Badanie silnika indukcyjnego 1-fazowego

Transkrypt

1 Badanie silnika indukcyjnego 1-azowego 1) Próba biegu jałowego silnika indukcyjnego 1-azowego Badania przeprowadza się w układzie połączeń pokazanych na Rys.1. Rys.1. Schemat połączeń do próby biegu jałowego silnika indukcyjnego 3-azowego.

2 W pierwszej kolejności zgodnie ze schematem pokazanym na Rys.1 należy wykonać połączenia torów prądowych i napięciowych pomiędzy odłącznikiem napięcia zasilającego, układem przetworników pomiarowych MI I/II i badanym silnikiem indukcyjnym. Zestaw przewodów pomiarowych należy pobrać u laboranta. Uwaga! Regulator prądu wzbudzenia maszyny bocznikowej prądu stałego będącej obciążeniem badanego silnika, jest wspólnie wykorzystywany przy badaniu silnika trój-azowego i silnika jedno-azowego. Próby biegu jałowego dokonujemy przy znamionowej wartości kondensatora rozruchowego. Następnie należy załączyć komputer PC oraz zasilanie stołu laboratoryjnego. Logujemy się jako użytkownik labmasz. Po zainstalowaniu się systemu operacyjnego załączamy przetwornik analogowo-cyrowy NI USB 6251, który zgłasza się komunikatem: Okno komunikatu należy skasować (Cancel). Następnie z poziomu pulpitu wywołujemy aplikację SI1 - pomiary (pojawia się okno wirtualnego przyrządu pomiarowego):

3 Elementy wirtualnego przyrządu do badania stanu jałowego silnika indukcyjnego jednoazowego: 1 Okno woltomierza pomiar napięcia azowego (przewodowego), 2 Okno amperomierza pomiar prądu azowego silnika indukcyjnego, Okna zostały powiększone w celu ułatwienia obserwacji z większej odległości. Po prawej stronie prezentowane są wartości: mocy czynnej całkowitej P1, mocy azy głównej PG, mocy azy rozruchowej PP, całkowitej mocy pozornej S, współczynnika mocy PF (cosφ) i prędkości obrotowej wału n. 3 Okno oscyloskopu (przebiegi wartości chwilowej napięcia zasilania/napięcia azy głównej, silnika indukcyjnego U1 oraz napięcia na kondensatorze rozruchowym UC). W zakładce prezentowane jest widmo amplitudowe napięcia zasilania. Powyżej okna prezentowane są wartości skuteczne napięcia zasilania U1 i napięcia na kondensatorze rozruchowym UC. 4 Okno oscyloskopu (przebiegi wartości chwilowej prądów całkowitego I1, prądu azy głównej IG oraz prądu azy rozruchowej IP. W zakładce prezentowane jest widmo amplitudowe prądu całkowitego I1. Powyżej okna prezentowane są wartości skuteczne prądu całkowitego I1, prądu azy głównej IG oraz prądu azy rozruchowej IP. 5, 6, 7, 8 Okna służące do prezentacji charakterystyk pomiarowych: - I1 = (U1), - P1 = (U1), - cosφ = (U1), - s = (U1), 9 Panel sterowania zapisem danych pomiarowych do pliku. przycisk Wszystko kasowanie wszystkich pomiarów, przycisk Ostatni kasowanie ostatniego pomiaru, przycisk Zapisz zapisywanie danych pomiarowych do pliku, przycisk STOP zatrzymanie pomiarów. Napięcie regulowane (w zakresie U min ~ 0V - U max ~ 240V) podawane jest z autotransormatora, który należy podłączyć do odłącznika znajdującego się na stole laboratoryjnym. Należy zwrócić szczególną uwagę, aby w chwili rozpoczęcia jakichkolwiek pomiarów napięcie autotransormatora ustawione było na wartość minimalną. Do oceny napięcia występującego na zaciskach autotransormatora służy woltomierz kontrolny. Następnie załączamy układ przetworników pomiarowych MI-I (lub MI-II), zasilanie przetwornika momentu oraz układu do pomiaru prędkości obrotowej PELTRON LO-1 i uruchamiamy przyrząd wirtualny (kliknięcie myszką w strzałkę start na pasku górnym). W dalszej kolejności zamykamy odłącznik napięcia zasilania i załączamy autotransormator. Rozruchu silnika indukcyjnego dokonujemy zwiększając napięcie podawane na silnik indukcyjny aż do osiągnięcia napięcia znamionowego. Rozpoczynamy pomiary zmniejszając napięcie zasilania od wartości 230 V do takiej wartości, przy której prąd biegu jałowego zaczyna wzrastać. Uwaga! Charakterystyka I1 = (U1) ujawnia dwa minima lokalne. Wyniki pomiarów (w następującej kolejności: wartość napięcia przewodowego U1, prąd całkowity I1, prąd azy głównej IG, prąd azy pomocniczej PP, moc czynna całkowita P1, moc czynna azy głównej PG, całkowita moc pozorna S, napięcie na kondensatorze UC, prędkość obrotowa n) biegu jałowego silnika indukcyjnego zapisywane są do pliku pom1-jal.txt.

4 Opracowanie wyników pomiaru. Po przeniesieniu danych pomiarowych do arkusza kalkulacyjnego należy obliczyć współczynnik mocy biegu jałowego cosφ 0, poślizg s 0. Następnie na podstawie przeprowadzonych obliczeń należy wykreślić charakterystyki: - P1 0 = (U1), - I1 0 = (U1), - cosφ 0 = (U1), - s 0 = (U1). oraz uzasadnić ich przebieg. 2) Próba zwarcia / wyznaczanie początkowego momentu rozruchowego Badania przeprowadza się w układzie połączeń pokazanych na Rys.1 przy zablokowanym zworą wale badanego silnika indukcyjnego. Uruchomienie wirtualnego przyrządu przebiega identycznie jak w wypadku próby stanu jałowego silnika indukcyjnego jednoazowego. W oknie wirtualnego przyrządu należy wybrać opcję Próba zwarcia / wyznaczenie początkowego momentu rozruchowego. Okno wirtualnego przyrządu jest nieco zmodyikowane z uwagi na zablokowanie wału maszyny (zniknęło okienko prezentujące prędkości obrotową wału, pojawiło się okienko prezentujące moment rozruchowy). W oknie 5, prezentowana jest charakterystyka pomiarowa:

5 - M = (C) dla U1 = const., pozostałe okna: 6, 7, 8 zostały usunięte. Próbę przeprowadza się dla wszystkich kombinacji dostępnych kondensatorów rozruchowych przy ustalonej wartości napięcia zasilającego. Aktualną wartość kondensatora rozruchowego należy każdorazowo wprowadzić w okienko C [uf] znajdujące się tuż obok przycisku wyboru opcji Próba zwarcia / wyznaczenie początkowego momentu rozruchowego. Wielkość napięcia zasilającego należy tak dobrać, aby dla największej wartości kondensatora rozruchowego prąd zwarcia nie przekraczał 150% prądu znamionowego. Uwaga! Z powodu zablokowania wału silnika (prędkość obrotowa n = 0) nie występuje chłodzenie silnika. Pobrana moc elektryczna wydziela się w uzwojeniach stojana. Pomiaru należy dokonać w jak najkrótszym czasie. Zamykamy odłącznik napięcia zasilania i załączamy autotransormator będący źródłem napięcia zasilania. Pomiaru dokonujemy zwiększając napięcie zasilania silnika aż do wybranej wartości (wcześniej ustalonej). Wyniki pomiarów (w następującej kolejności: wartość napięcia przewodowego U1, prąd I1, prąd IG, prąd IP, moc czynna P1 i moc pozorna S, napięcie na kondensatorze rozruchowym UC, moment rozruchowy M, wartość kondensatora rozruchowego C) próby zwarcia silnika indukcyjnego zapisywane są odpowiednio do plików pom2_zw.txt. Opracowanie wyników pomiaru. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów należy wykreślić charakterystyki: - M z = (C), - I1 z = (C), oraz uzasadnić ich przebieg. 3) Próba obciążenia silnika indukcyjnego jednoazowego Badania przeprowadza się w układzie połączeń pokazanych na Rys.1. Wał badanego silnika indukcyjnego należy odblokować. Podczas próby silnik należy zasilić napięciem znamionowym. Rozruchu silnika dokonujemy tak jak w wypadku badania biegu jałowego. Obciążenie silnika regulujemy za pomocą prądu wzbudzenia prądnicy prądu stałego G. Należy zwrócić uwagę, aby za pomocą autotransormatora utrzymać stałą wartość napięcia zasilania silnika. Uruchomienie wirtualnego przyrządu przebiega identycznie jak w wypadku badania stanu jałowego transormatora. W oknie wirtualnego przyrządu należy wybrać opcję Próba obciążenia. Okno wirtualnego przyrządu zostaje zmodyikowane, pojawiają się okienka prezentujące moc mechaniczną P2, sprawność ρ silnika indukcyjnego jednoazowego i prędkości obrotową wału. W oknach: 5, 6, 7, 8 służących do prezentacji charakterystyk pomiarowych przedstawiane są zależności: - I1 = (P2), - η = (P2), - cosφ = (P2), - s = (P2).

6 Przewidziana została możliwość wykonania próby obciążenia dla trzech wartości kondensatora rozruchowego (C1 = C znamionowe, C2 > C znamionowe, C3 < C znamionowe ). Wyniki pomiarów (w następującej kolejności: wartość napięcia przewodowego U1, prąd całkowity I1, prąd azy głównej IG, prąd azy pomocniczej IP, moc czynna całkowita P1, moc czynna azy głównej PG, całkowita moc pozorna S, napięcie na kondensatorze rozruchowym UC, prędkość obrotowa n i moment mechaniczny M) próby obciążenia silnika indukcyjnego zapisywane są do pliku pom3_obc_c1.txt, pom3_obc_c2.txt, oraz pom3_obc_c3.txt. Opracowanie wyników pomiaru. Po przeniesieniu danych pomiarowych do arkusza kalkulacyjnego należy obliczyć współczynnik mocy cosφ, poślizg s, moc oddaną P2, sprawność η. Następnie na podstawie przeprowadzonych obliczeń należy wykreślić charakterystyki: - I1 = (P2), - IG = (P2), - IP = (P2), - η = (P2), - cosφ = (P2), - s = (P2), - n = (P2), oraz uzasadnić ich przebieg.

7 Inormacje dodatkowe Po zakończeniu sesji pomiarowej (pracy w laboratorium) należy wydrukować protokół z danymi pomiarowymi. W tym celu korzystamy z przycisku Drukuj w panelu sterowania zapisem danych pomiarowych. Uwaga! Pliki z danymi pomiarowymi zostaną wydrukowane tylko wtedy, gdy zarejestrowanych zostało co najmniej pięć punktów pomiarowych w danej sesji pomiarowej. Pojawia się okno: które należy uzupełnić nazwiskami osób wykonujących ćwiczenie. Po wypełnieniu odpowiednich pól uruchamiamy drukowanie przyciskiem OK. Pojawia się podgląd wydruku do akceptacji. Wydrukowany protokół pomiarów jest do odbioru u laboranta. Po wylogowaniu wszystkie pliki z danymi pomiarowymi są kasowane. Dlatego też przed zamknięciem sesji pomiarowej należy je przenieść do bezpiecznej lokalizacji. Jest nią dowolna skrzynka pocztowa. Dostęp do plików pomiarowych (tylko poprzez pocztę ) uzyskuje się uruchamiając aplikację SI1 wysyłanie : Po uruchomieniu aplikacji (kliknięcie myszką w strzałkę start na pasku górnym) pojawia się okno z listą utworzonych podczas pracy w laboratorium plików pomiarowych (wraz z ich rozmiarem), a także ewentualnie plik arkusza kalkulacyjnego (Open Oice - Calc) z opracowanymi danymi pomiarowymi. Arkusz kalkulacyjny musi być umieszczony w tym samym katalogu co pliki z danymi pomiarowymi W polu adresat należy wpisać własny adres . Pomiary realizowane są za pomocą wirtualnego przyrządu w skład, którego wchodzą: a) Układ czujników/przetworników I/U oraz U/U zapewniających separację galwaniczną pomiędzy obwodem wejściowym (mierzonym prądem i napięciem) i wyjściowym (sygnałem pomiarowym). Maksymalna amplituda sygnału pomiarowego została

8 dostosowana do zakresu napięciowego wejść przetwornika cyrowo-analogowego. Wymagania te spełniają przetworniki napięciowe i prądowe typu LEM. Schemat przetwornika napięcie/napięcie typu LV 25-P o napięciu znamionowym 10V 500V został przedstawiony na Rys.2, a schemat przetwornika prąd/napięcie typu LA 100-P o prądzie znamionowym 100 A został przedstawiony na Rys.3. Rys.2. Woltomierz zrealizowany za pomocą przetwornika LV 25-P. Iw prąd strony wtórnej przetwornika. Sygnałem pomiarowym jest spadek napięcia na oporniku Rp. Rys.3. Amperomierz zrealizowany za pomocą przetwornika LA 100-P. Iw prąd strony wtórnej przetwornika. Sygnałem pomiarowym jest spadek napięcia na oporniku Rp. Trzy czujniki prądowe (o zmodyikowanym zakresie 0 15A AC) i trzy czujniki napięciowe (o zakresie podstawowym V AC) umieszczone są w jednej obudowie wyposażonej w układy zasilania przetworników, zestaw zacisków prądowych i napięciowych oraz zestaw gniazd wyjściowych BNC sygnału pomiarowego. Na Rys.4 przedstawione zostało rozmieszczenie zacisków prądowych i napięciowych oraz gniazd sygnału pomiarowego. Zaznaczone zostały pary zacisków tworzące tor pomiarowy odpowiednio prądowy i napięciowy skojarzony z właściwym gniazdem sygnału pomiarowego. Rys.4. Rozmieszczenie zacisków prądowych i napięciowych oraz gniazd sygnału pomiarowego

9 b) Przetwornik analogowo-cyrowy. Do pomiarów zastosowano przetwornik NI USB 6251 wyposażony w kartę przetwornika A/C o następujących danych technicznych: - magistrala przesyłu danych USB, - 16 wejść analogowych pojedynczych/8 wejść analogowych różnicowych, - maksymalna częstotliwość próbkowania 1, S/s, - maksymalny zakres napięć wejściowych przetwornika A/C ± 10 V, - rozdzielczość 16 bitów. Sygnał pomiarowy z gniazd BNC przetworników I/U oraz U/U podawany jest za pomocą kabli BNC na odpowiednie wejścia terminala BNC-211 współpracującego z przetwornikiem NI USB c) Układu do pomiaru prędkości obrotowej PELTRON LO-1 wykorzystujący czujnik elektromagnetyczny współpracujący z tarczą obrotową wykonaną z materiału magnetycznego o 30 zębach. Sygnał wyjściowy czujnika odzwierciedla zmianę szczeliny powietrznej (reluktancji). Na wyjścu układu pomiarowego uzyskuje się sygnał prostokątny o częstotliwości proporcjonalnej do prędkości wirowania tarczy zębatej i amplitudzie 5 V. Inormacja o częstotliwości obrotowej uzyskiwana jest w wyniku wyodrębnienia harmonicznej o największej amplitudzie z widma sygnału. Dane znamionowe układu do pomiaru prędkości obrotowej PELTRON : - maksymalna prędkość obrotowa 5000 obr/min, - napięcie zasilania 240 V. d) Przetwornik siły (czujnik siły) KB52 z napięciowym wyjściem sygnałowym do pomiaru momentu o następujących parametrach: - zakres pomiarowy 1 kn, - nieliniowość 0,08%, - histereza 0,08%, - błąd pełzania 0,2%, - uchyb temperaturowy 0,05%/10 o K, - oset ~ 0,03 V, - napięcie wyjściowe 0 10 V, - zasilanie 24 V. Przetwornik siły współpracuje z analogowym układem dopasowania (wzmacniacz operacyjny w układzie wtórnika napięciowego rezystancja wejściowa > 1 MΩ, rezystancja wyjściowa < 10 Ω) Rys.5. Rys.5. Układ kondycjonowania sygnału pomiarowego momentu.

10 e) Oprogramowanie pomiarowe nadzorujące pracę przetwornika analogowo-cyrowego, odpowiedzialne za akwizycję danych pomiarowych, przetwarzanie danych pomiarowych i wizualizację pomiarów. Program pomiarowy (wirtualny przyrząd pomiarowy) został zrealizowany za pomocą oprogramowania narzędziowego LabView irmy National Instruments. W układzie pomiarowym mierzone są chwilowe wartości prądu azowego i napięcia azowego badanego silnika indukcyjnego. Na podstawie wartości chwilowych zarejestrowanych w czasie 1000 ms (a więc czasie trwania 50 okresów napięcia zasilającego z uwagi na zauważalne wahania w czasie mierzonych parametrów) obliczana jest z deinicji odpowiednio wartość skuteczna prądów i napięć zgodnie z zależnością: X t T x T t0 ( t)dt 1 N N n1 x ( n). (1) gdzie: T okres analizowanego sygnału, x (t) wartość chwilowa sygnału pomiarowego, N ilość próbek sygnału, x (n) zdyskretyzowany w czasie i amplitudzie sygnał pomiarowy. 2 Moc czynna P1pobierana przez silnik indukcyjny, moc czynna azy głównej i moc czynna azy pomocniczej wyznaczana jest z zależności: P 1 T T tt 1 p ( t)dt T T tt 1 u ( t) i ( t)dt N N n1 u ( n) i ( n). (2) gdzie: u, i odpowiednio wartość chwilowa napięcia i prądu azowego. Moc pozorna wyznaczana jest z zależności: S ( U I ) (3) Instrukcja jest uzupełnieniem skryptu: Grzegorz Kamiński, Janusz Kosk, Włodzimierz Przyborowski Laboratorium Maszyn Elektrycznych Oicyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej Warszawa 2005 instrukcję opracował Adam Biernat, Warszawa, grudzień 2010