokładniejsze oszacowanie wartości momentu T ep wymaga znajomości wpływu oddziaływania twornika prądnicy na wartość indukcyjność rotacji prądnicy. afp fp fp ap W3 I ap A A1 R o U ap V G B2 E1 E2 + A I fp - P AT W2 Rys. 3. Schemat połączeń maszyny prądu stałego pracującej jako prądnica obciąŝona rezystancją R o (maszyna słuŝy jako obciąŝenie badanego silnika w układzie pomiarowym pokazanym rys. 1) Tablica 3. Warunki zasilania i obciąŝenia silnika indukcyjnego pierścieniowego przy próbie rozruchu Nr próby Napięcie stojana (fazowe) U as = U bs = U cs = Faza początkowa napięcia stojana U as /U bs /U cs Rezystancja dodatkowa w obwodach wirnika R d = k Rd *R r Moment obciąŝenia wg Ustalonej wartość prądu wirnika silnika I rus 1 U / 3 0/-120/+120 k Rd = 0 I rus = I rn Uwagi 2 U / 3 90/-30/+210 k Rd = 0 I rus = I rn 3 U /3 0/-120/+120 k Rd = 0 I rus = 0,5I rn

9 M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna, M. Kamiński 7 4 U /3 90/-30/+210 k Rd = 0 I rus = 0,5I rn 5 U / 3 0/-120/ k Rd 3 I rus = I rn 6 U / 3 90/-30/ k Rd 3 I rus = I rn 7 U /3 0/-120/ k Rd 3 I rus = 0,5I rn 8 U /3 90/-30/ k Rd 3 I rus = 0,5I rn 9 U / 3 0/-120/ < k Rd 4 I rus = I rn 10 U / 3 90/-30/ < k Rd 4 I rus = I rn 11 U /3 0/-120/ < k Rd 4 I rus = 0,5I rn 12 U /3 90/-30/ < k Rd 4 I rus = 0,5I rn Uwagi: Podane wartości faz początkowych napięcia stojana są tylko wartościami zalecanymi, gdyŝ ich dokładne nastawienie jest trudne do wykonania w czasie pomiarów rozruchu silnika. Próby od nr 5 do 12 naleŝy wykonać przy rezystorze dodatkowym R d włączonym w kaŝdą fazę obwodów wirnika. Wartość rezystancji dodatkowej wylicza się z zaleŝności R d = k Rd *R r, gdzie wartość rezystancji R r odpowiada rzeczywistej wartości rezystancji pojedynczej fazy uzwojenia wirnika. Uwzględniając i ap = eap /( Ra + Ro ) oraz eap = Gafp ( I fp ) I fp ω rm wyraŝenie (3) przyjmie postać: T 2 ( Gafp ( I fp ) I fp ) L ω rm (2) Rap + Ro gdzie, R ap rezystancja twornika prądnicy, R o rezystancja obciąŝenia prądnicy, ω rm - prędkość obrotowa silnika (prądnicy). Z kolei przy I fp = const., R o = const. i pominięciu oddziaływania twornika wyraŝenie (4) moŝna zapisać w postaci: TL ~ ωrm (3) Zatem moment obciąŝenia silnika jest proporcjonalny do prędkości obrotowej silnika (prądnicy) 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 naleŝy zanotować wartości ustalone: napięcia zasilania stojana U as =... [V] (wartość fazowa!) prądu stojana I as =... [A] SI_pomiary_2013.doc/

10 8 Badanie dynamiki silnika indukcyjnego. Pomiary komputerowe prądu wirnika I ar =... [A] prędkości obrotowej n us =... [obr/min] rezystancji dodatkowej R d =... [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) ( , ) nu ( m, ) Usumax SEL>> ( , ) 0 1 usf* n*53 40A Isumax ( ,9.929) ( m, m) ( m, m) 0A -40A ( , ) Irud=1.43Irn Irumax ( , ) ( m, m) s s s s s s s s s isf* irf* Time b) ( m, ) nu ( m, ) nu SEL>> 0 ( m, ) Usumax 1 usf* n*53 ( m, ) Uz Usumax ( m, ) 0A -100A -180A ( m,27.163) ( m, ) Irumax Irudw Isumax ( m, ) ( m,9.0147) Isudz=6.42I ( m,9.880) Irudz=648Irn Isumax ( m, ) Irumax ( m, ) -350ms -300ms -250ms -200ms -150ms -100ms -50ms isf* irf* 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];

11 M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna, M. Kamiński 9 Uwagi do rys. 4: Przebiegi zarejestrowano w układzie pomiarowym: 4-ro kanałowy oscyloskop cyfrowy firmy Tektronix ze złączem GPIB oraz komputer PC wyposaŝony 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 = ( L + M ) / R (4) r lr gdzie, L lr indukcyjność rozproszenia uzwojenia wirnika, M = (2/3)L ms indukcyjność magnesowania, R r rezystancja obwodów wirnika. Strumień sprzęŝony z wirnikiem utrzymuje takie połoŝenie, jakie zajmował w chwili poprzedzającej wyłączenie. Efektem ciągłości strumienia sprzęŝonego z wirnikiem jest napięcie na zaciskach stojana, indukowane przez strumień sprzęŝony 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, moŝe wystąpić duŝy prąd łączeniowy i udar momentu elektromagnetycznego. Szczególnie duŝe wartości wystąpią przy przesunięciu fazowym między obu napięciami. JeŜeli napięcia mają fazy przeciwne, to wartość udaru prądowego jest około 1,4 1,8 razy większa niŝ przy zerowych warunkach początkowych. TakŜe wtedy udar momentu osiąga znaczne wartości, np. przy poślizgu s = 0 osiąga wartość 2 3 razy większą niŝ 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 obciąŝenia na wale. 2. Podać i omówić schemat połączeń układu pomiarowego do badania przebiegów czasowych rozruchu silnika indukcyjnego (pierścieniowego) przy obciąŝeniu na wale. 3. Podać i uzasadnić przebiegi prądu rozruchowego stojana i wirnika silnika indukcyjnego (pierścieniowego) przy braku obciąŝenia na wale. RozwaŜyć przypadek rozruchu bezpośredniego (znamionowe napięcie stojana, brak rezystancji dodatkowej - rozruchowej). ZałoŜyć, Ŝe w chwili załączenia napięcie na fazie as stojana jest równe zero. PosłuŜyć 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 obciąŝenia na wale. RozwaŜyć przypadek rozruchu bezpośredniego (znamionowe napięcie stojana, brak rezystancji dodatkowej - rozruchowej). ZałoŜyć, Ŝe w chwili załączenia napięcie na fazie as stojana jest równe zero. PosłuŜyć 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 obciąŝenia na wale. RozwaŜyć przypadek rozruchu przy obniŝonym napięciu stojana ( napięcia fazowe U as = U bs = U cs = U /3 uzwojenie stojana połączone w Y) i braku rezystancji dodatkowej rozruchowej. ZałoŜyć, Ŝe napięcie na fazie as stojana w chwili załączenia jest maksymalne. PosłuŜyć 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 obciąŝenia na wale. RozwaŜyć przypadek rozruchu przy obniŝonym napięciu stojana ( napięcia fazowe U as = U bs = U cs = U /3 uzwojenie stojana połączone r SI_pomiary_2013.doc/

12 10 Badanie dynamiki silnika indukcyjnego. Pomiary komputerowe w Y) i braku rezystancji dodatkowej rozruchowej. ZałoŜyć, Ŝe napięcie na fazie as stojana w chwili załączenia jest maksymalne. PosłuŜyć 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? 7. Podać i uzasadnić przebiegi prądu rozruchowego stojana i wirnika silnika indukcyjnego (pierścieniowego) przy braku obciąŝenia na wale. RozwaŜyć przypadek rozruchu z rezystancją dodatkową w obwodzie wirnika. ZałoŜyć, Ŝe w chwili załączenia napięcie na fazie as stojana jest równe zero. PosłuŜyć 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? 8. Podać i uzasadnić przebiegi momentu elektromagnetycznego i prędkości obrotowej silnika indukcyjnego (pierścieniowego) przy braku obciąŝenia na wale. RozwaŜyć przypadek rozruchu z rezystancją dodatkową w obwodzie wirnika. ZałoŜyć, Ŝe w chwili załączenia napięcie na fazie as stojana jest równe zero. PosłuŜyć 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? 9. Podać metody ograniczania wartości prądu rozruchowego silników indukcyjnych pierścieniowych i klatkowych. Jakie są powody jego ograniczania?. Podać sposób szacowania wartości udarowego prądu rozruchowego. 10. Podać i uzasadnić przebiegi napięcia resztkowego, prądu stojana i wirnika oraz prędkości obrotowej silnika indukcyjnego (pierścieniowego) przed i po odłączeniu napięcia zasilania. RozwaŜyć przypadek braku obciąŝenia na wale a takŝe braku rezystancji dodatkowej w obwodzie wirnika. ZałoŜyć, Ŝe w chwili odłączenia zasilania silnika napięcie na fazie as stojana jest maksymalne. PosłuŜyć się przebiegami uzyskanymi metodą symulacyjną (program PSPICE). Jakie parametry i stałe czasowe dynamicznego modelu obwodowego silnika mają wpływ na charakter przebiegów? 11. Podać i uzasadnić przebiegi napięcia resztkowego, prądu stojana i wirnika oraz prędkości obrotowej silnika indukcyjnego (pierścieniowego) przy odłączeniu i ponownym załączeniu napięcia zasilania. RozwaŜyć przypadek braku obciąŝenia na wale a takŝe braku rezystancji dodatkowej w obwodzie wirnika. ZałoŜyć, Ŝe w chwili ponownego załączenia zasilania napięcie źródła i napięcie resztkowe na fazie as stojana mają fazy przeciwne. PosłuŜyć się przebiegami uzyskanymi metodą symulacyjną (program PSPICE). Jakie parametry i stałe czasowe dynamicznego modelu obwodowego silnika mają wpływ na charakter przebiegów? 12. Podać i uzasadnić przebiegi napięcia resztkowego, momentu elektromagnetycznego oraz prędkości obrotowej silnika indukcyjnego (pierścieniowego) po odłączeniu i ponownym załączeniu napięcia zasilania. RozwaŜyć przypadek braku obciąŝenia na wale a takŝe braku rezystancji dodatkowej w obwodzie wirnika. ZałoŜyć, Ŝe w chwili ponownego załączenia silnika napięcie zasilania i napięcie resztkowe stojana mają fazy przeciwne. PosłuŜyć się przebiegami uzyskanymi metodą symulacyjną (program PSPICE). Jakie parametry i stałe czasowe dynamicznego modelu obwodowego silnika mają wpływ na charakter przebiegów? 5. ZADANIA 1. Na podstawie wyników pomiaru rozruchu badanego silnika indukcyjnego (pierścieniowego) przy braku obciąŝenia 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 elektromagnetycznego oraz prędkości obrotowej; wyznaczyć czas rozruchu i porównać go ze stałymi czasowymi silnika oraz stałą rozruchową silnika, podać przyczyny rozbieŝności. Na podstawie dynamicznego modelu obwodowego silnika o danych wartościach parametrów modelu obwodowego:

13 M. Ronkowski, G. Kostro, M. Michna, M. Kamiński 11 obliczyć ręcznie (oszacować) wartości udarowe i ustalone: prądu stojana i wirnika, momentu elektromagnetycznego oraz prędkości obrotowej; porównać z wynikami wyznaczonymi doświadczalnie, podać przyczyny rozbieŝności. 2. Na podstawie wyników pomiaru rozruchu badanego silnika indukcyjnego (pierścieniowego) przy obciąŝeniu na wale (obciąŝony 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 oraz prędkości obrotowej; wyznaczyć czas rozruchu i porównać go ze stałymi czasowymi silnika oraz stałą rozruchową silnika, podać przyczyny rozbieŝności. Na podstawie dynamicznego modelu obwodowego silnika o danych wartościach parametrów modelu obwodowego: obliczyć ręcznie (oszacować) wartości udarowe i ustalone: prądu stojana i wirnika, momentu elektromagnetycznego oraz prędkości obrotowej; porównać z wynikami wyznaczonymi doświadczalnie, podać przyczyny rozbieŝności. 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 elektromagnetycznego oraz prędkości obrotowej; uzasadnić fizyczne i analitycznie charakter pomierzonych przebiegów; 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 rozbieŝności. Na podstawie dynamicznego modelu obwodowego silnika o danych wartościach parametrów modelu obwodowego: obliczyć ręcznie (oszacować) wartości udarowe i ustalone: napięcia resztkowego stojana, prądu stojana i wirnika, momentu elektromagnetycznego oraz prędkości obrotowej; porównać z wynikami wyznaczonymi doświadczalnie, podać przyczyny rozbieŝności. 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 rozbieŝności. 5. Porównać wyniki uzyskane na drodze doświadczalnej i symulacyjnej (program PSPICE) dla zadania 2 (wybrać jeden z przebiegów, np.: napięcie stojan, prąd stojan, moment elektromagnetyczny, prąd wirnika lub prędkość obrotową). Podać przyczyny rozbieŝności. 6. Porównać wyniki uzyskane na drodze doświadczalnej i symulacyjnej (program PSPICE) dla zadania 3 (wybrać jeden z przebiegów, np.: napięcie resztkowe stojana, prąd stojan, prąd wirnika, moment elektromagnetyczny, lub prędkość obrotową). Podać przyczyny rozbieŝności. 6. SPRAWOZDANIE Opracowanie sprawozdania powinno zawierać: stronę tytułową wg wzoru podanego niŝej; nr zadania; dane znamionowe, parametry modelu obwodowego i stałe czasowe badanego silnika (wartości parametrów naleŝy 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); SI_pomiary_2013.doc/

14 12 Badanie dynamiki silnika indukcyjnego. Pomiary komputerowe ręczne oszacowanie wartości udarowych i ustalonych wielkości badanych silnika oraz ich porównanie z wartościami otrzymanymi na drodze symulacyjnej; uzasadnienie fizyczne i analityczne uzyskanych wyników (powinno to być napisane w stylu inŝynierskim tzn. minimum języka tekstowego a maksimum języka graficznego i symbolicznego); krótkę dyskusję wpływu załoŝeń 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 SYSTEMY ELEKTROMECHANICZNE LABORATORIUM Kierunek Elektrotechnika Studia stacjonarne 2-ego stopnia, semestr 1 ĆWICZENIE (SI) SILNIKI BADANIE DYNAMIKI SILNIKA INDUKCYJNEGO POMIARY KOMPUTEROWE Opracował: Imię i nazwisko nr grupy laboratoryjnej data oddania sprawozdania 7. LITERATURA 1. S. Bolkowski: Stany nieustalone w obwodach elektrycznych. WNT, Warszawa, R.H. Cannon (jr.): Dynamika układów fizycznych. WNT, Warszawa, P.C. Krause: Analysis of Electric Machinery. Mc Graus - Hill Book Comp., New York, W. Latek: Teoria maszyn elektrycznych. WNT, Warszawa, Z. Manitius: Maszyny elektryczne cz. I, II. Skrypt PG, 1982, 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, ( 7. W. Paszek: Stany nieustalone maszyn elektrycznych prądu przemiennego. WNT, Warszawa, Ronkowski M., Michna M., Kostro G., Kutt F.: Maszyny elektryczne wokół nas: zastosowanie, budowa, modelowanie, charakterystyki, projektowanie. (e-skrypt). Wyd. PG, Gdańsk, M. Ronkowski: Szkic do wykładów z przedmiotu Systemy elektromechaniczne. Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych. WEiA, PG, Gdańsk, 2012/ S. Roszczyk: Teoria maszyn elektrycznych. WNT, Warszawa, P. Zimny, K. Karwowski: SPICE klucz do elektrotechniki. Instrukcja, program, przykłady. Skrypt PG, 1993.