Elektromechanika 4. mérés Háromfázisú aszinkron motor vizsgálata 1. Rajzolja fel és értelmezze az aszinkron gép helyettesítő kapcsolási vázlatát.
𝑼𝟏 – az állórész fázisfeszültségének vektora; 𝑰𝟏 – az állórész fázisáramának vektora; 𝑅1 – az állórész fázistekercsének ellenállása; 𝑋1𝑠 – az állórész fázistekercsének szórási reaktanciája; 𝑼𝟏𝒊 – az álló- és forgórész tekercseivel egyaránt kulcsolódó főmező által az állórész egy fázistekercsébe indukált feszültségvektor; 𝑋𝑚 – a főmező reaktanciája; 𝑰𝒎 – a mágnesező áramvektor, amelynek két komponense 𝑰𝒎𝑷 és 𝑰𝒎𝑸 ; 𝑅𝑣 – a vasveszteséget modellező ellenállás; 𝑰′𝟐 – az állórészre redukált forgórész áramvektora; 𝑅2′ – az állórészre redukált forgórész fázistekercsének ellenállása; ′ 𝑋2𝑠 – az állórészre redukált forgórész fázistekercsének reaktanciája; ′ 1−𝑠 𝑅2 𝑠 – a terhelő ellenállás; 𝑠 – a szlip.
2. Adja meg a teljesítmény útját az állórész kapcsoktól a tengely-teljesítményig. Sorolja fel a veszteségeket és adja meg azok meghatározási módját.
1
3. Rajzolja fel minőségileg helyesen a nyomaték-fordulatszám görbét.
A nyomaték-fordulatszám jelleggörbe tartományai:
4. Mi a szlip? A szlip definíció szerint a forgórész, illetve az állórész mechanikus (villamos) jelenségeinek periodicitását jellemző 𝑛2 , illetve 𝑛1 mennyiségek hányadosa: 𝑛
𝑠 = 𝑛2 = 1
𝑛1 −𝑛 𝑛1
,
ahol 𝑛1 – az eredő forgó mágneses mező fordulatszáma; 𝑛 – a forgórész mechanikai fordulatszáma. A szlip tehát megmutatja, milyen mértékben marad el vagy siet a forgórész a szinkron forgó mágneses mezőhöz képest (az aszinkron motor szinkron forgó állapotában 𝑠 = 0, álló állapotában 𝑠 = 1).
2
5. Milyen mérési eredmények alapján határozná meg a teljesítménytényezőt? Az üresjárási teljesítménytényező: cos 𝜑ü = A rövidzárási teljesítménytényező: cos 𝜑𝑟𝑧 =
𝑃ü √3𝑈𝑛 𝐼1ü 𝑃𝑟𝑧 √3𝑈𝑟𝑧 𝐼1𝑛
6. Értelmezze a hatásfok fogalmát, és adja meg a meghatározásának módját aszinkron gép esetén. Az aszinkron gép hatásfoka a tengelyteljesítmény és a felvett hálózati teljesítmény hányadosa: 𝜂=
𝑃𝑡 𝑃1
7. Ismertesse a rövidzárási mérés elvégzéséhez szükséges egységeket és adja meg azok funkcióit!
Energiaforrásunk egy háromfázisú, változtatható feszültségű, 50 𝐻𝑧 frekvenciájú, gyakorlatilag szinuszosan váltakozó feszültséget szolgáltató toroid transzformátor. Az aszinkron motor akkor van rövidzárásban, ha a forgórész forgását megakadályozzuk (lefogjuk) és a csúszógyűrűkre kapcsolt indító-ellenállásokat kiiktatjuk (a csúszógyűrűket rövidre zárjuk). [A toroid transzformátor feszültségét úgy kell beállítani, hogy a lefogott forgórészű aszinkron motor állórészének tekercsárama a névleges áramnak legfeljebb 110-120 %-a legyen. Ekkor a feszültség a névleges feszültségnek kb. 20-35 %-a. A műszerek leolvasása (𝑈, 𝐼𝑅 , 𝐼𝑆 , 𝐼𝑇 , 𝑃𝐼 , 𝑃𝐼𝐼 ) után lépésekben kell csökkenteni a feszültséget úgy, hogy az áramerősség 10-15 %-kal csökkenjen. Valamennyi feszültségen megismételjük a mérést. A feszültség alsó határát a műszerek jó leolvashatósága határozza meg.] A háromfázisú teljesítményt kétwattmérős módszerrel (Aron-kapcsolásban) mérjük. [A két wattmérő azonos módon történő bekötése esetén a mért teljesítmények előjeles összege adja az eredő teljesítményt.] A rövidzárási mérést gyorsan kell végezni, mert a lefogott forgórészű motor hűlési viszonyai rosszak, így a motor erősen felmelegedhet.
3
8. Ismertesse az üresjárási mérés elvégzéséhez szükséges egységeket és adja meg azok funkcióit!
Energiaforrásunk egy háromfázisú, változtatható feszültségű, 50 𝐻𝑧 frekvenciájú, gyakorlatilag szinuszosan váltakozó feszültséget szolgáltató toroid transzformátor. A toroid transzformátor feszültségét a motor névleges feszültségére állítjuk be és bekapcsolt 𝑅𝑘 indító-ellenállással indítjuk a terheletlen motort. A motor felfutása után kiiktatva az indító-ellenállásokat a motor kis szlippel, közel szinkron fordulatszámmal forog. [Ezután a feszültséget a névleges feszültség 110-120 %-ára növeljük és leolvassuk a beépített műszereket (𝑈, 𝐼𝑅 , 𝐼𝑆 , 𝐼𝑇 , 𝑃𝐼 , 𝑃𝐼𝐼 ). Majd a feszültséget kb. 10-15 %-os lépésekben a névleges feszültség 25-30 %-áig csökkentve az így beállított valamennyi feszültségen megismételjük a mérést.] A háromfázisú teljesítményt kétwattmérős módszerrel (Aron-kapcsolásban) mérjük. [A két wattmérő azonos módon történő bekötése esetén a mért teljesítmények előjeles összege adja az eredő teljesítményt.] 9. Ismertesse a nyomaték-fordulatszám mérés elvégzéséhez szükséges egységeket és adja meg azok funkcióit!
A villamosgép-tesztelő rendszer három fő egységből áll:
vezérlőegység: A vezérlőegység egy mikroprocesszoros berendezés, amely tartalmazza többek között a D&B egység vezérlését, a mért sebesség- és nyomatékértékek kijelzését. Fontos jellemzője a berendezésnek az automatikus, digitális fordulatszámszabályozás, valamint az automatikus, digitális nyomatékszabályozás. A vezérlőegység lehetővé teszi a jelleggörbék manuális és automatikus felvételét.
4
meghajtó- és fékezőegység (D&B egység – Drive and Brake unit): A D&B egység egy speciális kialakítású gép, amely elegendő teljesítménnyel és nyomatéktartalékkal rendelkezik ahhoz, hogy megállásig fékezze vagy meghajtsa a rendszer bármelyik gépét.
mérendő motor (DUT – Device Under Test): A DUT egy háromfázisú, kalickás, aszinkron gép, amelyet a D&B egységgel tengelykapcsolóval összekötve, csillagkapcsolásban vizsgálunk.
10. Milyen jellemzőket határozunk meg aszinkron motoroknál az üresjárási méréssel?
Üresjárási áram (𝐼1ü ), üresjárási teljesítmény (𝑃ü ), üresjárási teljesítménytényező (cos 𝜑ü ), üresjárási tekercsveszteség (𝑃𝑡ü ), üresjárási impedancia (𝑍ü ), vasveszteséget modellező ellenállás (𝑅𝑣 ), főmező reaktanciája (𝑋𝑚 ).
11. Hogyan határozzuk meg aszinkron motoroknál a tekercsveszteséget? Állórész tekercsvesztesége: 𝑃1𝑡 = 3𝐼𝑖 2 𝑅1 Forgórész tekercsvesztesége: 2
𝑃2𝑡 = 3𝐼2′ 𝑅2′ 12. Hogyan határozzuk meg aszinkron motoroknál a vasveszteséget? 𝑃𝑣 =
3𝑈1𝑖 2 𝑅𝑣
13. Hogyan lehet a helyettesítő vázlat áthidaló ágának 𝑹𝒗 és 𝑿𝒎 jellemzőit meghatározni az üresjárási mérés adataiból? 𝑈𝑛 2 𝑃𝑣 = 𝑹𝒗 𝑡𝑔𝜑ü = (𝑐𝑜𝑠𝜑ü =
𝑃ü √3𝑈𝑛 𝐼1ü
𝑅𝑣 𝑿𝒎
; 𝑃ü = 𝑃𝑠 + 𝑃𝑣 + 𝑃𝑡ü ; 𝑃𝑡ü = 3𝐼1ü 2 𝑅1 )
14. Milyen jellemzőket határozunk meg aszinkron motoroknál a rövidzárási méréssel?
Hatásfok (𝜂𝑛 ), az állórész fázistekercsének ellenállása (𝑅1 ), az állórészre redukált forgórész fázistekercsének ellenállása (𝑅2′ ), az állórész fázistekercsének szórási reaktanciája (𝑋𝑠1 ), ′ az állórészre redukált forgórész fázistekercsének reaktanciája (𝑋𝑠2 ), rövidzárási feszültség (𝑈𝑟𝑧 ), rövidzárási teljesítmény (𝑃𝑟𝑧 ),
5
rövidzárási teljesítménytényező (cos 𝜑𝑟𝑧 ), rövidzárási impedancia (𝑍𝑟𝑧 ), zárlati áram (𝐼𝑧 ).
15. Hogyan számítjuk ki az aszinkron motor névleges feszültségéhez tartozó ún. zárlati áramot? 𝑈
𝐼𝑧 = 𝑈 𝑛 𝐼1𝑛 = 𝑟𝑧
𝐼1𝑛 𝜀
,
ahol 𝜀 a rövidzárási feszültség relatív értéke.
6
