Maszyny Elektryczne Ćwiczenia

Maszyny Elektryczne Ćwiczenia Mgr inż. Maciej Gwoździewicz Silniki indukcyjne Po co ćwiczenia? nazwa uczelni wykład ćwiczenia laboratorium projekt suma Politechnika Wrocławska 45 0 45 0 90 Politechnika Poznańska 60 15 45 0 10 AGH 30 15 30 0 75 Politechnika Krakowska 30 30 30 0 90 Politechnika Warszawska 30 0 45 0 75 Politechnika Gdańska 30 0 30 0 60 Politechnika Śląska kier. górnictwo 45 30 30 0 135 1

Silniki indukcyjne Zadanie 1 Dane: Dany jest silnik klatkowy o następujących danych znamionowych. Moment siodłowy względny wynosi 1,5. Typ Sg 315M8B 90 400 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 170 50 0,8 737,4 6,5 1,9 840,86 55 F IC 411 S1

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 0,4 170 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

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

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

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 750 30 51,6 +,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

p = 8 n s = 60 f n p Zadanie = 60 50 4 = 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 = 750 1 7,64 m = 744 rpm n n = n s 1 s n = 750 1 5,6 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 0,87 1455 0,4 8 3,8 15 55 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

Zadanie 3 Z k = U n Z k = 3 i r I n 400 = 844 mω 3 8 34, 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 844 338 = 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 = 338 174 = 164 mω R d = R d U s U r R d = 00 mω = 00 400 15 Zadanie 3 R k = R s + R r + R d R k = 174 + 164 + 69 = 1,03 Ω Z k = X k = X k = 773 mω Z k = R k + Xk 1030 + 773 = 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 = 179 34, = 5, 15 400 U r U s = 47 mω 8

Zadanie 4 Dane: Dany jest silnik klatkowy o następujących danych znamionowych. Typ Sh 690 110 500H4Cs 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 % - 1095 50 0,88 1494 97,4,4 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 1500 1494 = = 4 m n s 1500 1 λ k = s k + s n s n sk 9

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 0,79 1455 var 78 Shm 90L-4, 400 Y 3,6 50 0,99 1500 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

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 = 1,5 1500 1410 3 = 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 = 0,11 365 8 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

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 15 400 Y 33,3 50 0,74 75 0,18 9 3 190 50 48 Cel: Oszacuj jaką wartość opornika połączonego w Y należy podłączyć do pierścieni wirnika, aby osiągnąć maksymalny moment znamionowy. 1

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 = = 48 400 190 = 13 mω 400 = 771 mω 3 9 33,3 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 (50 + 13) = 616 mω Zadanie 7 R d = R s + (X s + X r ) R r R d = 50 + 616 13 = 451 mω R d = R d U r U s = 41 190 400 = 95 mω 13

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 1000 1000 1 0,4 6 500 9400 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 110 400 D 189 50 0,89 0,1 985,3 7,,1 840 Cel: Oszacuj prąd rozruchowy silnika w tych warunkach zasilania oraz moment rozruchowy silnika. Zadanie 8 14

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 35 95 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 = 1,5 + 150 + 0,4 = 17 mω X k = X T + X L + X km = 9,5 + 40 + 169 = 19 mω Z k = R k + X k = 17 19 = 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 = 831 189 = 4,4 i r i rn =,3 4,4 7, = 0,86 15

I [A], M [Nm] η, cosϕ [-] 013-05-08 Jednofazowy silnik indukcyjny SEh 80-4B P n =0,75 kw 0 15 10 5 0 0 500 1000 1500 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