LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI Badanie silnika indukcyjnego klatkowego

Transkrypt

1 Ćwiczenie 4 Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI Badanie ilnika indukcyjnego klatkowego Oracował: Grzegorz Wiśniewki

2 Zagadnienia do rzygotowania Rodzaje ilników aynchronicznych indukcyjnych. Budowa i zaada działania ilnika indukcyjnego klatkowego. Metody rozruchu ilników indukcyjnych. Sooby terowania racą ilnika indukcyjnego. Podtawowe charakterytyki ilnika. Literatura [1] B. Karolewki, Z. Okrazewki, A. Szymańki Elektrotechnika Ćwiczenia laboratoryjne dla wydziałów nieelektrycznych. Skryt PWr [2] Bogdan Miedzińki ELEKTROTECHNIKA Podtawy i intalacje elektryczne wydawnictwo WNT tr. 2

3 Celem ćwiczenia jet oznanie budowy, zaady działania i właściwości ruchowych ilnika aynchronicznego klatkowego oraz wyznaczenie jego odtawowych charakterytyk. Program ćwiczenia obejmuje: a) zmontowanie układu zgodnie ze chematem, b) dokonanie rozruchu, c) zdjęcie odtawowych charakterytyk ilnika. 1. Wrowadzenie 1.1. Zaada działania ilnika aynchronicznego Stojan trójfazowego ilnika aynchronicznego ma trzy niezależne uzwojenia, których oie magnetyczne ą rzeunięte geometrycznie względem iebie o kąt 120. Po zaileniu rądem trójfazowym wytwarzają one wirujące ole magnetyczne, rzemiezczające ię w rzetrzeni z rędkością ynchroniczną: 60 f n= (1.1) Gdzie: f - czętotliwość rądu tojana, - liczba ar biegunów. W olu wirującym, które wytworzone jet rzez tojan ilnika, znajduje ię wirnik. Uzwojenia wirnika (w rzyadku ilnika klatkowego) tworzą charakterytyczną klatkę. Klatka ta to nieizolowane ręty miedziane lub aluminiowe, umiezczone w żłobkach wirnika. Pręty te ą zwarte na obu końcach (tąd nazwa ilnik klatkowy). Nieruchome uzwojenia wirnika (ręty) ą rzecinane rzez ole wirujące z rędkością ynchroniczną n. W chwili rozruchu, wytwarzana jet w nich iła elektromotoryczna równa: E=Bln, (1.2) Przeływ rądu w rętach wirnika związany jet z ojawiającą ię iłą elektromotoryczną. Zależność tą można oiać zgodnie z regułą lewej dłoni. Siła F jet roorcjonalna do indukcji wirującego ola magnetycznego B, długości rętów l oraz wielkości rądu I łynącego w rętach wirnika. [2] tr. 3

4 F=BI w l, (1.3) Wynikająca z równania iła F owoduje owtanie momentu elektromagnetycznego M, który dla zatrzymanego wirnika (n=0) będzie momentem rozruchowym M r. Po rozruchu wirnik zaczyna ię obracać i wraz z wzrotem obrotów maleje rędkość z jaką ole wirujące rzecina ręty jego uzwojenia. Doganiając w ten oób ole oberwujemy zmniejzanie ię wartości iły elektromotorycznej, jak i zmniejzenie wartości rądu wirnika. Wytwarzając w ten oób coraz mniejzy trumień magnetyczny, łabiej oddziałuje na ole wirujące. Efektem tego zjawika jet mniejzy obór rądu z ieci rzez tojan ilnika. Przyjmuje ię, że w momencie rozruchu rąd ten jet bardzo duży i oiąga 4-6-krotną wartość rądu znamionowego. Dla ilników aynchronicznych tak duże wartości rądu rozruchowego nie wływają znacząco na moment rozruchowy M r. Moment ten jet niewielki, onieważ na jego wartość wływa wartość wółczynnika mocy ilnika, a ona w chwili rozruchu jet bardzo mała (co φ r = 0,05-0,15). Porawa charakterytyki mechanicznej ilnika może ię odbywać jedynie orzez zwiękzenie momentu rozruchowego. Natomiat zwiękzenie momentu rozruchowego jet możliwe orzez ecjalne zmiany kontrukcyjne, dlatego kontruowano ilniki głębokożłobkowe i dwuklatkowe (ry. 1.1). Prąd rozruchowy (znacznie rzekraczający wartości znamionowe) może okazać ię groźny dla ilnika ze względu na kutki cielne, zwłazcza w rzyadku czętych rozruchów ilników dużej mocy. Takiemu ciężkiemu rozruchowi towarzyzy rzeważnie znaczny adek naięcia w ieci zailającej to znowu wływa na rzebieg rozruchu, oraz na racę innych odbiorników. [2] tr. 4

5 Ry Charakterytyki mechaniczne ilników klatkowych: a) jednoklatkowych, b) głębokożłobkowych, c) dwuklatkowych [1]. Aby uniknąć negatywnego oddziaływania ilników dużej mocy (dla rozruchu bezośredniego ą to już ilniki o mocy kilkunatu kilowatów) na ieć zailającą touje ię zailanie z oobnego tranformatora lub ecjalne układy rozruchowe. Jedna z najtańzych i najrotzych toowanych metod to metoda załączenia ilnika z układem gwiazda-trójkąt, umożliwia to trzykrotne zmniejzenie rądu rozruchowego. Z uwagi na duży rozwój techniki tr. 5

6 tyrytorowej do rozruchu i łynnego terowania arametrami ilnika touje ię coraz owzechniej również rzetworniki tyrytorowe (czętotliwościowe) zwane oularnie falownikami. Rozwój techniki mikroroceorowej zaowocował zerokimi możliwościami kztałtowania charakterytyki rozruchowej, a układy, które zaewniają takie możliwości to układy oularnie nazywane oft tartem. Jednym z charakterytycznych arametrów ilników aynchronicznych jet oślizg i jet to miara różnicy rędkości między olem wirującym a wirnikiem (tąd nazwa ilnik aynchroniczny). Wytęuje on zawze o obciążeniu ilnika momentem hamującym, równym n. momentowi znamionowemu, rędkość obrotowa wirnika utali ię wówcza na wartości n n < n. n n = 100 n (1.4) Tyowa znamionowa wartość oślizgu ilników klatkowych wynoi 1-6%. Gdy nie obciążamy ilnika momentem hamującym, czyli w rzyadku biegu jałowego oślizg ilnika jet bardzo mały, a rędkość obrotowa wirnika niewiele różni ię od rędkości ola wirującego. Ze względu na budowę ilników tego tyu rędkość obrotowa wirnika nigdy, nawet w rzyadku braku oorów ruchu, nie może być równa rędkości ynchronicznej, onieważ ręty uzwojenia wirnika nie byłoby rzecinane rzez linie ił ola magnetycznego tojana. Przyadek taki byłby równoznaczny z ytuacją, w której moment M, iła elektromotoryczna E i rąd I w byłyby równe zeru Przebieg ćwiczenia Po ołączeniu uzwojeń ilnika (oób odłączenia uzwojeń i metodę rozruchu wkaże rowadzący), zgodnie ze chematem ideowym (ry. 1.2), ilnik M zailamy naięciem trójfazowym 380/220V. Podcza rowadzonych omiarów ilnik obciążamy rzez obciążenie rądnicy G żarówkami. Na zacikach rądnicy należy rzez cały cza omiarów utrzymywać tałą wartość naięcia U (odczytaną z zacików rądnicy). Regulacja ta odbywa ię w zależności od rzyjętego chematu ołączenia rądnicy (uzwojenia E1-E2). W rzyadku odłączenia rądnicy obcowzbudnie (a) regulację wykonujemy autotranformatorem (naięcie regulowane) odłączonym do elementu rotowniczego. W rzyadku amowzbudnym (b) regulując oornicą R m G rąd łynący w obwodzie wzbudzenia rądnicy. W ćwiczeniu odczytujemy dla każdego tonia obciążenia wartości: I, U, P, I, U. Wartości te należy wiać do tab Prędkość obrotową ilnika należy zmierzyć za omocą rzydzielonego tachometru. tr. 6

7 a) b) Ry Ideowy chemat układu do badania ilnika aynchronicznego klatkowego a) obciążenie Tabela 1.1 rądnicą obcowzbudną, b) obciążenie rądnicą amowzbudną. L.: Liczba żarówek U I P w P U I P coφ η η P n M obr [V] [A] [W] [W] [V] [A] [W] [-] [-] [-] [W] min [N m] Moc oddawana rzez ilnik P [W] gdzie dla obciążenia ymetrycznego P = 3 P [W], w tr. 7

8 P wółczynnik mocy ilnika co =, 3 U I moc oddawana rzez rądnicę P =U I, P rawność układu rądnica-ilnik =, P rawność ilnika i rądnicy (wartości te rzyjmuje ię jako równe) =, moment ilnika M= 9,56 P n N m Uwaga 1 60 Wółczynnik 9,55 wynika z wzoru 2, dlatego obroty n odajemy w jednotkach (RPM- revolution er minute - obroty na minutę). obr min Na odtawie tabeli 1.1 należy orządzić wykrey n = f(m), co φ = f(p) oraz η = f(p). Przyjąć η = η oraz wyznaczyć η =f(p). tr. 8