Měření na třífázovém asynchronním motoru

Elektrická měření – cvičení

Měření na třífázovém asynchronním motoru

15 Měření na zatěžovaném třífázovém asynchronním motoru 15.1 Zadání a) Změřte otáčky, odebíraný proud, fázový činný výkon, účiník a fázová napětí na 3-fázovém asynchronním motoru napájeném z třífázové sítě 3 x 50 V při běhu naprázdno. b) Motor zatěžujte (brzděte) na otáčky dané tabulkou za současného odečítání odebíraného proudu, činného výkonu a napětí. c) Z naměřených hodnot vypočítejte velikost účiníku cos φ. d) Sestrojte graf závislosti činného výkonu (výkonová charakteristika) na otáčkách motoru, graf závislosti odebíraného proudu na otáčkách a graf závislosti účiníku proudu na otáčkách motoru. e) Proveďte zhodnocení a závěr měření.

15.2 Schéma zapojení

Vysvětlivky ke schématu: AM – asynchronní motor TD – tachodynamo DM – derivační motor sloužící pro brzdění motoru

15.3 Teoretický rozbor 15.3.1 Obecná část Asynchronní motory jsou nejrozšířenějšími elektromotory a používají se k nejrůznějším pohonům, neboť jsou ze všech motorů nejjednodušší, nejlacinější, provozně nejspolehlivější a vyžadují malou údržbu. K jejich napájení stačí běžná střídavá trojfázová síť. Mají také některé nevýhody, především rychlost, která je u asynchronních motorů těžko regulovatelná. Používají se tedy převážně k pohonu zařízení, která pracují při konstantní rychlosti (čerpadla, ventilátory, pásové dopravníky, kompresory, důlní a stavební stroje…) nebo u zařízení, jejichž rychlost se mění převodovou skříní. Další velkou nevýhodou asynchronních motorů je poměrně velký proudový náraz při zapínání a indukční účiník cosφ který bývá při plném zatížení 0,8 až 0,9. S klesajícím zatížením asynchronních motorů se účiník zmenšuje. S klesajícím zatížením se účiník zhoršuje. Při rozběhu se ve stojícím vinutí rotoru indukují napětí, která v uzavřeném obvodu rotoru vyvolají proudy. Účinkem těchto proudů vzniká moment, který podle Lenzova zákona působí proti změně, která tento proud vyvolala a tím proti vzniku proudů v rotoru. Roztočí proto rotor ve smyslu točení točivého pole, aby se zmenšila rychlost protínání vodičů rotoru točivým polem, tím i velikost indukovaného napětí a tím pádem i indukovaný proud v rotoru. Při chodu naprázdno je motor zatížen na hřídeli momentem ztrát naprázdno, což je __________________________________________________________________________________________ VOŠ a SPŠ Varnsdorf Vypracoval: Bc. David Furka -1-



moment mechanických ztrát. Rotor tedy ani při chodu naprázdno nedosáhne synchronní rychlosti, kdy by byl jeho moment nulový. Při zvětšování brzdicího (zatěžovacího) momentu na hřídeli se musí rotor zpomalit, aby se rychlost protínání vodičů rotoru točivým polem zvětšila, aby se indukovalo v rotoru větší napětí, protékal jím větší proud a vznikl větší moment motoru. Provozní stavy a vlastnosti stroje závisí na rozdílu rychlosti točivého magnetického pole n1 a rychlostí rotoru n, tedy na relativní rychlosti rotoru vůči točivému poli. n2. [15.1] n =n +n 2

1

Relativní rychlost n2 se nazývá rychlostí skluzovou. U strojů na střídavý proud se používá pojem skluz, definovaný jako poměr skluzové rychlosti vůči rychlosti synchronní

s=

n2 n1 − n = n1 n1

[15.2]

Synchronní otáčky n1 jsou dány kmitočtem napájecího napětí f a počtem pólových dvojic p

n1 =

60 * f p

[15.3]

Zatěžování (brzdění) motoru budeme realizovat odebíráním proudu ze svorek derivačního motoru DM, který je mechanicky (hřídelí) propojen s naším hnacím motorem, jehož otáčky se tímto budou zmenšovat. Otáčky zjišťujeme voltmetrem Vo přiloženým na svorky tachodynamka TD. Tachodynamko nám vyrábí střídavé napětí v závislosti na otáčkách. Tato závislost je lineární a je dána konstantou, která je uvedena na štítku. Konstanta je ve tvaru počet otáček/napětí. Zdánlivý výkon spočítáme z naměřených hodnot napětí a proudu

S = U * I [VA]

[15.4]

Účiník je dán vztahem

cos ϕ =

P . S

[15.5]

Činný příkon změříme wattmetrem.

15.3.2 Konstrukční provedení a uspořádání motoru Stator stroje je složen z plechů 0,5 mm2, v jejichž drážkách je uloženo zpravidla trojfázové vinutí. Jeho šest konců je vyvedeno na svorkovnici tak, aby se zapojení vinutí mohlo snadno přepojovat do hvězdy a do trojúhelníku. Drážky statoru jsou polozavřené nebo otevřené (případně s magnetickými klíny) aby se nezvětšovala efektivní délka vzduchové mezery a tím magnetizační proud stroje. Rotor je složen rovněž z plechů. Vinutí rotoru může být buď vinuté a vyvedeno na kroužky (motor s kroužkovou kotvou) nebo klecové (motor s kotvou nakrátko – Squirrel cage motor). U motoru s kroužkovou kotvou se přes kartáče dosedající na kroužky připojuje ještě spouštěcí odpor, kterým se jednak omezuje záběrný proud, jednak se dosáhne lepších spouštěcích charakteristik motoru. Po rozběhu je spouštěcí odpor vyřazen. Klecové vinutí je tvořeno tyčemi uloženými v drážkách a na čelech rotoru spojené kruhy nakrátko. Klecové vinutí i s jednoduchým ventilátorem bývá nejčastěji odstříknuto z hliníku. Ve zvláštních případech jsou tyče z mědi, bronzu, případně z jiných slitin. Tyče klece jsou často vedeny šikmo k podélné ose. Takového šikmé uspořádání zabraňuje kmitání motoru tím, že omezuje vyšší harmonické a zajišťuje tím plynulejší a tišší chod motoru. Touto úpravou rotoru se však vyvíjí větší axiální tlak na ložisko, ve kterém působí axiální síla způsobená šikmostí tyčí klece.

15.3.3 Náhradní schéma a fázorový diagram Obr. 15.1: Náhradní asynchronního motoru

schéma

Náhradní schéma je velice podobné náhradnímu schématu transformátoru. Pro asynchronní stroj nakrátko je U2=U2´=0 a náhradní schéma je na výstupních svorkách spojeno nakrátko. Avšak __________________________________________________________________________________________ VOŠ a SPŠ Varnsdorf Vypracoval: Bc. David Furka -2-



v okolí jmenovitého zatížení asynchronního motoru je skluz malý (s=0,01 až 0,04) a impedance sekundární větve v náhradním schématu je velká, neboť velikost odporu je velká i při malém odporu R2´. Celkový odebíraný proud je dán fázorovým součtem magnetizačního proudu I1µ, proudu reprezentujícího činné ztráty v magnetickém obvodu I1Fe a sekundárního proudu I2´. Magnetizační proud I1µ je kvůli vzduchovým mezerám větší (u dobrých motorů je I1µ=30% In). Rozptylové reaktance jsou oproti transformátoru mnohem větší.

Obr. 15.2: Fázorový diagram asynchronního motoru

15.4 Tabulka naměřených a vypočítaných hodnot n [1.min-1]

U1[V]

U2[V]

U3[V]

I1[mA]

I2[mA]

I3[mA]

P1[W]

P2[W]

P3[W]

cosφ1

cosφ2

cosφ3

2650 2600 2550 2500 2450 2400 2350 2300 2250 2200 2150 2100 2050 2000 1950 1900 __________________________________________________________________________________________ VOŠ a SPŠ Varnsdorf Vypracoval: Bc. David Furka -3-



15.5 Postup měření a) zapojíme obvod podle schématu a necháme ho zkontrolovat vyučujícím, b) poté, co vyučující zapne přívod třífázového elektrického napětí do soustavy motoru necháme motor aspoň pět minut běžet naprázdno, c) odečteme hodnoty otáček naprázdno, napětí, proudů a výkonů v jednotlivých fázích, hodnoty účiníku dopočítáme až po ukončení měření, d) změnou hodnoty zatěžovacího proměnného odporu brzdíme motor na otáčky udané v tabulce, pro každé otáčky odečteme hodnoty napětí, proudů a výkonů jednotlivých fází motoru, e) jakmile se dostaneme do stavu, kdy již nelze snižovat otáčky, vrátíme motor do běhu naprázdno a celou soustavu vypneme, f) dopočítáme hodnoty účiníku a sestrojíme grafy proudů, výkonů a účiníků jednotlivých fází motoru. Grafické závislosti jednotlivých fází proveďte různými barvami. Uveďte, která barva přísluší té které fázi. Připravené rastry pro vypracování grafů nemají ocejchovanou stupnici osy y, je tedy třeba na základě vynášených hodnot stupnici vytvořit. Maximální hodnotu, kterou budete do grafu vynášet zaokrouhlete nahoru a použijte jako maximum osy y.

15.6 Grafy naměřených a vypočítaných hodnot 15.6.1 Graf závislosti odebíraného proudu jednotlivých fází na otáčkách motoru

I [A]

1900

2000

2100

2200

2300

2400

2500

2600

2700 -1

n [1.min ]

__________________________________________________________________________________________ VOŠ a SPŠ Varnsdorf Vypracoval: Bc. David Furka -4-



15.6.2 Graf závislosti odebíraného činného výkonu na otáčkách motoru P [W]

1900

2000

2100

2200

2300

2400

2500

2600

2700 -1

n [1.min ]

15.6.3 Graf závislosti účiníku odebíraného proudu na otáčkách motoru

cos ϕ[-]

1900

2000

2100

2200

2300

2400

2500

2600

2700 -1

n [1.min ]




15.7 Zhodnocení a závěr měření …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

Datum vypracování:

Podpis studenta:

Připomínky k protokolu:

Hodnocení - LABORATOŘ: CELKOVÉ HODNOCENÍ:


Měření na třífázovém asynchronním motoru

Recommend Documents