ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA

Transkrypt

1 UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNO-RZYRODNICZY W BYDGOSZCZY WYDZIAŁ INŻYNIERII ECHANICZNEJ INSTYTUT EKSLOATACJI ASZYN I TRANSORTU ZAKŁAD STEROWANIA ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA ĆWICZENIE: E7 BADANIE INDUKCYJNEGO SILNIKA KLATKOWEGO itr Klber, Daiel erczyńi Bydgzcz 0

2 Badaie iducyjeg ilia latweg. Wprwadzeie Najbardziej rzpwzechiymi mazyami eletryczymi ą trójfazwe ilii iducyje zwae rówież aychriczymi. Charateryzują ię e prtą budwą, łatwą bługą i łatwą erwacją, dużą pewścią ruchu i iim ztem budwy. c tych iliów jet róża i wacha ię w graicach d ułama ilwata d tyięcy ilwatów.. Budwa iliów iducyjych Główymi częściami ilia iducyjeg ą: - ieruchmy tja w ztałcie cylidra, - ruchmy wiri w ztałcie walca. Zarów tja ja i wiri ą wyae z paietu blach magetyczych izlwaych i prawaych dla zmiejzeia trat mcy w tali. W tjaie rówlegle d i brtu ilia, zajdują ię żłbi, w tórych rzłże jet trójfazwe uzwjeie, ładające ię z trzech cewe - faz rzmiezczych ymetryczie a bwdzie tjaa. Kńce ażdej cewi (fazy), razem ześć ńcówe, dłącze ą d tabliczi zaciwej zajdującej ię a bwdzie ilia, c ztał przedtawie chematyczie a ryuu. W U V U V W Ry.. Schemat tabliczi zaciwej Z przedtawieg a ryuu chematu wyia, że chcąc płączyć uzwjeie tjaa ilia iducyjeg w trójąt, ależy wyać płączeia zaciów a tabliczce zaciwej wg chematu przedtawieg a ryuu a, a w przypadu płączeia w gwiazdę - wg ry. b a) b) W U V W U V U V W U V W L L L L L L 3 3 Ry.. łączeie uzwjeia tjaa ilia iducyjeg a tabliczce zaciwej: a)w trójąt b)w gwiazdę. U, V, W pcząti faz uzwjeia tjaa, U, V, W ńce faz uzwjeia tjaa.

3 Badaie iducyjeg ilia latweg łączeie uzwjeia tjaa ilia iducyjeg w trójąt lub w gwiazdę zależy d wartści apięć pdaych a tabliczce zamiwej ilia iducyjeg i d apięcia ieci. Napięcie zailające ili mui być ta dbrae, aby ie przeraczał apięcia, a jaie zbudwa uzwjeia fazwe. rzyładw, ajczęściej twae zaczeia a iliach raz dpwiadające apięcia pracy dla pzczególych rdzajów płączeń przedtawi tablicy. Tablica Ozaczeie a tabliczce zamiwej Napięcie zailające dla płączeń w trójąt Napięcie zailające dla płączeń w gwiazdę 400 V 400 V 690 V 30 V 30 V 400 V 30/400 V 30 V 400 V 400/690 V 400 V 690 V rzyład Jeżeli a tabliczce zamiwej ilia iducyjeg pdae ą dwa apięcia p. 30/400 V, t zacza, że jeda faza uzwjeia tjaa ilia iducyjeg jet zaprjetwaa a dla wartść apięcia, czyli 30 V; mając w ieci apięcie 3 x 400 V trzeba ili płączyć w gwiazdę, atmiat w przypadu apięcia w ieci 3 x 30 V trzeba ili płączyć w trójąt (cewa faza uzwjeia teg ilia mui być zawze pd apięciem 30 V). Obracająca ię część ilia iducyjeg (wiri) piada uzwjeie, pdbie ja tja w żłbach. Rzróżia ię atępujące rdzaje iliów iducyjych: - ilii iducyje z wiriiem fazwym (ilii pierścieiwe), - ilii iducyje z wiriiem zwartym (ilii latwe). W iliach latwych (zwartych) uzwjeie wiria wyae jet w ptaci alumiiwych lub miedziaych prętów wypełiających żłbi. Wytające ze żłbów ńce wzytich prętów ą płącze ze bą (tąd wzięła ię azwa ili zwarty ). Jeśli taie uzwjeie ztałby wydziele z wiria, t miałby ztałt lati cylidryczej (tąd pchdzi azwa ili latwy ). W zależści d trucji lati wiria rzróżia ię atępujące rdzaje iliów: - jedlatwe (zwyłe), - głębżłbwe, - dwulatwe. Uzwjeie wiria w iliach iducyjych ie jet eletryczie (galwaiczie) płącze z uzwjeiem tjaa, a eergia jet przeza przez ple magetycze za pmcą iducji 3

4 Badaie iducyjeg ilia latweg eletrmagetyczej (z teg pwdu ilii te azywa ię iliami iducyjymi ). Jeżeli trójfazwe uzwjeie tjaa ilia ztaie zaile trójfazwym apięciem przemieym częttliwści f, t pd jeg wpływem ppłyą prądy przemiee w ażdej fazie. Każdy z tych prądów wytwarza ple magetycze pulujące, zmiee w czaie lecz ieruchme w przetrzei. W wyiu uperpzycji tych pól pwtaje wirujące ple magetycze mające zmieść czawą i przetrzeą. rędść brtwa wirwaia teg pla p bwdzie tjaa zależy d częttliwści f apięcia zailająceg raz liczby par bieguów ilia i reśla jet piżzą zależścią: lub prędść ątwa: Jet t tzw. prędść ychricza 60 f p Wirujące ple magetycze przecia pręty wiria i pwduje iduwaie w ich iły eletrmtryczej (SE). d wpływem tej SE w uzwjeiach wiria płyą prądy. Na ute ddziaływaia pla wirująceg a prądy w prętach wiria pwtają iły pwdujące pwtawaie mmetu brtweg i brót wiria, adzeg w łżyach, w ieruu wirwaia pla. rędść wirwaia wiria jet zawze miejza d prędści wirwaia pla prędść ychriczą f p. Gdy ili iągął, t wtedy jeg prędść brtwa względem wirująceg z prędścią pla magetyczeg tjaa byłaby rówa zeru (ple wirujące tjaa ie przeciałby wówcza uzwjeń wiria) i ie iduwałyby ię w uzwjeiach wiria SE. Nie pwtałby ai prąd w wiriu, ai mmet brtwy. Różica między prędści ychriczą, a prędścią wiria dieia d prędści ychriczej azywa ię pślizgiem wyrażeg zależścią: Z pwyżzeg wzru wyia, ze jeśli wiri ilia iducyjeg jet zahamway tz. jeżeli jeg prędść brtwa jet rówa zeru ( 0 ), t pślizg jet wówcza rówy jedści ( ). rędść wirwaia ilia zależy d jeg bciążeia (mmetu hamująceg h ). rędść brtwa utala ię gdy atępuje zrówaie wartści mmetu apędweg raz hamująceg h. Odpwiedie wyrey a ryuu 3. f i h f, gdzie zacza brty ilia przedtawi 4

5 Badaie iducyjeg ilia latweg h r Ry. 3. Charaterytyi mmetu apędweg w fucji prędści brtwej f raz mmetu hamująceg w fucji prędści brtwej h f Należy zwrócić uwagę, że uruchmieie ilia jet mżliwe jedyie w przypadu, gdy mmet hamujący (bciążeia lub prwy) mmetu d pślizgu h, jet miejzy d mmetu rzruchweg, Zależść f azywamy charaterytyą mechaiczą ilia (ry. 4). raca tatecza raca ietatecza K h h r 0 S S S K S = S Ry. 4. Charaterytya mechaicza ilia 3. raca tatecza i ietatecza ilia iducyjeg aymalej wartści mmetu max, zwaym rówież mmetem rytyczym, dpwiada pślizg rytyczy. W ażdym pucie charaterytyi mechaiczej ilia 5

6 Badaie iducyjeg ilia latweg iducyjeg w zareie pślizgu 0 praca ilia iducyjeg jet tatecza (tabila). lega t a tym, że mmet brtwy ilia iducyjeg amrzutie dpawuje ię d zmia wartści mmetu hamująceg bciążająceg g. Sili iducyjy bciąży mmetem hamującym h rzwija mmet brtwy rówy c d wartści mmetwi hamującemu przy pślizgu. Jeżeli teraz mmet hamujący wzrśie d wartści h h, t ili ztaie przyhamway i jeg prędść brtwa zmiejzy ię, a pślizg wzrśie ( ). Ze względu a t, że iła eletrmtrycza iduwaa w uzwjeiu wiria jet prprcjala d pślizgu, więc jej wartść wzrśie wraz ze wzrtem wartści pślizgu. T z lei pwduje wzrt wartści prądu w wiriu, c pciąga za bą wzrt mmetu brtweg ilia iducyjeg. Rówwaga między wym mmetem hamującym, a wym mmetem brtwym utali ię amrzutie, ale już przy więzym pślizgu tz. przy iec miejzej prędści brtwej. W zareie praca ilia jet ietatecza (ietabila). Na tej części charaterytyi mechaiczej ilia iducyjeg wzrt wartści mmetu hamująceg pwduje wzrt pślizgu i zmiejzeie ię mmetu brtweg ilia, c dprwadzi d zatrzymaia ię ilia. 4. Wpływ apięcia zailaia a pracę ilia met brtwy ilia iducyjeg jet prprcjaly d wadratu apięcia zailająceg uzwjeie tjaa. gdzie: c - tała trucyja, c U U - apięcie przyłże d jedej fazy uzwjeia tjaa. Wypływa tąd wie, ze biżeie apięcia zailaia zaczie zmiejza wartść mmetu brtweg i twarza grźbę zatrzymaia ię ilia (ry. 5). 6

7 Badaie iducyjeg ilia latweg max = f(s) U < U ; U = ct; U = ct U U 0 S S K Ry. 5. Charaterytya mmetu brtweg w fucji pślizgu f S S 5. raca ilia przy przerwie w jedej fazie Nieiedy pdcza pracy ilia mże atąpić przerwa w jedej fazie pwdwaa awarią. Obciąży ili pbiera wówcza za pmcą dwóch pracujących faz więzy prąd iż przy pracy rmalej, a jeg prędść brtwa iec ię zmiejza. Zwięzeie ię wartści prądu pbieraeg przez ili przy przerwie w jedej fazie mże pwdwać uzdzeie izlacji uzwjeń. Sta pracy ilia z przerwaą fazą mża łatw rzpzać p tym, że bciąży ili ma tedecję d zatrzymaia ię i pracuje głśiej iż rmalie. Jeżeli przerwa w fazie atąpiła przed uruchmieiem ilia i jeśli te ili ztaie włączy d ieci, t ie wytwarza mmetu rzruchweg, pbiera z ieci duży prąd i buczy. Należy wówcza wyłączyć apięcie zailające i uuąć awarię. 6. Zmiaa ieruu brtów ilia Jeżeli zmiei ię między bą miejcami (rzyżuje ię) dwa dwle przewdy zailające ili, t zmieie ztaie w te pób atęptw faz trójfazweg apięcia zailająceg ili. W tym przypadu wirujące ple magetycze wiruje w ieruu przeciwym iż pprzedi, a więc i wiri ilia zmiei ierue wirwaia a przeciwy. 7

8 Badaie iducyjeg ilia latweg 7. Charaterytyi bciążeiwe ilia iducyjeg Charaterytyi bciążeiwe iducyjeg ilia latweg ą t zależści: f f, I f, c f, f, f U U ct (ry. 6),, I, c,,, przy tałej wartści zailaia = f() I = f() = f() = f() c = f() = f() c I 0 Ry. 6. Charaterytyi bciążeiwe ilia iducyjeg rzebieg charaterytyi f I mża wytłumaczyć atępując: rzy biegu jałwym ili pbiera z ieci główie prąd biery - iducyjy, tóry ptrzeby jet d wytwrzeia wirująceg pla magetyczeg. Jeżeli ili ztaie bciąży, t pbiera wtedy z ieci ddatw mc czyą, a więc i prąd czyy. Zarzywieie charaterytyi I f tłumaczy ię tym, że prąd czyy i biery ddają ię wetrw. Wpółczyi mcy c w uzwjeiu tjaa ilia iducyjeg zwięza wą wartść wraz ze wzrtem bciążeia i iąga zazwyczaj wartść maymalą dla bciążeia zamiweg. W taie jałwym ili pbiera z ieci prąd, tóry tawi 050% prądu zamiweg. Jet t prąd (główie mageujący), tóreg ładwa biera jet duż więza d ładwej czyej. Niewiela ładwa czya prądu jałweg biegu ilia iducyjeg jet ptrzeba iliwi a wyaie prów mechaiczych ruchu wiria, iedużych trat eletryczych w uzwjeiach i trat w rdzeiu. Wpółczyi mcy jet więc w taie biegu jałweg iewieli. c, ja tue wartści prądu czyeg d pzreg, Wraz ze wzrtem bciążeia wartść ładwej czyej prądu pbieraeg przez ili z ieci rśie, a wartść ładwej bierej, czyli prąd mageujący, ztaje prawie iezmieiy i dlateg 8

9 Badaie iducyjeg ilia latweg wpółczyi mcy 0,9. c wraz ze wzrtem bciążeia rśie d wartści rzędu: 0,0,8, a awet rzebieg rzywej prawści w zależści d mmetu hamująceg f przebiegu prawści wzytich mazy eletryczych. jet pdby d W taie biegu jałweg prawść ilia jet rówa zeru, gdyż pdcza biegu jałweg ili ie rzwija mcy użyteczej a wale. W iliu iducyjym rzróżia ię dwa rdzaje trat mcy: a) Straty jałwe, D trat jałwych zalicza ię traty w rdzeiu m. Straty te piuje zależść: Fe (główie tjaie) raz traty mechaicze Fe m b) Straty bciążeiwe bc. Są t traty w uzwjeiach tjaa Cu i wiria Cu. bc Cu Cu Sprawść ilia reśla jet tuiem mcy mechaiczej rzwijaej przez ili a wale d mcy eletryczej pbieraej z ieci. bc gdzie mc dprwadza d tjaa (eletrycza) wyi: 3 U I c rzy iewielim bciążeiu decydujący wpływ a wartść prawści mają prawie tałe traty jałwe i dla teg prawść jet iewiela.. gdzie: aimum prawści zachdzi wtedy, gdy traty bciążeiwe Straty w uzwjeiu tjaa wyzacza ię za pmcą zależści: Cu 3 I R R - rezytacja jedej fazy uzwjeia tjaa. Straty w uzwjeiu wiria reśle ą zależścią: 3 I R Cu bc ą rówe tratm jałwym 9

10 Badaie iducyjeg ilia latweg Sili prjetuje ię ta, aby prawść iągała wją ajwięzą wartść dla bciążeia ł 80% bciążeia zamiweg. Jet t rzyte ze względów pratyczych, gdyż ilii iducyje ą ajczęściej iedciąże. rzebieg mcy rzwijaej a wale ilia w zależści d mmetu brtweg f liiwy, gdyż mc a wale ilia jet rówa: gdzie: - mmet brtwy w [Nm], - prędść brtwa w [br/mi], 0,05 60 jet - mc a wale ilia w [W] i przy iezaczych zmiaach prędści brtwej prprcjala d mmetu hamująceg. Zależść mcy dprwadzej d uzwjeia tjaa ilia iducyjeg d prądu w uzwjeiu tjaa I i d wpółczyia mcy w uzwjeiu tjaa. 8. Wyzaczaie charaterytyi mechaiczej z daych atalgwych ilia. wale W atalgach iliów eletryczych prócz pdtawwych daych zamiwych: mcy a [W], apięcia zailająceg U [V], prędści brtwej N [br/mi] pdają przeciążalść mmetem, czyli tue mmetu maymaleg (rytyczeg) d mmetu zamiweg (,6 3 ). max raz tue mmetu rzruchweg d mmetu zamiweg: Zamiwy mmet brtwy ilia iducyjeg wyraży w [Nm] blicza ię za pmcą zależści: r 9550 Z rówaia Kla: 0

11 Badaie iducyjeg ilia latweg gdzie: - pślizg, - pślizg rytyczy. gdzie: żemy zaleźć wartść tując pwyżzy wzór dla pracy zamiwej. - pślizg zamiwy, tóry mża bliczyć ze wzru: Zając mmet rytyczy ( max ) raz pślizg rytyczy mża za pmcą wzru Kla zaleźć wartść dla dwleg pślizgu i wyzaczyć charaterytyę f. Ztała a przedtawia a ryuu 7. f lub K = f(s) r 0 S S K S = Ry. 7. Charaterytya mmetu w fucji pślizgu f S S Zajmść wartści mmetu rytyczeg i rzruchweg r jet bardz waża dla cey właściwści mechaiczych ilia iducyjeg. Wartści mmetu rzruchweg jet bardz waża dla cey właściwści mechaiczych ilia iducyjeg. Wartści mmetu rzruchweg r decyduje mżliwści rzruchu zepłu apędweg (ili + mazya rbcza).

12 Badaie iducyjeg ilia latweg gdzie: Waruiem mżliwści rzruchu jet: r - tatyczy mmet hamujący mazyy rbczej w chwili rzruchu. Wartść mmetu rytyczeg pzwala wiwać mżliwści róttrwałej przeciążalści ilia, wiadm bwiem, że przy mmecie hamującym (bciążeia) jet mżliwa. praca ilia ie h 9. miary labratryje 9..Uwagi wtępe. dcza ćwiczeia ili bciążamy za pmcą hamulca iducyjeg. Hamulec zatway w ćwiczeiu działa a zaadzie pdbej ja przęgła eletrmagetycze iducyje wirprądwe. Cała eergia hamwaia jet zamieiaa a ciepł a ute przepływu prądów wirwych w tarczy hamulca. Ze względu a t, ze temperatura tarczy wzrata prprcjalie d mcy hamwaia ależy pdcza przeprwadzaia ćwiczeia zadbać właściwe chłdzeie tarczy. ażdym pmiarze ależy dać chłdzeia tarczy pprzez zmiejzaie d zera prądu wzbudzeia hamulca iducyjeg. Obciążeie ilia realizujemy pprzez zwięzeie prądu wzbudzeia hamulca za pmcą auttrafrmatra. U W A G A!!! miary ależy rzpcząć przy zerwym płżeiu prętła auttrafrmatra, tj. przy prądzie wzbudzeia hamulca rówym zer. 9.. rzeprwadzić ględziy badaeg ilia zwracając uwagę a: a) budwę ilia, b) frmę wyaia i pób chłdzeia, c) treść tabliczi zamiwej i dae atalgwe iezbęde d bliczeń Wyzaczeie charateryty bciążeiwych iducyjeg ilia latweg. a) pdłączyć uład wg chematu przedtawieg a ryuu 8,

13 Badaie iducyjeg ilia latweg L L L 3 N W l l l 3 Srzya pmiarwa l l l 3 U V W N N W N 30 H I H A Ry. 8. Schemat płączeia ilia b) załączyć ili d ieci i przez zmiaę prądu wzbudzeia hamulca I h regulwać bciążeie ilia d biegu jałweg d wartści zamiwej, c) wyii pmiarów i bliczeń zatwać w tablicy. Tablica miary Obliczeia Lp. U f I I H r c V A A W Obr/mi m t Nm W W - %

14 Badaie iducyjeg ilia latweg D bliczeń zatwać piżze zależści: Średie apięcie fazwe: Średi prąd bciążeia: met brtwy: gdzie: G - ciężar c użytecza (a wale): I I L U f I U L 3 L I U L3 L 3 G r i 0, 05 U L3 Straty mcy: Sprawść: 00% Sprawść: 00% Wpółczyi mcy: ślizg: c 3 U I d) Na pdtawie pmiarów i bliczeń wyreślić charaterytyi badaeg ilia w taie bciążeia: f, I f, f, f, f c f,, 9.4. Zmiaa ieruu wirwaia ilia latweg. a) zmiaę ieruu wirwaia ilia ależy przeprwadzić zgdie z itrucją w taie biegu jałweg, b) rzyżwaia przewdów dać tyl przy wyłączym apięciu Oberwacja pracy ilia latweg w przypadu przerwy w jedej fazie. a) uruchmić ili ta ja w p. 3, a atępie bciążyć g d wartści rówej ł 0,6 I, b) dać przerwy w jedej fazie przez twarcie wyłączia W, c) wyii pmiarów zatwać w tablicy. 4

15 Badaie iducyjeg ilia latweg Tablica. I A Obr/mi Sili latwy pracuje ja: Jedfazwy trójfazwy (przerwa w jedej fazie) 9.6. Na pdtawie daych atalgwych i tabliczi zamiwej ilia wyzaczyć i wyreślić charaterytyę mechaicza ilia f lub f Dyuja wyiów, pmiarów i bliczeń. Sfrmułwaie wiów dać umery i dae przyrządów użytych d pmiarów. 0. Zagadieia d przygtwaia. Rdzaje budwy, zagadieia cieple, zaczeia mazy eletryczych.. Budwa i zaada działaia aychriczeg ilia latweg. 3. met brtwy, mmet rzruchwy i prąd rzruchwy, mc i prawść ilia latweg. 4. charaterytyi rbcze (bciążeiwe) ilia latweg. Literatura. Chęcińi B., Kyci., ierzbicza J.: Labratrium eletrtechii i eletrii, Wydawictw Uczeliae ATR, Bydgzcz, Klber., Kzłwa A., erczyńi D.: dtawy badań eplatacyjych mazy eletryczych, Wydawictw Uczeliae ATR, Bydgzcz, Opyd W.: Eletrtechia i eletria dla tudetów wydziałów ieeletryczych, Wydawictw litechii zańiej, zań, Opyd W., Kuleza K., Twardz G.: Urządzeia eletrycze i eletricze przewdi d ćwiczeń labratryjych, Wydawictw litechii zańiej, zań, rzeździeci F., Opli A.: Eletrtechia i eletria, WN, Warzawa, raca zbirwa pd red. Hempwicz.: Eletrtechia i eletria dla ie eletryów, WNT, Warzawa, raca zbirwa pd red. Hiciewicz J.: azyy i apęd eletryczy, radi Techia Eletrtechia, Wydawictwa Szle i edaggicze, Warzawa, Sawici F., iechci J., Orlińi J.: Labratrium z eletrtechii dla mechaiów, Wydawictw Uiwerytetu Warmiń-azurieg, Olzty, 00. 5