Měření AM – návod na měření
ZČU Plzeň - KVE
MĚŘENÍ NA ASYNCHRONNÍM MOTORU Základním úkolem měření je seznámit posluchače s vlastnostmi asynchronního motoru v různých provozních stavech a s možnostmi využití provozu motoru v generátorickém chodu a v režimu brzda.
1. Příprava na měření. Měřený motor je konstruován s vinutou kotvou. Pro vlastní měření využijeme měřící soupravu pro měření výkonů QN10. Souprava má již v sobě zabudovány 3 ampérmetry, voltmetr (možnost pomocí přepínače volit různá fázová nebo sdružená napětí) a wattmetr. Hodnota na wattmetru ukazuje již výsledný odebíraný příkon motoru, v případě 3 fázového motoru se bude jednat o celkový 3 fázový příkon. Motor je hřídelí spojen s brzdícím zařízením – tzv. dynamometrem. Jedná se o speciálně konstruovaný motor (tzv. Winter – Eichberg), který umožňuje regulaci otáček. Dále má část obalu (krytu) statoru konstruovanou tak, že je uložena volně a spojena pomocí pákového zařízení s ukazatelem momentu. Z důvodu regulace napětí je měřený motor napájen přes autotransformátor. Základní hodnoty měřeného motoru : PN = 4.1 kW nN = 1420 ot/min UN = 3 x 400 V IN = 9 A Pro další výpočty potřebujeme znát hodnoty činných odporů vinutí statoru. R1f statoru = 1.575 Ω Vlastní měření se skládá ze 3 částí : měření naprázdno, měření nakrátko a z měření zatěžovacího. Pro všechna měření platí stejné schéma zapojení:
Měřící souprava QN 10 A V W
1
Měření AM – návod na měření
ZČU Plzeň - KVE
2. Měření naprázdno Popis měření: Motor roztáčíme bez spouštěcího odporu (krátkospojovač a odklápěč kartáčů je v provozní poloze), a proto použijeme snížené napětí pomocí autotransformátoru. Měnit napětí budeme v rozmezí 110 % až 30 % Un. Odečítáme napětí U10, proud I10 a příkon P0 . Příkon Po se spotřebuje na krytí ztrát vinutí statoru ∆ Pj0 , ztrát mechanických, ∆Pm a ztrát v železe a ∆ PF . Ztráty v železe rotoru i ve vinutí rotoru jsou zanedbatelné, protože skluz je při chodu naprázdno velmi malý. Ztráty ve vinutí statoru určíme z Jouleova zákona 2 ∆Pj 0 = 3.R1 fstatoru .I10
kde za I10 dosadíme střední hodnotu proudů měřených ve všech fázích. I10 =
I R + I S + IT 3
Účiník (naprázdno) vypočteme takto: cos ϕ 0 =
P0 3.U N .I10 N
Ztráty mechanické a v železe určíme ze vztahu ∆Pm + ∆PFe = P0 − ∆Pj 0 Uvedené hodnoty potřebujeme pro určení účinnosti stroje. Kromě toho nás zajímá velikost proudu. I10, který motor odebírá ze sítě při chodu naprázdno. Jeho hodnota při jmenovitém napětí bývá 0,25-0,4 násobkem hodnoty jmenovitého proudu In a je dobrým kriteriem kvality návrhu motoru. Účelem měření naprázdno je zjistit velikost ztrát v železe ztrát mechanických a proudu naprázdno. Do tabulky zapíšeme : IR, IS, IT, I10, ∆P0, ∆Pm+∆PFe, cos ϕ0 Grafické znázornění provedeme jako funkci U10. Z diagramu určíme extrapolací křivky P0 ztráty mechanické ∆Pm . Při nulovém napětí jsou ztráty v železe ∆PFe i ztráty Jouleovy ∆Pj0 též nulové a zbývající ztráty mechanické ∆Pm na napětí nezávisí.
2
Měření AM – návod na měření
ZČU Plzeň - KVE
3. Měření nakrátko Popis měření Stavem nakrátko asynchronního motoru rozumíme ustálený stav poměrů ve statorovém vinutí při rotorovém vinutí spojeném nakrátko a zabrzděném rotoru. Při této zkoušce je asynchronní motor ve stavu spouštění a pro je možné z výsledků tohoto měření určit hodnoty charakteristické pro spouštění, tj. záběrový moment a záběrový proud. Při měření přivedeme na svorky statorového vinutí snížené napětí, které postupně zvyšujeme tak, aby proud motoru se při měření pohyboval v rozmezí 0 až 1,1 IN . Tomu odpovídá napětí 12 až 30% UN podle velikosti stroje. Při měření odečítáme napětí nakrátko U1K , proud nakrátko I1K a příkon nakrátko. Protože se stroj v zabrzděném stavu nevětrá, zvyšuje se velmi rychle jeho teplota. Proto se měření musí provádět též rychle, aby velikost vinutí nepřekročila dovolenou hodnotu teploty izolace vinutí a nedošlo tak k jejímu spálení. Vlastní měření pak z důvodu ustálených teplotních vztahů provádíme sestupně. Účiník při chodu nakrátko vypočteme ze vztahu: cos ϕ K = kde
I 1K =
Pk 3.U 1K .I1K
I RK + I SK + I TK 3
Účelem měření nakrátko je tedy zjistit velikost ztrát ve vinutí a proudu nakrátko a současně i rozběhového proudy a záběrového momentu. Do tabulky zapíšeme : IRK, ISK, ITK, I1K, ∆PK, cos ϕK Grafické znázornění provedeme jako funkci U1K. U strojů méně sycených je závislost I1k = f(U1k) téměř přímková, a proto můžeme určit proud nakrátko (skutečný, při záběru motoru) při jmen. napětí. I1KN = I1N .
UN U 1K
kde za U1k dosadíme naměřenou hodnotu při jmenovitém proudu IN. Účiník cosϕk se s proudem jen málo mění, a proto počítáme s jeho střední hodnotou.
3
Měření AM – návod na měření
ZČU Plzeň - KVE
4. Zatěžovací měření Obecná část Asynchronní motor budeme zatěžovat dynamometrem. Stator dynamometru je výkyvně uložen v ložiskách a přes pákové ústrojí a váhu udává přímo kroutící moment mezi rotorem a statorem. Moment M[Nm] = 9.980665.M[kpm] Popis měření Vyzkoušíme směr točení dynamometru a asynchronního motoru. Musí být shodný. Poté roztočíme motor dynamometrem na přibližně synchronní otáčky a připojíme motor na síť. Snižováním otáček dynamometru zatěžujeme motor v oblasti M = 0 ÷ Mmax. – tj. přibližně v rozsahu 0 - IN. Měříme proudy IR, IS, IT, , příkon Pp , otáčky n [ot/min]a moment M. Napětí motoru je během měření konstantní jmenovité UN. Vypočítáme výkon P, účinnost η , ztráty ∆P=Pp-P, skluz s, otáčky ω [rad/s] a účiník cosϕ . Potřebné vztahy:
2πn 60
I1 =
I R + I S + IT 3
ω=
η=
P .100 PP
P = M .ω
s=
ωs − ω ωs
cosϕ =
P 3.U N .I1
Hodnoty I1, Pp, P, s, η, n, ω, cos ϕ zakreslíme do diagramu v závislosti na M. Dále sestrojte momentovou charakteristiku , ω=f(M) a porovnejte ji s charakteristikou, odvozenou z kružnicového diagramu téhož stroje. Ukázka grafů:
4
Měření AM – návod na měření
ZČU Plzeň - KVE
5. Sestrojení kružnicového diagramu Kružnicový diagram asynchronního stroje je geometrické místo koncových bodů fázorů statorového proudu při konstantním napětí a při proměnném skluzu. Znázorňuje přehledně provozní vlastnosti stroje. Jeho použití při návrhu a výpočtu asynchronního motoru sice nyní ustupuje před výpočetními metodami programovanými na počítači, přesto je však jeho užití jednou z nejlepších metod pro zjištění vlastností motoru. Podkladem pro nakreslení kružnicového diagramu jsou výsledky měření, které jsme získali při měření naprázdno a nakrátko. Nejdříve nakreslíme osy komplexní roviny. Na imaginární kladnou poloosu vyneseme fázor napětí UN (sdružená hodnota). Zvolí se měřítko proudu statoru mI1[A/mm]. Fázor proudu I10 je určen velikostí I10 = /I10/ a úhlem ϕ0, který se určí z účiníku cosϕ0. Vynášíme hodnoty zjištěné z grafů naprázdno pro jmenovité napětí UN . Vyneseme úsečku
OP 0 =
I 10 m I1
Podobně vyneseme i fázor proudu I1K úhlem ϕ1k, který se určí z účiníku cosϕ1k. Vynášíme hodnoty zjištěné z grafů nakrátko pro jmenovitý proud a přepočtené pro jmenovité napětí. Vyneseme úsečku
OP K =
I1K m I1
Při přesnější konstrukci ještě ideální bod naprázdno P´0 tak, že na svislici v bodě P0 vyneseme směrem dolů úsečku kde mp =
3 UN.mI
PP 0 =
∆ Pm 3U
N
m I1
=
∆ Pm mp
… měřítko výkonů [W/mm], UN
je sdružené napětí, ∆Pm jsou
mechanické ztráty z měření naprázdno. Z bodu P´0 vedeme rovnoběžku s reálnou kladnou poloosou a zakreslíme na ni ve vhodném (libovolném) měřítku U1f. Na kolmici vztyčenou v koncovém bodě úsečky vyneseme ve stejném měřítku hodnotu 2I10R1fstatoru. Na přeponě takto získaného trojúhelníka leží střed kružnice S a je průsečíkem této přepony a symetrály bodů P0 a Pk. Bod P∞ , který přísluší skluzu s → ∞ , dostaneme tak, že nejprve narýsujeme svislici vedenou v bodě PK k základní ose. Poté vyneseme v měřítku výkonů hodnotu 3I21k.R1fstatoru, vycházející přitom z bodu E (viz obrázek). Platí
5
ET =
3 I 12K R 1 fstatoru m
p
.
Měření AM – návod na měření
ZČU Plzeň - KVE
Úsečka ET představuje tedy ztráty ve vinutí statoru a zbývající části svislice - spojnice TPK představuje ztráty ve vinutí rotoru stroje. Měřítko momentů se určí ze vztahu: mm =
9.73 9.73 .m p = 3U N mI 1 ns ns
Pro jmenovitý stav, kterému odpovídá proud I1= I1N , určíme provozní hodnoty následovně: v koncovém bodě Pn fázoru I1N spustíme kolmici na reálnou osu a označíme na ní body A,B,C,D. Všechny naměřené vzdálenosti je třeba násobit měřítkem výkonů. Úsečka
PnA
je úměrná příkonu motoru
OA
je úměrná magnetizačnímu příkonu
AB
jsou ztráty v železe + ztráty mechanické
BC
jsou ztráty ve vinutí statoru
CD
jsou ztráty ve vinuti rotoru
P´nA
je odevzdaný elektrický výkon, pracuje-li stroj jako generátor
PnC
je úměrná momentu (v měřítku momentů )
P0PK
nazýváme přímkou výkonů p,
P0P
nazýváme přímkou momentů m.
Stanovení skluzu Zvolíme libovolný bod F na kružnici a spojíme jej s body P0, PK, P∞ . Na spojnici FP0 naneseme 100 mm a z koncového bodu této úsečky vedeme rovnoběžku se spojnicí FP0. Tato rovnoběžka probíhá přímkou FPK v bodě G. Bodem G vedeme rovnoběžku se spojnicí FP∞ . Úsečka GL je skluzovou stupnicí. Provozní bod Pn, ve kterém chceme určit skluz sn, spojíme s bodem F a na skluzové stupnici odečteme skluz (1 mm = 1%)
6
Měření AM – návod na měření
ZČU Plzeň - KVE
7
