Měření na trojfázovém transformátoru. Úkol: 1. Proveďte zkoušku naprázdno trojfázového transformátoru, změřte U20 , I0, P0, cos 0 při U1n. 2. Vypočítejte převod napětí pU, poměrný proud naprázdno i0, poměrné ztráty naprázdno p0. 3. Proveďte zkoušku nakrátko trojfázového transformátoru, změřte Uk, Pkn, cos k při I1n. 4. Určete poměrné (procentní) napětí nakrátko uk, impedanci nakrátko Zk a poměrné ztráty nakrátko pk. Stroje a přístroje: transformátor 6,3 kVA, 380/130 V zdroj – regulační transformátor digitální multimetr wattmetry elektrodynamické 5 - 10 A, 60 - 120 - 240 V ampérmetry feromagnetické 2 - 10 A voltmetry digitální Návod: Trojfázové výkonové transformátory jsou netočivé stroje, důležité mj. v přenosovém řetězci při rozvodu el. energie. V této úloze se seznámíme s měřením jejich nejdůležitějších parametrů. 1. Transformátor naprázdno má nezatížený výstup, kde se měří napětí naprázdno U 20. Měření vstupních veličin provedeme pomocí digitálního multimetru, který měří napětí, proud a výkon. Měříme postupně ve všech třech fázích. Z proudů a napětí změřených v různých fázích spočítáme aritmetický průměr, z výkonů (ztrát naprázdno) součet. (Jak určíme účiník cos 0?) I0 U1 [ ] . Poměrný (procentní) proud naprázdno i0 100[%] . 2. Převod napětí je poměr pU U 20 I 1n Sn Jmenovitý proud vypočítáme ze štítkových údajů I 1n . Ztráty naprázdno P0 se 3U 1n u transformátorů přibližně rovnají ztrátám v železe PFe. Poměrné (procentní) ztráty naprázdno se P0 100[%] . vyjadřují ze jmenovitého výkonu: p 0 Sn 3. Transformátor nakrátko má zkratovaný výstup. Napětí na vstupu je (výrazně) snížené tak, aby proud nakrátko nebyl větší než jmenovitý (proč?). Měření provádíme v tzv. Aronově zapojení (trojvodičové zapojení pro měření trojfázových výkonů dvěma wattmetry). Z napětí a proudů změřených v různých fázích počítáme aritmetický průměr, ze ztrátových výkonů součet. Napětí nakrátko Uk je napětí na vstupu transformátoru nakrátko při průchodu jmenovitého proudu. Toto je nesmírně důležitá hodnota, protože se z ní dá spočítat např. rozdělení výkonů při paralelním chodu více transformátorů a zkratový proud. Uk 100[%] 4. Procentní napětí nakrátko je napětí nakrátko v procentech ze jmenovitého napětí: u k Un Impedance nakrátko se určí z napětí nakrátko a jmenovitého proudu. Pro zapojení do hvězdy Uk . Ztráty nakrátko Pk se rovnají přibližně Jouleovým ztrátám ve vinutí (ztráty v železe lze Zk 3I 1n zanedbat). Závisejí kvadraticky na zatížení (proudu). Poměrné (procentní) ztráty nakrátko jsou ztráty nakrátko při jmenovitém proudu Pkn vztažené k jmenovitému zdánlivému výkonu Sn (ten se uvádí na Pkn 100[%] . štítku): p k Sn
Základní měření na asynchronním motoru. Úkol: 1. Změřte odpor vinutí trojfázového asynchronního motoru, vypočítejte průměrný odpor vinutí jedné fáze. 2. Proveďte zkoušku naprázdno. Zjistěte I0, P0, cos 0 při Un. 3. Z naměřených hodnot vypočítejte magnetizační proud I ztrátový proud IFe a poměrný proud naprázdno i0 . 4. Změřte skluz naprázdno. Zjistěte, zda otáčky motoru naprázdno závisejí na napětí. 5. Proveďte zkoušku nakrátko. Zjistěte Uk, Pk, cos k při In. 6. Určete záběrný proud motoru Iz a poměrný záběrný proud iz. Stroje a přístroje: asynchronní motor 2,2 kW zdroj – regulační transformátor přenosná měřicí souprava nebo analyzátor sítě
ohmmetr otáčkoměr
Návod: Trojfázový asynchronní motor je bezkonkurenčně nejdůležitější elektromotor. Obstarává přes 80% všech pohonů. V této úloze se seznámíme s měřením nejdůležitějších parametrů a vlastností tohoto motoru. 1. Zkontrolujeme svorkovnici, zda je motor zapojen do trojúhelníka nebo do hvězdy. Změříme odpor mezi všemi kombinacemi vývodů motoru. Pokud je vinutí zapojeno ve hvězdě, jde o sériové řazení dvou fází. Pokud je vinutí zapojeno do trojúhelníka, jde vždy o paralelní kombinaci odporu jedné fáze a dvou R R13 R23 zbývajících fází v sérii. Průměrný odpor vinutí jedné fáze je R1 f 1,5 12 (vysvětlete proč!). 3 2. Při zkoušce naprázdno nastavíme jmenovité napětí Un podle štítku motoru a změříme proud naprázdno 3U n I 0 cos 0 ). Napětí zdroje (reg. I0, ztráty naprázdno P0, spočítáme účiník cos 0 ( P0 transformátoru) je třeba při rozběhu zvyšovat postupně, aby nedošlo k proudovému nárazu. 3. Magnetizační proud slouži k vybuzení magnetického toku motoru. Je to jalová složka proudu naprázdno, proto = I0.sin 0. Je poměrně velký, protože magnetický tok musí dvakrát překonat vzduchovou mezeru. Ztrátový proud slouží k pokrytí ztrát v železe. Je to činná složka proudu naprázdno I0 100[%] . Činí několik IFe = I0.cos 0. Je mnohem menší. Poměrný (procentní) proud naprázdno je i0 In desítek procent. Jmenovitý proud In je na štítku motoru. 4. Otáčky naprázdno změříme digitálním otáčkoměrem s vysokou přesností. Jsou téměř synchronní (skluz n s n0 100[%] se blíží k nule) a prakticky nezávisejí na napětí. Synchronní otáčky jsou naprázdno s 0 ns 60 f otáčky točivého pole a spočítají se takto: n s . Počet pólpárů u našeho motoru je 2 (čtyřpólový p motor). 5. Při zkoušce nakrátko zabrzdíme rotor mechanickou pákou, nastavíme In a změříme Uk a Pk, účiník cos k spočítáme (jak?). Napětí zdroje Uk je snížené tak, aby proud nakrátko byl právě roven proudu jmenovitému In. 6. Záběrný proud motoru určíme lineárním přepočtem proudu při sníženém napětí na jmenovité napětí: U Iz I z I n n . Poměrný záběrný proud je i z . Tato hodnota bývá kolem 5 (tj. 500%). Uk In
Měření na frekvenčním měniči s asynchronním motorem. Úkol: 1) Seznamte se s řízením asynchronního motoru s frekvenčním měničem pomocí programu Siemens Starter. Nahrajte do měniče projekt s přednastavenými parametry. 2) Změřte konstanty motoru – odpory vinutí, rozptylové reaktance a magnetizační reaktanci. 3) Nastavte rozběhové a doběhové rampy. Vyzkoušejte rozběh z nuly na 50 Hz za 30 s a doběh z 50 Hz do nuly za 60 s. Porovnejte nastavený a skutečný čas. Poté nastavte obě rampy na 5 s. 4) Změřte a nakreslete lineární a kvadratickou U/f křivku a také závislost otáček na frekvenci n = f(f). 5) Změřte závislost otáček n a skluzové frekvence f2 na čase při rozběhu motoru.
Návod: 1) Spustíme program Siemens Starter a postupujeme takto: a) Otevřeme uložený projekt (nebo projekt ze záložního zdroje) – Project – Open. b) Připojíme měnič (Online - tlačítko ). c) V panelu Projektový navigátor (sloupec vlevo) najdeme objekt řídicí jednotky (např. Table_1) a v místní nabídce (pravé tlačítko myši) vybereme cílové zařízení (Target device). Pro jistotu nejprve obnovíme tovární nastavení příkazem Restore factory settings. d) Nahrajeme projekt do RAM paměti měniče (Download), přičemž je žádoucí ho nahrát také do ROM paměti (zaškrtávací políčko nebo příkaz Copy RAM to ROM). 2) Měnič pracuje s konstantami motoru. Některé - štítkové hodnoty – se zadají (je již provedeno v projektu), ostatní zjistí měnič samočinným otestováním motoru v menu Comissioning – Identification/optimization. 3) Nastavíme skalární řízení motoru (V/f kontrol), vyhledáme panel Ramp-function generator a zadáme příslušné časy. Při rozběhu a doběhu měříme čas a porovnáme ho s nastaveným. 4) Při skalárním řízení se mění napětí s frekvencí podle U/f křivky, tj. závislosti U = f(f). Některé křivky jsou předdefinovány v měniči. Žádáme-li konstantní magnetický tok, mění se U s f lineárně. Pro parabolický průběh momentu zátěže může být tok i U při nízkých otáčkách menší a roste s f kvadraticky. V menu V/f control nastavíme vždy příslušnou křivku a změříme ji. Otáčky můžeme nastavovat v Control panelu nebo pomocí navigačního kolečka IOP. Hodnoty U a n čteme třeba v panelu Motor, f v Control panelu. 5) Zadáme rozběhovou rampu 6 s. Měření provedeme v menu Device trace, vybereme požadované veličiny a nastavíme dostatečně dlouhý čas měření (duration), např. 10 s, a vhodný Factor, násobitel základního měřicího cyklu. Spouštění měření (trigger) provedeme na vzestupnou hranu frekvence (on variable – positive edge), práh (threshold) zvolíme např. 0,1 Hz. Také zadáme předčasný záznam (pretrigger) asi 0,2 s, aby nám neunikl začátek průběhu. Naměřený průběh zhodnotíme.
Naměřené hodnoty: Konstanty motoru:
odpor statoru R1............
rotoru R2´.......... ..........
rozptylová reaktance statoru X1 ...........
rotoru X2 ´.....................
magnetizační reaktance X ............. ...... rozběhová ............... s
Rampy:
U/f křivka lineární f [Hz]
U [V]
n [min-1]
doběhová .................. s
kvadratická f [Hz]
U [V]
n [min-1]
Zatěžování asynchronního motoru. Úkol 1. Změřte a nakreslete zatěžovací charakteristiky trojfázového asynchronního motoru n, M, I, = f (P) při U = Un . 2. Změřte momentovou charakteristiku n = f (M ) při sníženém napětí. Charakteristiku přepočítejte na Un a takto ji znázorněte graficky. Stroje a přístroje: asynchronní motor 2,2 kW dynamometr regulační transformátor digitální multimetr otáčkoměr Návod: 1. Zatěžování motoru se provádí do náhradní mechanické zátěže – dynamometru, který vytváří zátěžný moment. Motor napájíme z regulovatelného zdroje – natáčivého transformátoru. Měření se provádí při jmenovitém napětí, nejprve však je nutno při sníženém napětí (a vypnutém dynamometru) zkontrolovat směr otáčení motoru – musí být stejný jako nastavený směr otáčení dynamometru. Soustrojí uvedeme do pohybu tak, že roztočíme dynamometr na přibližně synchronní otáčky motoru, pak připojíme motor k síti a nastavíme jmenovité napětí. Snižováním otáček dynamometru zvětšujeme zatížení motoru a naopak. Měření zahájíme při maximálním zatížení motoru (asi 125% jmenovitého zatížení) a postupně motor odlehčujeme. Regulačním zdrojem udržujeme jmenovité napětí. Měříme příkon, proudy, udržujeme jmenovité napětí (vše na digitálním multimetru). Dále měříme otáčky (digitální otáčkoměr) a moment (na váze dynamometru). (Váha ukazuje ve starých jednotkách – kpm, údaj je nutno převést na Nm vynásobením 9,81.) n Z naměřených hodnot vypočítáme výkon motoru P M (jaký je vztah mezi a n?) M 9,55 a účinnost (jak?). 2. Momentovou charakteristiku měříme v celém motorickém režimu (od 0 do ns), musíme tedy měřit při sníženém napětí (proč?). Měříme od nulových otáček k synchronním, abychom motor postupně odlehčovali. Snažíme se najít moment zvratu. Naměřené hodnoty přepočteme na jmenovité napětí – moment kvadraticky závisí na napětí, proto M
Un M U
2
. Získaný tvar charakteristik porovnáme
s teoretickým průběhem. Záhlaví tabulky: Pn = ...... kW
Un = .......V
Pp W] M Nm]
In = ....... A
n 1/min] I1 [A]
I2 [A]
zapojení do hvězdy I3 [A]
U' = ......... V n 1/min] M Nm]
M Nm]
I [A]
P W]
%]
Měření na stejnosměrném motoru. Úkol: V chodu naprázdno změřte a nakreslete rychlostní charakteristiky stejnosměrného cize buzeného motoru 1. n = f (U) při Ib = 0,7 A a Ib = 0,5 A 2. n = f (Ib) při U = 100 V a U = 150 V Průběhy charakteristik zdůvodněte. Stroje a přístroje: stejnosměrný cize buzený motor regulační transformátory usměrňovače
ampérmetr voltmetr otáčkoměr
Návod: Jednou z nejvýhodnějších vlastností stejnosměrného motoru je snadná regulace otáček. Lze ji provádět i bez použití výkonové elektroniky, a tak byly stejnosměrné cize buzené, derivační i sériové motory v minulosti nejpoužívanějšími stroji v regulačních elektrických pohonech. Při odvození rovnice rychlostní charakteristiky vyjdeme z napěťové rovnice stejnosměrného cize buzeného motoru U U i Ra I a . V našem případě, kdy měření probíhá v chodu naprázdno, lze zanedbat úbytek napětí na odporu kotvy Ra I a , protože proud i odpor kotvy jsou malé. Pak se svorkové napětí přibližně rovná indukovanému: U U i . Použitím známého vztahu pro indukované napětí U i kΦ k Φn získáme U rovnici rychlostních charakteristik n . Můžeme přijmout předpoklad, že magnetický tok je přímo kΦ úměrný budícímu proudu – měření probíhá v lineární části magnetizační charakteristiky, nedochází k výraznějšímu přesycení magnetického obvodu. Z rovnice vyplývá, že otáčky jsou při konstantním budícím proudu přímo úměrné napětí, závislost je přímková, při nižším budícím proudu jsou otáčky vyšší; otáčky jsou při konstantním napětí nepřímo úměrné budícímu proudu, závislost je hyperbolická, při nižším napětí jsou otáčky nižší. Měření: Budící obvod i kotvu motoru napájíme z regulačních transformátorů přes neřízené (diodové) usměrňovače. Nejprve musíme motor nabudit, teprve potom připojíme ke zdroji napětí kotvu. V opačném případě by vznikl zkrat na kotvě. Při vypínání se nejprve vypne kotva. Nejprve měříme závislost otáček motoru na napětí, budící proud udržujeme konstantní. Dále změříme závislost otáček na budícím proudu při konstantním napětí. Při měření nepřekročíme maximální otáčky motoru 1600 min-1. Poznámka: Chceme-li zachovat určitý moment motoru, zvyšuje se při odbuzování proud kotvy (vztah M Nemůžeme tedy motor odbuzovat zcela libovolně. Záhlaví tabulky: Motor: Pn = ...... kW
Un = .......V
In = ....... A
Ib = -1
n min ]
nn = ...... min-1
Ib = U [V]
-1
n min ]
Ibn = ..... A
U= U [V]
-1
n min ]
k.Φ.I a ).
U= Ib A]
-1
n min ]
Ib A]
