Maszyny Elektryczne Ćwiczenia

Transkrypt

1 Maszyny Elektryczne Ćwiczenia Mgr inż. Maciej Gwoździewicz Silniki indukcyjne Po co ćwiczenia? nazwa uczelni wykład ćwiczenia laboratorium projekt suma Politechnika Wrocławska Politechnika Poznańska AGH Politechnika Krakowska Politechnika Warszawska Politechnika Gdańska Politechnika Śląska kier. górnictwo

2 Silniki indukcyjne Zadanie 1 Dane: Dany jest silnik klatkowy o następujących danych znamionowych. Moment siodłowy względny wynosi 1,5. Typ Sg 315M8B D P n U n I n f n cosϕ n n n m r i r m max m J IP kl. iz. syst. chłodz. kw V A Hz - rpm kg kgm Cel: Oszacuj moment znamionowy silnika, sprawność znamionową, średni czas rozruchu dla m load =0,9 oraz J load =51,6 kgm. Dobierz 1 baterię kondensatorów do silnika w celu osiągnięcia cosφ=0,98 wraz z nastawą zabezpieczenia termicznego. rodz. pracy ,8 737,4 6,5 1,9 840,86 55 F IC 411 S1

3 Zadanie 1 P mech = P n = 90 kw P mech = ω M = M n = 30 π P n n n = 9,55 90k 737 = 1,16 knm π n 30 M η = P P 1 P 1 = P el = 3 U n I n cosφ n = 1,73 0, ,8 = 96,6 kw P = P n = 90 kw η n = P n P el = 90 96,6 = 93, % Zadanie 1 Q 1 = P 1 tgφ tgφ n = tg(arccos cosφ n tgφ n = tg arccos 0,8 = tg 34,9 = 0,7 tgφ c = tg(arccos cosφ c tgφ c = tg arccos 0,98 = tg 11,5 = 0, Q c = P el (tgφ n tgφ c ) = P n η n (tgφ n tgφ c Q c = 96,6 (0,7 0,) = 48,3 kvar 3

4 Zadanie 1 Q c = 40 kvar Zadanie 1 P c 0 P m = P el =96,6 kw Q m+c = Q n Q c = P 1n tgφ n Q c Q m+c = 96,6 0,7 40 = 67,6 40 = 7,6 kvar cosφ m+c = cos(arctg( Q m+c P m+c ) cosφ m+c = cos arctg 7,6 96,6 = 0,96 4

5 Zadanie 1 P c 0 P m = P el 3 U n I n cosφ n = 3 U n I m+c cosφ m+c cosφ n I m+c = I n cosφ m+c I m+c = 170 0,8 = 145, A 0,96 Zadanie 1 m r =,4 m max = 1,9 m r avg m r +m max +m siodło 3 m r avg,4 + 1,9 + 1,5 3 = 1,9 m siodło = 1,5 m dyn m r avg m load =1,9 0,95 = 0,95 M n = 1,16 knm m load = 0,9 M dyn m dyn M n = 0,95 1,16 = 1,1 knm 5

6 Zadanie 1 M dyn 1,1 knm T r dω dt = M dyn J load+m π n 30 J load+m M dyn T r π ,6 +,89 1,1 k 3,9 s Zadanie Dane: Silnik pierścieniowy SUg 00L8 zasilany napięciem znamionowym o f n =50 Hz ma zwarte pierścienie na zewnątrz. Do jednej fazy wirnika podłączono amperomierz magnetoelektryczny z zerem w środku skali. W trakcie biegu jałowego silnika wskazówka amperomierza wykonuje x 0 =3 pełnych wychyleń w ciągu 1 min. W trakcie obciążenia znamionowego silnika wskazówka amperomierza wykonuje x n =77 pełnych wychyleń w ciągu 1 min. Cel: Oszacuj prędkość silnika w trakcie biegu jałowego i w trakcie obciążenia znamionowego 6

7 p = 8 n s = 60 f n p Zadanie = = 750 rpm f r0 = x 0 T = 3 = 0,383 Hz 60 s 0 = f ro = 0,383 = 7,64 m f n 50 f rn = x n T = 77 = 1,8 Hz 60 s n = f rn = 1,8 = 5,6 m f n 50 n 0 = n s 1 s 0 = ,64 m = 744 rpm n n = n s 1 s n = ,6 m = 731 rpm Zadanie 3 Dane: Dany jest silnik pierścieniowy o następujących danych znamionowych. Z silnika wystają 4 przewody: czarny, brązowy, szary i żółto-zielony. Elektryk podłączył przewody brązowy i szary do prądu stałego w celu zmierzenia rezystancji metodą techniczną. Dane z pomiarów: U V =1,16 V i I A =10 A. Typ SUg 00L4A P n U n I n f n cosϕ n n n cosϕ k i r m max U r I r kw V A Hz - rpm V A 18,5 400 D 34, 50 0, ,4 8 3, Cel: Oszacuj prąd rozruchowy silnika w przypadku przyłączenia do pierścieni rezystora rozruchowego złożonego z 3 rezystorów połączonych w Y o wartości rezystancji 00 mω każdy. Oszacuj rezystancję fazy wirnika. 7

8 Zadanie 3 Z k = U n Z k = 3 i r I n 400 = 844 mω , R pomiar = R s R s R s + R s = 3 R s R pomiar = U V I A X k = R k = Z k cosφ k R k = 844 0,4 = 338 mω X k = Z k R k = 773 mω R s = 1,5 U V I A R s = 1,5 1,16 = 174 mω 10 R r = R k R s R r = = 164 mω R d = R d U s U r R d = 00 mω = Zadanie 3 R k = R s + R r + R d R k = = 1,03 Ω Z k = X k = X k = 773 mω Z k = R k + Xk = 1,9 Ω = 69 mω I k = U n 3 Z k I k = 400 = 179 A 3 1,9 i k = I k R r = 164 R r = R r I n = , = 5, U r U s = 47 mω 8

9 Zadanie 4 Dane: Dany jest silnik klatkowy o następujących danych znamionowych. Typ Sh H4Cs Y Cel: Oszacuj moment rozruchowy silnika. P n U n I n f n cosϕ n n n η n λ k kw V A Hz - rpm % , ,4,4 Zadanie 4 T n = 9,55 P n = 9,55 n n = 7,16 knm 110 k 1494 T k = λ k T n =,4 7,16 = 17, knm Wzór Klossa: T T k = s ks + s s k s n = n s n n = = 4 m n s λ k = s k + s n s n sk 9

10 Zadanie 4 1 = λ s k k s + s n n sk s k = s n λ k + λ k 1 = 4 m,4 +,4 1 = 18,3 m T r T k = s k1 + 1 s k T r = T k s k 18,3 s = 17, k k + 1 m 18,3 m = 0,63 knm + 1 Zadanie 5 Dane: Silnik indukcyjny serii h o mocy 1,5 jest obciążony znamionowo i napędza wentylator. Silnik zamieniono na silnik synchroniczny z magnesami trwałymi wysokosprawny. Wentylator i instalacja wentylacyjna pozostała bez zmian. Typ P n U n I n f n cosϕ n n n η n kw V A Hz - rpm % Sh 90L-4 1,5 400 Y 3,6 50 0, var 78 Shm 90L-4, 400 Y 3,6 50 0, const 89 Cel: Oszacuj o ile zmniejszą się koszty roczne zużycia energii elektrycznej. Wentylator pracuje codziennie 8 h. Koszt 1 kwh to 48 gr. Zakładamy, że sprawność silnika synchronicznego nie zależy od obciążenia. 10

11 Zadanie 5 P in IM = P n = 1,5 = 1,9 kw η n 0,78 P went ~n 3 P wał PMSM = P n IM n PMSM n IM 3 = 1, = 1,81 kw P in PMSM = P wał PMSM = 1,81 =,03 kw η PMSM 0,89 ΔP = P in IM P in PMSM = 1,9,03 = 0,11 kw Δ$ = ΔP T cena = 0, ,48 = 154 zł Zadanie 6 Dane: Zamieniono silnik typu Sg o mocy P n i sprawności η n =80 % na silnik typu See o mocy P n i sprawności η n =90 %. Oba silniki obciążone są znamionowo, mają tą samą liczbę par biegunów. Moc obciążenia nie zależy od prędkości. Pytanie: O ile zmieni się pobór mocy po zamianie starego silnika na nowy wysokosprawny? : A) Zmniejszy się 10 % P n B) Zmniejszy się więcej niż 10 % P n C) Zmniejszy się mniej niż 10 % P n D) Nie można tego oszacować, ponieważ nie znamy wartości mocy P n 11

12 Zadanie 6 P in = P out η ΔP in = P n P n = P η old η n η new η old new η new η old ΔP in = P n 0,9 0,8 0,9 0,8 = P n 0,1 0,7 = 0,13 P n B) Zmniejszy się więcej niż 10 % P n Zadanie 7 Dane: Dany jest silnik pierścieniowy o następujących danych. W celu zmierzenia rezystancji stojana elektryk podłączył pod przewody czarny i szary wychodzące z silnika napięcie stałe o wartości U=,5 V. Prąd wyniósł I=5 A. Przewody brązowy i żółto-zielony były odizolowane w trakcie pomiaru. Typ SUg 5M8A P n U n I n f n cosϕ n n n cosϕ k i r m max U r I r R r kw V A Hz - rpm V A Ω Y 33,3 50 0, , Cel: Oszacuj jaką wartość opornika połączonego w Y należy podłączyć do pierścieni wirnika, aby osiągnąć maksymalny moment znamionowy. 1

13 Zadanie 7 R r + R d s k = R s + (X s + X r ) n = 0 s = 1 R d = R s + (X s + X r ) R r R r = R r Z k = U s U r U n 3 i r I n = = = 13 mω 400 = 771 mω ,3 R s = U V I A R s = U V =,5 = 50 mω I A 5 X k = X s + X r = Z k (R s + R r ) = 771 ( ) = 616 mω Zadanie 7 R d = R s + (X s + X r ) R r R d = = 451 mω R d = R d U r U s = = 95 mω 13

14 Zadanie 8 Dane: Transformator o następujących danych zasila silnik o następujących danych. Typ Sg 315M6B Typ Moc U g U d u k ΔP 0 ΔP cu kva kv kv % W W TZM , P n U n I n f n cosϕ n cosϕ k n n m r i r m max m kw V A Hz - - rpm kg D ,89 0,1 985,3 7,,1 840 Cel: Oszacuj prąd rozruchowy silnika w tych warunkach zasilania oraz moment rozruchowy silnika. Zadanie 8 14

15 Zadanie 8 Z T = u k% 100 U n = 6 S n 100 0,4 k = 9,6 mω 1 M R T = ΔP cu S n U n 9,4 k = S n 1000 k 0,4 k = 1,5 mω 1 M X T = Z T R T = 9,6 1,5 = 9,5 mω R L = L γ Al S = 500 = 150 mω X L = x L L = 0,08 0,5 = 40 mω U n 400 Z km = = = 170 mω 3 i r I n 3 7, 189 R km = Z km cosφ k = 170 0,1 = 0,4 mω X km = Z km R km = 170 0,4 = 169 mω Zadanie 8 R k = R T + R L + R km = 1, ,4 = 17 mω X k = X T + X L + X km = 9, = 19 mω Z k = R k + X k = = 78 mω I r = U n 3 Z k = m r ~i r m r = m rn 400 = 831 A 3 78 m i r = = 4,4 i r i rn =,3 4,4 7, = 0,86 15

16 I [A], M [Nm] η, cosϕ [-] Jednofazowy silnik indukcyjny SEh 80-4B P n =0,75 kw n [rpm] T 0uF I 0uF T + 10uF I +10uF T + 0uF I +0uF T +35uF I +35uF 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0, 0,1 0 eff 0uF eff 30uF eff 40uF PF 0uF PF 30uF PF 40uF 0 0,1 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 p out [-] Dziękuję za przyjście Teraz mam chęć na pytania, później ona zaniknie 16