PDF datoteka - LES

MODELIRANJE ELEKTRIČNIH STROJEV
LABORATORIJSKA VAJA 8
Vajo opravljali:
Datum in ura:
Poročilo izdelal:
Ocena poročila:
1 BESEDILO NALOGE
Izmerite obremenilno karakteristiko trifaznega asinhronskega motorja. Motor zavirajte s Prony-jevo
zavoro. V skupnem diagramu podajte izkoristek, mehansko moč, faktor moči (cosϕ) in hitrost vrtenja kot
funkcijo prejete delovne moči. Oddano moč in izkoristek določite z indirektno in direktno metodo.
2 VEZALNI NAČRT
2 × ENOFAZNI DIGITALNI W-METER
L1
L2
V
U
PRONY-JEVA ZAVORA
Z DINAMOMETROM
L3
N
Slika 1: Vezalni načrt za merjenje obremenilne karakteristike AM.
W
3 OPIS MERILNE METODE
Izkoristek električnega stroja je pomemben podatek in predstavlja razmerje med oddano in prejeto
(delovno) močjo:
P
P
2
η = (1)
1
Na sliki 2 je predstavljena bilanca moči električnega stroja. Pri direktni metodi določimo izkoristek (η dir ) iz
razmerja neposredno izmerjene oddane in izmerjene prejete delovne moči.
ELEKTRIČNI STROJ
P 1
P 2
P izg
Slika 2: Bilanca moči električnega stroja.
8 - 1

MODELIRANJE ELEKTRIČNIH STROJEV
Pri večjih strojih je lahko, zaradi netočne meritve oddane moči, napaka v izkoristku velika, največkrat pa
oddane moči neposredno na gredi sploh ne moremo izmeriti. Zaradi tega določamo oddano mehansko
moč in izkoristek (η ind ) velikih strojev največkrat indirektno, tj. s pomočjo izgub, pri čemer celotne izgube
(P izg ) določimo z merjenjem in izračunom posamičnih izgub v stroju:
P1 − Pizg Pizg
η
ind
= = 1 − . (2)
P P
1 1
3.1 Direktna metoda merjenja oddane moči in izkoristka
Pri direktni (neposredni) metodi, se izkoristek stroja izračuna po osnovni enačbi (1), pri čemer je P 1 prejeta
električna delovna moč, ki jo izmerimo z W-metrom, P 2 pa oddana mehanska moč na gredi. Pri tej metodi,
oddano moč izračunamo:
n
P2dir = M ⋅ω = M ⋅2π⋅ , (3)
60
pri čemer je M navor na gredi, izmerjen s pomočjo Prony-jeve zavore, n pa vrtilna hitrost, ki jo lahko
izmerimo neposredno s tahometrom ali posredno preko slipa, ki ga merimo že za potrebe indirektne
metode.
3.2 Indirektna metoda določanja oddane moči in izkoristka
Delitev moči v asinhronskem stroju shematično kaže slika 3. Za izračun izkoristka oz. oddane moči po
indirektni metodi moramo določiti vrednosti vseh posamičnih izgub stroja.
P 1
δ
1-s s
P 2
P δ
P Fe - izgube v železu
P Cu1 - izgube v statorskem navitju
P dod - dodatne izgube
P Cu2 - izgube v rotorju
P tr,v - izgube trenja in ventilacije
P meh
Slika 3: Delitev moči pri asinhronskem motorju.
3.2.1 Izgube v navitju statorja
Za izračun izgub v statorskem navitju moramo poznati ohmsko upornost navitja. Le-to običajno izmerimo
med dvema priključnima sponkama (R sp-h ) v hladnem stanju (θ h ). To vrednost preračunamo na srednjo
obratovalno temperaturo (θ t = 75°C), ki je merodajna za določitev izgub v bakru obremenjenega stroja:
( )
Rsp-t = Rsp-h ⎡⎣ 1+ α θt − θh
⎤⎦ . (4)
Pri tem je α temperaturni koeficient upornosti in znaša za baker 0,0039 K -1 .
8 - 2

MODELIRANJE ELEKTRIČNIH STROJEV
Če je upornost navitij izmerjena med priključnimi sponkami (U-V, U-W, V-W), lahko, ne glede na vezavo
navitij (zvezda ali trikot), izračunamo izgube v statorskih navitjih z enačbo:
P = 1,5⋅I ⋅ R . (5)
2
Cu1 1 sp-t
3.2.2 Dodatne izgube
Dodatne izgube v stroju so tiste, ki jih ne moremo zajeti z izgubami v navitjih, izgubami v železu ali izgubami
trenja in ventilacije. Predvsem gre za:
– izgube zaradi vrtinčnih tokov v prevodnih delih stroja, ki so posledica stresanega magnetnega polja glav
tuljav,
– dodatne visokofrekvenčne izgube v železu v statorskih in rotorskih zobeh, ki nastanejo zaradi odprtih
utorov na statorju in rotorju in s tem spremenljive reluktance,
– izgube, ki so posledica poševnosti rotorskih utorov,
– izgube zaradi nesinusne porazdelitve magnetnega polja v zračni reži, ki je posledica razporeditve
statorskega in rotorskega navitja v utore.
Po priporočilih IEC izračunamo dodatne izgube kot 0,5 % prejete moči pri nazivnem toku (I 1n ). Če tok pri
preizkusu ni naziven, dodatne izgube preračunamo na vrednost pri dejanskem toku I 1 :
P
⎛ I
1
dod
= 0,005⋅P1n
⋅⎜ ⎟
I1n
⎝
⎞
⎠
2
, (6)
pri čemer nazivno prejeto delovno moč P 1n izmerimo pri nazivni obremenitvi motorja in jo uporabimo pri
določevanju dodatnih izgub vseh ostalih obratovalnih stanj.
3.2.3 Izgube v železu ter izgube trenja in ventilacije
Izgube v železu (P Fe ) določimo posredno, z meritvijo karakteristike prostega teka, kot je opisano pri
laboratorijski vaji 5. Pri istem preizkusu smo dobili tudi izgube trenja in ventilacije (P tr,v ). Ker gre za isti stroj
lahko pri meritvi obremenilne karakteristike uporabimo tam dobljene rezultate.
Zaradi nizke frekvence rotorskega toka, izgube v železu rotorja ponavadi zanemarimo.
3.2.4 Moč zračne reže
Moč, ki preko zračne reže prehaja na rotor izračunamo tako, da od prejete moči odštejemo vse izgube, ki
se tvorijo na statorju:
P = P − 1
P − δ Cu1
P − dod
P . (7)
Fe
Del moči zračne reže krije izgube v navitju rotorja, ostalo pa predstavlja mehansko moč stroja.
3.2.5 Izgube v navitju rotorja
Izgube v navitju rotorja izračunamo iz moči zračne reže P δ in slipa:
P = P ⋅ s , (8)
Cu2
pri čemer slip izračunamo:
s
δ
n − n
n
s
= . (9)
s
8 - 3

MODELIRANJE ELEKTRIČNIH STROJEV
3.2.6 Merjenje slipa
V enačbi (8) nastopa slip, ki direktno vpliva na delitev moči v rotorju, zato ga je pomembno točno določiti.
Slip merimo s stroboskopsko metodo. Stroboskop osvetljuje vrtečo gred in je sinhroniziran na statorsko
frekvenco, kar pomeni, da je frekvenca bliskov enaka frekvenci statorskega vrtilnega polja. Ker se rotor vrti
počasneje od vrtilnega polja, slika oznake na rotorju ne miruje, temveč se vrti v nasprotni smeri vrtenja
rotorja. S štoparico izmerimo čas t, v katerem naredi slika oznake na gredi N vrtljajev. Zaradi točnosti
merimo frekvenco kroženja oznake na rotorju najmanj 15 s.
Število vrtljajev oziroma frekvenca vrtenja slike je slipna frekvenca (f slip ), ki pomeni dejansko razliko hitrosti
med vrtilnim poljem in rotorjem ter velja:
f
N
t
n − n
60
s
slip
= = . (10)
Upoštevajoč enačbi (9) in (10) izračunamo slip motorja:
60
s = fslip
⋅ . (11)
n
s
3.2.7 Mehanska moč
Celotna mehanska moč je preostanek moči, ko od moči zračne reže odštejemo izgube v navitju rotorja:
meh δ Cu2 δ
1
( )
P = P − P = P − s . (12)
Da dobimo oddano moč na osi (P 2ind ), od mehanske moči odštejemo še izgube trenja in ventilacije:
P2ind = Pmeh − Ptr,v
. (13)
4 LITERATURA
[1] F. Avčin, P. Jereb, Preizkušanje električnih strojev, Tehniška založba Slovenije, 1983;
[2] M. Petrović, Ispitivanje električnih mašina, Naučna knjiga, Beograd, 1988;
[3] Damijan Miljavec, Peter Jereb, Električni stroji - temeljna znanja, FE, Ljubljana, 2008.
8 - 4

MODELIRANJE ELEKTRIČNIH STROJEV
5 NEVARNOSTI PRI DELU
POZOR, NEVARNOST ELEKTRIČNEGA UDARA!
NAPAJALNA IZMENIČNA NAPETOST DO 400 V.
MERILNO VEZJE, INSTRUMENTE IN NAPRAVE VEDNO VEŽITE, PRIKLAPLJAJTE ALI
ODKLAPLJAJTE V BREZNAPETOSTNEM STANJU!
MED MERITVIJO SE NE DOTIKAJTE MERILNIH VEZI, PRIKLJUČNIH SPONK IN
MERJENCA!
POZOR, NEVARNOST DOTIKA VRTEČIH SE DELOV STROJA!
ZARADI IZVAJANJA MERITEV, VSI VRTEČI DELI NISO MEHANSKO ZAŠČITENI.
MED OBRATOVANJEM STROJA SE NE DOTIKAJTE IN NE SEGAJTE V OBMOČJE
VRTEČIH SE DELOV STROJA!
PO IZKLJUČITVI STROJA POČAKAJTE, DA SE LE-TA USTAVI.
POZOR, NEVARNOST DOTIKA VROČIH DELOV!
NA ZAVORI ZA OBREMENJEVANJE MOTORJA SE CELOTNA MEHANSKA MOČ
PRETVARJA V TOPLOTO, ZATO SE TUDI V NORMALNIH RAZMERAH SEGREJE DO
100°C. PRI NEPOSREDNEM DOTIKU ZAVORE OBSTAJA NEVARNOST OPEKLIN.
ZAVORA SE HLADI Z VODO, KI VRE, ZATO PRI NEPRAVILNEM ZAUSTAVLJANJU
OBSTAJA NEVARNOST OPARITVE. V NORMALNIH RAZMERAH, MOTOR PRED
IZKLOPOM VEDNO RAZBREMENIMO (ZAVORO POPUSTIMO).
8 - 5

MODELIRANJE ELEKTRIČNIH STROJEV
PRIPRAVA NA LABORATORIJSKO VAJO 8
1. Pokažite, da enačba (5) velja ne glede na vezavo navitij stroja.
2. Asinhronskemu motorju z nazivnimi podatki: P n = 0,55 kW; U n = 400 V; I n = 1,5 A; cosϕ n = 0,76;
f n = 50 Hz; n n = 1375 vrt/min, določite izkoristek in navor pri nazivni obremenitvi.
8 - 6