Zakład Napędów Wieloźródłowych Instytut Maszyn Roboczych Ciężkich PW Laboratorium Elektrotechniki i Elektroniki Ćwiczenie M3 - protokół Badanie silnika indukcyjnego jednofazowego i transformatora Data wykonania ćwiczenia... Zespół wykonujący ćwiczenie: Nazwisko i imię ocena dop. do ćw........................................................ 0....... Wydział SiMR PW Rok ak. 0.../0... Semestr... Grupa... Warszawa 00r.
. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i zasadą działania silnika indukcyjnego jednofazowego. Przeprowadzone badania laboratoryjne umożliwią analizę wpływu napięcia zasilania na parametry eksploatacyjne silnika w zależności od zmian obciążenia. W drugiej części ćwiczenia elementem badanym jest transformator. Pomiary laboratoryjne dotyczą podstawowych parametrów elektrycznych: napięć, prądów, mocy, cosφ dla różnych stanów pracy transformatora. Analiza otrzymanych wyników umożliwi wyznaczenie parametrów znamionowych urządzenia; m.in. przekładni, strat w żelazie w stanie jałowym, napięcia zwarcia, strat mocy w miedzi w stanie zwarcia. Pomiary dotyczące silnika indukcyjnego jednofazowego Pomiary dotyczą wyznaczenia charakterystyk silnika indukcyjnego jednofazowego w zależności od obciążenia, dla różnych napięć zasilających nastawianych każdorazowo za pomocą autotransformatora przy otwartych wszystkich włącznikach. Rys.. Schemat układu do badania silnika indukcyjnego jednofazowego A t autotransformator M badany silnik indukcyjny jednofazowy, uzwojenie główne silnika, r uzwojenie rozruchowe silnika, k wyłącznik uzwojenia rozruchowego, V woltomierz elektromagnetyczny zakres 300V, A amperomierz elektromagnetyczny zakres,5a W watomierz elektrodynamiczny zakres prądowy 5A, zakres napięciowy 00V, n miernik prędkości obrotowej zakres 000obr/min, Obciążenie silnika stanowi prądnica prądu stałego obcowzbudna G, A amperomierz magnetoelektryczny zakres 3A, V woltomierz magnetoelektryczny zakres 300V, A, uzwojenie twornika prądnicy, F, uzwojenie wzbudzenia prądnicy, R rezystancja obciążenia prądnicy prądu stałego, W, W, W 3 wyłączniki Po zamknięciu wyłącznika W należy przyciskiem k wyłącznikiem fazy rozruchowej, uruchomić silnik. Jest to bieg jałowy silnika pierwszy pomiar.
Zamknięcie wyłącznika W powoduje włączenie napięcia wzbudzenia prądnicy prądu stałego drugi pomiar. Zamknięcie wyłącznika W 3 powoduje włączenie obciążenia prądnicy R (R=R max ) trzeci pomiar. Następne pomiary wykonuje się przy malejącej wartości R, aż do osiągnięcia wartości znamionowej prądu pobieranego przez silnik. Oznaczenia zamieszczone w tabelach pomiarowych i zależności matematyczne pomiędzy poszczególnymi parametrami mechanicznymi i elektrycznymi silnika i prądnicy: - napięcie zasilania przy pracy silnika, I - prąd pobierany przez silnik, I max =,5A P - moc czynna pobierana przez silnik, P =kw n - prędkość obrotowa synchroniczna 500obr/min - napięcie prądnicy prądu stałego, I - prąd obciążenia prądnicy, I =,4A P G - moc prądnicy = I, 3 P G - straty w uzwojeniach twornika prądnicy = R tw I, R tw =0Ω R W - rezystancja uzwojenia twornika, P - moc prądnicy obciążająca silnik (moc na wale silnika) = P G + P G + P G + 3 P G ; P G straty mechaniczne prądnicy 0W P G straty w żelazie prądnicy -5W P G / η P η G sprawność prądnicy = ( S ) η S sprawność silnika = ( P / P ) 00% cosϕ - współczynnik mocy = P ( ) n n s poślizg s = 00% n n prędkość synchroniczna Tablica. L.p. n Pomiary =0V / I = 60 f p Obliczenia I P n I P G 3 P G P η G η S cosϕ s A W obr/min V A W W W % % - %. 0 0 0 0 0 0 0.
Tablica L.p. Pomiary =00V Obliczenia I P n I P G 3 P G P η G η S cosϕ s A W obr/min V A W W W % % - %. 0 0 0 0 0 0 0. Tablica L.p. Pomiary =80V Obliczenia I P n I P G 3 P G P η G η S cosϕ s A W obr/min V A W W W % % - %. 0 0 0 0 0 0 0. Wykorzystując wyniki pomiarów i obliczeń zamieszczone w tabelach należy wykreślić zależności: n, P, I,, I, cosϕ, η G, η S, s w zależności od P dla trzech różnych napięć zasilających, przy czym na jednym wykresie znajduje się jeden parametr w funkcji zmian obciążenia dla trzech różnych napięć zasilających.
Pomiary dotyczące transformatora Pomiar parametrów transformatora w stanie jałowym W stanie jałowym transformatora uzwojenie pierwotne włączone jest do sieci zasilającej, natomiast uzwojenie wtórne pozostaje rozwarte, czyli prąd I = 0, prąd pierwotny równy jest prądowi stanu jałowego I = I 0 i jego wartość jest rzędu kilku procent prądu znamionowego transformatora. Moc czynna pobierana przez transformator zużywana jest głównie na pokrycie strat w stali, spowodowanych stratami mocy na histerezę i prądy wirowe. Straty w miedzi uzwojenia pierwotnego są pomijalnie małe z powodu małej wartości prądu jałowego, straty w żelazie zależne od wartości strumienia czyli od kwadratu napięcia. P Fe = k przy f = const Rys. Schemat układu do badania transformatora w stanie jałowym; W - wyłącznik jednobiegunowy, At autotransformator, A amperomierz, W watomierz, V, V woltomierze, Tr transformator Należy zasilić transformator napięciem o regulowanej wartości i zmierzyć I 0, P 0. Tablica Wartości zmierzone Wartości obliczone l.p. I P cosφ θ. 0 50 [V] [A] [W] [V] [-] [-] Do obliczeń wykorzystuje się zależności: P cosφ = I Przekładnię i straty mocy w żelazie transformatora ustala się dla warunków znamionowych. Wykonać charakterystyki: cosφ, I, P, = f( ) θ =
Pomiar parametrów transformatora w stanie zwarcia Stan zwarcia transformatora istnieje wówczas, gdy uzwojenie pierwotne jest zasilane napięciem, a uzwojenie wtórne jest zwarte przez pomijalnie małą impedancję. Rozróżniamy dwa typy zwarć: - zwarcie awaryjne gdy = zn - zwarcie pomiarowe gdy = z, dla I = I zn Wykonując pomiary należy autotransformatorem stopniowo zmieniać napięcie, tak aby prąd I w uzwojeniu wtórnym uzyskał wartość równą prądowi znamionowemu badanego transformatora. Maksymalną wartość prądu na uzwojeniu wtórnym w stanie zwarcia transformatora proszę ustawić w granicach 4,5A. Rys. Schemat układu do badania transformatora pracującego w stanie zwarcia pom.; W - wyłącznik, At autotransformator, A, A amperomierze, W watomierz, V, woltomierz, Tr transformator Tablica Wartości zmierzone Wartości obliczone l.p. I I P z cosφ z z% [V] [A] [A] [W] [-] [%]. 4,9 0,5 Pz cosφz = I z% = Do obliczeń wykorzystuje się zależności: n z 00% = 0V Napięcie zwarcia i straty w miedzi transformatora ustala się dla warunków znamionowych tzn. I = I zn. Wykonać charakterystyki: cosφ z, I, I, P z = f( )
3 Pomiar parametrów transformatora w stanie obciążenia Stan obciążenia transformatora występuje, gdy do uzwojenia pierwotnego dołączymy zasilanie, natomiast do uzwojenia wtórnego jest dołączony odbiornik energii elektrycznej. Badanie transformatora w stanie obciążenia polega na tym, że transformator zasilany z sieci obciążany w pełnym zakresie zmian tj., prąd zmieniamy od zera do wartości znamionowej przy stałym cosφ. Rys. Schemat układu do badania transformatora pracującego w stanie obciżęnia; W - wyłącznik jednobiegunowy, At autotransformator, A, A amperomierze, W watomierz, V, V woltomierz, Tr transformator, R opornik obciążenia Tablica Wartości zmierzone Wartości obliczone l.p. I I P cosφ d P η [V] [V] [A] [A] [W] [-] [%] [W] [%]. 0 0. Napięcie zasilające = 0V. 4,9 Do obliczeń wykorzystuje się zależności: P zn cosφ = d = 00% η = I = 380V zn P I 00% = P P 00% Na podstawie uzyskanych pomiarów i obliczeń należy wykreślić charakterystyki, I, P,P,η, cosφ, = f(i ).