R. Slechten

ELEKTRICITEIT LABO ASYNCHRONE MOTOREN I. Claesen / R. Slechten 1

Proeven op driefasen inductiemotoren. ....................................................................................................... 2 1.1 Onderzoek van het draaiveld van een asynchrone motor. ............................................................... 2 1.2 Rotorfrequentie en rotorspanning in een asm. motor met bewikkelde rotor.............................. 5 1.2.1 Informatie .......................................................................................................................................... 5 1.2.2 Uitwerking proef............................................................................................................................... 5 1.3 Onderzoek v/h slippunt van een asynchrone sleepringankermotor. .............................................. 8 1.3.1 Informatie .......................................................................................................................................... 8 1.3.2 Aanzet met rotorweerstanden ...................................................................................................... 8 1.3.3 Uitwerking proef............................................................................................................................... 8 1.4 Rendementsproef van een asynchrone sleepringankermotor. ....................................................... 11 1.4.1 Informatie ......................................................................................................................................... 11 1.4.2 Uitwerking proef.............................................................................................................................. 11 1.4.3 Meetresultaten ............................................................................................................................... 12 1.4.4 Kenplaatje......................................................................................................................................... 12 1.4.5 Teken IL-n grafiek ......................................................................................................................... 12 1.4.6 Teken cos φ -n grafiek .................................................................................................................. 12 1.4.7 Teken η-n grafiek. .......................................................................................................................... 12 1.4.8 Teken Pn-n grafiek. ........................................................................................................................ 12 1.4.9 Teken een verticale lijn door het nominale toerental en lees de verschillende waarde af van de grafieken. ............................................................................................................................................ 12 1.5 Verbinding, draaizinomkering, sterschakeling, driehoekschakeling en kenplaatgegevens. .... 15 1.5.1 Doelstellingen .................................................................................................................................. 15 1.5.2 Algemeen .......................................................................................................................................... 15 1.5.3 Verbinding ........................................................................................................................................ 15 1.5.4 Draaizin omkering ........................................................................................................................... 16 1.5.5 Kenplaatgegevens ............................................................................................................................ 16 1.5.6 Opstelling ......................................................................................................................................... 16 1.5.7 IP-klasse ........................................................................................................................................... 17 1.5.8 Isolatie-klasse ................................................................................................................................. 18 1.5.9 Bouwvorm (IM) ................................................................................................................................ 19 1.5.10 Soort bedrijf ................................................................................................................................... 20 1.6 Punt voor punt opnemen van de belastingskarakteristiek van een inductiemotor met kooianker tot aan het kipkoppel. ..................................................................................................................... 23 1.7 Punt voor punt opnemen van de belastingskarakteristiek van een inductiemotor met verschillende frequenties. ................................................................................................................................ 27 1.8 Automatisch opnemen van de belastingskarakteristiek van een inductiemotor met de XYschrijver. .............................................................................................................................................................. 31 1.8.1 Controletoestel magneetpoederrem........................................................................................... 35 1.8.2 XY-schrijver .................................................................................................................................... 36 1.9 Inoefenen van het werken met de XY-schrijver. ............................................................................ 38 2 Proef RL in serie ............................................................................................................................................. 39 2.1 Uitvoering: ................................................................................................................................................ 39 2.2 Opdrachten ............................................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.

1 Proeven op driefasen inductiemotoren. 1.1

Onderzoek van het draaiveld van een asynchrone motor.

fig. a

fig. b

fig. c

De spoelen dragen 2 klemmen, 1 witte en 1 zwarte. De witte klem stemt overeen met de ingang van de spoel en de zwarte met de uitgang. In bovenstaande figuur heeft men de stroomzin in de spoel aangeduid met pijlen, men vindt zo dat de zwarte cirkel een noordpool voorstelt. De witte cirkel duidt op een niet gemagnetiseerde kern, terwijl de doorstreepte cirkel overeen stemt met een zuidpool. Opstelling 1: 3-fazige machine met 3 spoelen. Opstelling 2: 3-fazige machine met 6 spoelen.

fig. d

fig. f ASM - Labo elektriciteit

fig. e

fig. g

lamellen zijn kortgesloten. 2

Aansluitingen kernen: fig. f: kernen in 3-6-10

3-fazige machine met 1 paar polen (1 spoel per pool)

Meetopstelling: - Stel de spoelen op zoals gegeven in figuur d, e, f, g - Bekrachtig de spoelen via de driefasen Rheotor. - Plaats een ampèremeter voor een van de spoelen. - Schakel de driefasen Rheotor op de ~ stand en plaats de Rheotor op nul. - Schakel de spanning in en regel langzaam de stroom zodat de stroom door de spoel niet groter wordt dan 3 A. Opdracht: - Teken de fluxvectoren op tijdstip A,B en C op de onderstaande figuren. (De stroom gaat langs de witte klem naar binnen als hij positief is). Als de stroom maximaal is teken je de fluxvector 2cm lang. (Bij ½ I -> 1 cm).

Vectoren:

.

ASM - Labo elektriciteit

.

.

3

Opstelling 1: 3-fazige machine met 3 spoelen (aansluiten via wisselstroom generator zie map transparant)


4

1.2

Rotorfrequentie en rotorspanning in een asm. motor met bewikkelde rotor.

1.2.1 Informatie De opgewekte spanning in de rotor wordt gegeven door volgende formule:

Er = kr . f r .φm .N r

Wanneer we een ct. draaiveld aanleggen (= ct. statorbekrachtiging). Dan kunnen we voorgaande formule herleiden:

Er = kr . f r .φm .N r = kr .φm .N r . f r = ct. f r => Er is evenredig met f r De frequentie in de rotor wordt bepaald door de formule:

fr =

p.n p.(ns − nr ) = 60 60

ns =

en

60. f p

1.2.2 Uitwerking proef.

Opstelling van de asynchrone sleepringankermotor: - De statorwikkeling (U-V-W) van de asynchrone motor wordt rechtstreeks op het driefasen net van 400V aangesloten (De statorwikkeling is in driehoek geschakeld.) Er onstaat een draaiveld. - De rotorwikkeling (K-L-M) daarentegen die normaal wordt aangesloten op een driefasen aanzetweerstand wordt gebruikt in open circuit. - We maken gebruik van de fluke 123 om de rotorspanning (K-L) zichtbaar te maken. We stellen als meetfuncties de frequentie (Hz) en de effectieve waarde (RMS) op het instrument in. - We meten de spanning over (K-L) ook met een multimeter. Opstelling van de dc-remgenerator: - Als aandrijving maken we gebruik van de remgenerator (werking als DC-motor). - De veldwikkeling (F1-F2) wordt via een veldregelweerstand aangesloten op een constante gelijkspanning geleverd door het dc-voedingsnet. Als visuele controle van de magnetisatie wordt de veldstroom opgemeten met een A-meter. - De ankerketen (A1-B2) wordt aangesloten op een regelbare gelijkspanning geleverd door de driefasen rheotor. Werkwijze: - Start het DC en AC net op. Schakel de veldkring in. Controleer de A-meter. - Regel de driefasen rheotor om een bepaald toerental te bekomen. Meet het toerental met de tachometer op. - Schakel de statorwikkeling van de driefasen motor op het driefasennet en meet de rotorspanning en de rotorfrequentie voor de verschillende ingestelde toerentallen.


5

1ste meting toerental rotor = 0 nr (tr/min) + = zelfde draaizin als ns - = tegenovergestelde …

Er(V)

fr (Hz)

ns (tr/min)

n=ns-nr (tr/min)

- 250 0 + 250 + 500 + 750 + 1500 + 1600 Opmerking: is dit een tweepolige driefasen stator of een een vierpolige driefasen stator.


6


7

1.3

Onderzoek v/h slippunt van een asynchrone sleepringankermotor. 1.3.1 Informatie We weten dat we het slippunt

sk =

Rr kunnen verschuiven door de X Lrst

weerstand Rr te wijzigen.

1.3.2 Aanzet met rotorweerstanden Deze methode is alleen toepasselijk voor motoren met een bewikkelde rotor, dus sleepringmotoren. Met behulp van de aanzetweerstanden in de rotor, kan men zowel een hoog aanzetkoppel bekomen, als de aanloopstroom beperken. Tijdens de aanzetperiode, worden de aanzetweerstanden geleidelijk in trappen uitgeschakeld (kruk- of walsschakelaar).

1.3.3 Uitwerking proef. Belasting Rx… 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Belasting Rx… 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Rotor weerstand 1 = 0 ohm(meten) nr = tr/min Slip s F(N)

l(m)

1486 1468 1456 1449 1438 1430 1420 1415 1406 1396 1387

3.5 0.25 15.2 0.25 27.0 0.25 38.0 0.25 48.0 0.25 58.0 0.25 67.5 0.25 76.3 0.25 86.0 0.25 94.2 0.25 102.5 0.25 Rotor weerstand 2 = maximaal(meten) nr = tr/min Slip s F(N) l(m) 1423 1295 1191 1108 1027 966 911 862 819 781 747


3.2 13.7 23.5 29.2 34.9 40.5 44.6 48.5 51.8 54.2 57.2

0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25

8

T(Nm) 0.875 3,8 6,75 9,5 12 14,5 16,875 19,075 21,5 23,55 25,625 T(Nm)


9


10

1.4

Rendementsproef van een asynchrone sleepringankermotor.

1.4.1 Informatie

η=

Pn Pas = Pt Pelektrisch

2.π .n .F .l ω.T 60 = = 3.U L .I L .cos ϕ 3.U L .I L .cos ϕ

l = 0.26m = 26cm (hefboom van de weegschaal)

1.4.2 Uitwerking proef. Belast de motor achtereenvolgens door over de gekoppelde generator een belasting te hangen (R=0 … 10XR). Meet per belasting het toerental op en meet de kracht die de weegschaal aangeeft. Plaats de wattmeter over de in driehoek geschakelde stator (Opstelling zie onderstaande tekening).

Zorg ervoor dat hij in de 3Ø(3-fasig) stand staat en niet in de 1Ø(1-fasig) stand. Lees voor elke belasting de volgende informatie af van de wattmeter: - arbeidsfactor (In de Watt stand -> PF zie figuur) - actief vermogen (In de Watt stand -> KW zie figuur) - lijnstroom (In de Ampère stand -> zie figuur) - lijnspanning (In de volt stand -> zie figuur) Bereken Pt, Pn, η(%)


11

1.4.3 Meetresultaten Belasting R x…

n = omw/min

F(N)

l(m)

IL(A)

UL(V)

cos φ

Pt(KW)

Pt(KW)

Pn(KW)

berekend

gemeten

berekend

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1.4.4 Kenplaatje Type AM152 5V2 R1 ∆380V Cos φ = 0,75 Isol Clas. B

3χ Met 7.9A 1420 V/min P 33

Nr … 3.2 KW 50 Hz VDE 0530

Lfr 1 380v 15A

1.4.5 Teken IL-n grafiek 1.4.6 Teken cos φ -n grafiek 1.4.7 Teken η-n grafiek. 1.4.8 Teken Pn-n grafiek. 1.4.9 Teken een verticale lijn door het nominale toerental en lees de verschillende waarde af van de grafieken. Il = cos φ = Pn = ASM - Labo elektriciteit

12

η(%)


13

figuren\labo rendements proef.bmp


14

1.5

Verbinding, draaizinomkering, sterschakeling, driehoekschakeling en kenplaatgegevens.

1.5.1 Doelstellingen -

verbinding van de statorwikkeling met het driefasen net. omkering van de draaizin. controle van de kenplaatgegevens.

1.5.2 Algemeen De driefasen kooi-ankermotor bestaat uit een stator en een rotor. Beiden zijn geconstrueerd uit dynamoblik. De stator draagt een driefasenwikkeling. De aansluitingen van de statorwikkeling zijn verbonden met statorwikkelingen zijn verbonden met 6 klemmen op het klemmenbord. Er liggen grote staven, gewoonlijk aluminium, in de rotorgleuven; de staven zijn verbonden met 2 kortsluitringen. Zonder de gelamelleerde kern stellen de rotorwikkelingen een kooi voor.

Statorwikkeling en klemmenbord van een kooiankermotor voor rotatie in klokwijzerzin.

1.5.3 Verbinding Verbinding van de statorwikkeling met de driefasen spanning veroorzaakt een draaiveld in de stator. De statorwikkeling kan in ster of driehoek geschakeld worden volgens de bestaande netspanning en de gegevens op het kenplaatje.

∆/λ 220/380V cos φ = 0.84 IP 54

∆/λ 1,47/0.85A n=2800 1/min I Kl. F

0.3 KW 50Hz

Volgende regel is van toepassing voor de draaizin: verbinding van L1 aan U1, L2 aan V1 en L3 aan W1 geeft een rotatie in klokwijzerzin. De rotatiezin is bepaald door te kijken naar de dwarsdoorsnede van het asuiteinde.


15

1.5.4 Draaizin omkering Om de draaizin om te keren, moet de draaizin van het statorveld omgekeerd worden. Dit gebeurt door het omwisselen van 2 voedingsdraden naar de statorwikkeling. (Dit wordt toegepast in de module omkeerschakelaar zie fig a) fig. a fig. b

1.5.5 Kenplaatgegevens Zie voorgaande figuur. • ∆/λ 220/380 V = de motor kan werken op 220 V in driehoekbelasting van de fasewikkeling en 380V in sterschakeling. • ∆/λ 1.47/0.85 A = Deze nominale stromen vloeien (in de lijnen) bij de overeenkomende aansluitspanningen en de nominale motorbelasting. De overstroombeveiligingstoestellen moeten op deze waarde worden ingesteld. (zie zekering) • 2800 omw/min = nominaal toerental van de motor. Dit is de rotorsnelheid als de motor loopt bij nominale belasting. • 50 Hz = nominale werkspanningsfrequentie. • Isl.Kl. B = specificatie van de temperatuursweerstandskassen van het gebruikte isolatiemateriaal. • IP44 = specificatie van de motorbeveiligingtype tegen contact (aanraking) en indringing (penetratie) van vreemde voorwerpen en water. Bereken het nominaal koppel van de motor. Pn = Pas = T .ω = T .

2.π .n 60

T = ……………

1.5.6 Opstelling (Schema zie fig. b) Meet het toerental het toerental n, de verbruikte lijnstroom I en de arbeidsfactor bij nominale motorbelasting die vooraf is berekend. Voor het in werking stellen van de magneetpoederrem op de controle-eenheid (0.3 KW) als volgt ingesteld: - bereik toerental: 2800 tr/min - bereik koppel 3 Nm - werkmode MAN1 Schakeling

U(V)


T(Nm)

n(omw/min)

16

I(A)

cos φ

Pas(W)

1.5.7 IP-klasse


17

1.5.8 Isolatie-klasse


18

1.5.9 Bouwvorm (IM)


19

1.5.10 Soort bedrijf

(intermitterend:met onderbrekingen)


20


21


22

1.6

Punt voor punt opnemen van de belastingskarakteristiek van een inductiemotor met kooianker tot aan het kipkoppel.

Verbind de motor via een ster-driehoekschakelaar en beveiliging aan het net met de correcte spanningen en fasen.

Zet MODE-schakelaar (2) op de 0-stand. Draai de REM – regelaar (6) volledig naar links. Meetbereiken instellen op 3000 tr/min (23) en op 3 Nm (5). nmin (21) volledig naar links draaien (0 %) en Tmax (7) volledig naar rechts (100%). Schakel het controletoestel in met de netschakelaar (1). Zet werkmodeschakelaar (2) op de stand ‘MAN/EXT1’ en draai voorzichtig de remschakelaar (6) in klokzin totdat het remeffect is waar te nemen op de meters T en n. Voer snel enkele metingen uit tot het kippunt is bereikt; de motor komt dan tot stilstand en moet snel uitgeschakeld worden. Metingen boven het nominaal koppel van de motor plaatst de motor onder aanzienlijke overbelasting. De motor warmt snel op en de eindpunten zijn punten van een ‘warmere’ karakteristiek. ASM - Labo elektriciteit

23

n

n

T

T

Motor in driehoek I U

I

Motor in ster U

cos φ

P

cos φ

P

a)Teken de grafieken van T, I, P en cosφ in functie van n voor zowel de sterschakeling als de driehoek-schakeling. Teken de grafieken van de ster en driehoekschakeling in een andere kleur. b)Teken een verticale lijn voor het nominaal toerental van de motor. Duid op deze lijn de waarden aan van I,T en cosφ die op het kenplaatje staan voor een ASM in driehoek geschakeld. c)Wat is het verband tussen de stroom bij een motor die in driehoek of in ster geschakeld is. ASM - Labo elektriciteit

24


25


26

1.7

Punt voor punt opnemen van de belastingskarakteristiek van een inductiemotor met verschillende frequenties.

Verbind de motor via de frequentieregelaar aan het net met de correcte spanning.

Zet MODE-schakelaar (2) op de 0-stand. Draai de REM – regelaar (6) volledig naar links. Meetbereiken instellen op 3000 tr/min (23) en op 3 Nm (5). nmin (21) volledig naar links draaien (0 %) en Tmax (7) volledig naar rechts (100%). Schakel het controletoestel in met de netschakelaar (1). Zet werkmodeschakelaar (2) op de stand ‘MAN/EXT1’ en draai voorzichtig de remschakelaar (6) in klokzin totdat het remeffect is waar te nemen op de meters T en n. Voer snel enkele metingen uit tot het kippunt is bereikt; de motor komt dan tot stilstand en moet snel uitgeschakeld worden. Metingen boven het nominaal koppel van de motor plaatst de motor onder aanzienlijke overbelasting. De motor warmt snel op en de eindpunten zijn punten van een ‘warmere’ karakteristiek.


27

Motor 50 Hz n

T

P

Motor 25 Hz n

T

P

a)Teken de grafieken van T, P in functie van n bij 50Hz en 25 Hz.


28


29


30

1.8

Automatisch opnemen van de belastingskarakteristiek van een inductiemotor met de XY-schrijver.

Verbind de motor via een beveiliging en sterdriehoekschakelaar aan het net met de correcte spanningen (UL = 220). Zie onderstaande figuur. Laat de motor even draaien. Schakel de opstelling uit.

We meten de snelheid op de x-as (meetbus 16 zie fig controletoestel magneetpoederrem) en het koppel op de Y-as (meetbus 11). De gevoeligheid van de schrijver kan ingesteld worden tussen 0.1 en 1 V/cm en de fijninstelling met de regelaars (9 en 19). Als de automatische penlift wordt gebruikt, dan worden de klemmen (15) verbonden met de penlift van de schrijver en de schakelaar (20) op automatisch gezet. De aanloopkarakteristiek van de driefasen kooiankermotor wordt automatisch opgenomen met de XY-schrijver. De instellingen van de magneetpoederrem zijn als volgt: Bereik snelheid Bereik koppel Werkmode


3000 tr/min 3 N/m 0/RAMP1

(22) (5) (2)=> …………………………………………………………………………………

31

Instellen X/Y schrijver: zie bijlage - instellen x-as - schaal 0.1 V/cm - aanzetten optie kalibreren - zero 0% - length = … - instellen schaal y-as 0.4V/cm - schaal 0.4 V/cm - zero 0% - Invoegen papier - Regelen van de oorsprong van ons assenkruis - voor de x-as kan men dit regelen met de draaiknop achteraan het toestel (zie REAR PANEL -> X-channel zero pos)zero positioning 0% - voor de y-as kan men dit regelen met de draaiknop van de CHANNEL 1(2) bediening. - Tekenen van het assenkruis - De pen naar omlaag laten komen (zie PEN knop CHANNEL 1(2) ). - De assen tekenen (zie AXES knop CHANNEL 1(2) ). Uitvoering proef: Nameten OUTPUT toerental in bedrijf = … (vb. 2900 tr/min -> output = 5.8V) Nameten OUTPUT Koppel bij 1Nm = … (vb. 0.5 Nm -> output = 0.5V). Eventueel omrekeningsfactor bepalen. Plaats de werkmodeschakelaar(2) eerst op ‘0’ en vervolgens op ‘RAMP1’ en druk dan op de ‘START’ – knop (26). De motor wordt snel geremd van nullast tot stilstand. Plaats nu de pen neer als de automatische mode niet wordt gebruikt. De pen blijft daar tot de controlewerking begint en tot slot de aanloopkarakteristiek opneemt. Doe dit zowel voor de motor in driehoek als in ster geschakeld. Onderzoek van de koppelkarakteristiek in stand RAMP2 …………………………………………………………………………… Berekeningen proef: Bereken de waarde van het koppel voor zowel de ster als de driehoekschakeling op een toerental van 2600 tr/min.


32

Meetresultaten:


33


34

Bijlagen

1.8.1 Controletoestel magneetpoederrem


35

1.8.2 XY-schrijver


36


37

1.9

Inoefenen van het werken met de XY-schrijver.

Maak de meetopstelling opnieuw zoals in hoofdstuk 1.7 . a)Onderzoek van de koppelkarakteristiek zowel in koude toestand als in warme toestand met de XYschrijver. Er wordt een grafiek aangemaakt met de schrijver en deze wordt dan gekopieerd. Hoe zijn de verschillen te verklaren van de opgenomen curven. b)Onderzoek van het nominaal koppel uit de gemeten meetresultaten. Bereken de waarden van het nominaal koppel bij het nominaal toerental. (zie gegevens kenplaatje.) Controleer de schaalinstelling van de OUTPUT van het toerental en het koppel. Afgelezen waarde toerental: Afgelezen waarde koppel:

Gemeten spanning: Gemeten spanning:

Schaal OUTPUT toerental: Schaal OUTPUT koppel: Schaal XY-schrijver toerental: Schaal XY-schrijver koppel: Berekend nominaal koppel bij een koude motor: Berekend nominaal koppel bij een warme motor:

d)Onderzoek van de koppelkarakteristiek bij draaizinomkering


38

NAAM:

KLAS:

VOORNAAM:

DATUM:

VAK: ELEKTRICITEIT LABO

TECHNISCH INSTITUUT ST-JOZEF

2 Bepalen van de zelfinductiecoëfficiënt van één wikkeling van een asynchrone motor

2.1

Uitvoering:

Sluit een gelijkspanningsvoeding van …. V en sluit deze aan op één wikkeling van de asynchrone motor. Zorg ervoor dat de stroom door de wikkeling ½ bedraagt van de nominale stroom door de wikkeling (zie kenplaatje) Laat de leraar de opstelling controleren. Meet de spanning over de spoel (multimeter) Meet de stroom door de kring (multimeter) Bereken de weerstand van de spoel

= ………………………… V = ………………………… A = ………………………… Ω

Neem de transformator 220V / ……. V en sluit deze aan op één wikkeling van de asynchrone motor bovenstaande schema. Laat de leraar de opstelling controleren. Meet de spanning over de spoel (multimeter) Meet de stroom door de kring (multimeter) Bepaal de impedantie van de spoel Bereken coëfficiënt van zelfinductie de impedantie van de spoel


39

= ………………………… V = ………………………… A = ………………………… Ω = ………………………… H

Teken de impedantiedriehoek op schaal (schaal is vrij te kiezen).


40

R. Slechten

Recommend Documents