meranie na asm_v1.1
TRANSCRIPT
TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH
FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A INFORMATIKY
KATEDRA ELEKTROTECHNIKY A MECHATRONIKY
Meranie na asynchrónnom motore s krúžkovou kotvou
Ján Bačík 2. roč. ing. štúdia
Matej Kocan AMS
Viktor Šlapák 2011/2012
Úlohy:
Z meraní naprázdno a nakrátko:
určte parametre náhradnej schémy
vypočítajte a vykreslite momentovú charakteristiku
s vypočítanými parametrami náhradnej schémy odsimulujte rozbeh priamym
pripojením na sieť
Štítkové údaje:
P = 4,4 kW U1N = 380 V I1N = 9,6 A f = 50 Hz
n = 1380 ot/min U2N = 164 V I2N = 47 A
R1f = 1,1 Ω ... hodnota získaná meraním pomocou ohmmetra.
Meranie v chode naprázdno:
V chode naprázdno meriame veľkosť napájacieho napätia, prúdy v jednotlivých fázach
a príkon motora dvoma wattmetrami v Arónovom zapojení podľa schémy zapojenia na obr. 1.
Obr. 1 Schéma zapojenia
Z nameraných hodnôt vypočítame pre jednotlivé merania:
priemerný prúd vo fáze
𝐼10 =𝐼𝑈 + 𝐼𝑉 + 𝐼𝑊
3
príkon motora 𝑃0 = 𝑃𝐼 + 𝑃𝐼𝐼
straty vo vinutí
∆𝑃𝑗0 = 3.𝑅1𝑓 . 𝐼102
straty naprázdno
∆𝑃0 = 𝑃0 − ∆𝑃𝑗10
Impedancia naprázdno
𝑍0 =𝑈10
3. 𝐼10
účinník
cos𝜑 =𝑃0
3.𝑈0 .𝐼10
Namerané a vypočítané hodnoty v chode naprázdno sú uvedené v tabuľke 1.
Tab. 1 Hodnoty z merania naprázdno
U0 [V] IU [A] IV [A] IW[A] PI [W] PII [W] I10 [A] P0 [W] ΔPj10 [W] ΔP0
[W] cos ϕ0 Uo2 [V2] ΔPFe [W] Z0 [Ω]
1 160 1,30 1,38 1,28 143 -63 1,32 80 5,75 74,25 0,22 25600 24,25 69,98
2 180 1,47 1,53 1,44 178 -88 1,48 90 7,23 82,77 0,20 32400 32,77 70,22
3 200 1,65 1,74 1,62 213 -115 1,67 98 9,20 88,80 0,17 40000 38,80 69,14
4 220 1,85 1,91 1,81 256 -145 1,86 111 11,38 99,62 0,16 48400 49,62 68,41
5 240 2,05 2,13 2,03 306 -187 2,07 119 14,14 104,86 0,14 57600 54,86 66,94
Priemer 68,94
Straty v železe ΔPFe určíme kvadratickou extrapoláciou do nuly zo závislosti
∆𝑃𝐹𝑒 = 𝑓(𝑈02) podľa obr. 2
Obr. 2 Kvadratická extrapolácia strát naprázdno
Obr. 3 Straty naprázdno
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000
ΔP
0 [
W]
U0 [V2]
Straty naprázdno ΔP0=f(U2)
ΔPFe
ΔPm
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
150 170 190 210 230 250
ΔP
0[W
]
U0 [V]
ΔP0 [W]
Obr. 4 Prúd naprázdno
Obr. 5 Účinník naprázdno
Meranie v chode nakrátko:
Pri meraní v chode nakrátko je rotor mechanicky zabrzdený, schéma zapojenia je
rovnako ako v predchádzajúcom prípade podľa obr. 1.
Z nameraných hodnôt vypočítame:
priemerný prúd vo fáze
𝐼𝐾 =𝐼𝑈 + 𝐼𝑉 + 𝐼𝑊
3
príkon motora ∆𝑃𝐾 = 𝑃𝐼 + 𝑃𝐼𝐼
účinník
cos𝜑𝐾 =𝑃0
3.𝑈𝐾 . 𝐼𝐾
impedancia nakrátko
𝑍𝐾 = 𝑈𝐾
3. 𝐼𝐾
odpor nakrátko
𝑅𝐾 =𝑍𝐾
cos𝜑𝐾
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
150 170 190 210 230 250
I 10
[A]
U0 [V]
I10 [A]
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
150 170 190 210 230 250
cos
ϕ0
U0 [V]
cos ϕ0
prepočítaný rotorový odpor
𝑅21 = 𝑅𝐾 − 𝑅1𝑓
rotorový odpor
𝑅2 = 𝑅21
𝑝𝑀2
reaktancia nakrátko
𝑋𝐾 = 𝑍𝐾2−𝑅𝐾
2
Namerané a vypočítané hodnoty pre chod nakrátko sú uvedené v tabuľke 2.
Tab. 2 Hodnoty z merania nakrátko
IU [A] IV [A] IW[A] UK [V] PI [W] PII [W] IK [A] ΔPk [W] cos ϕk ZK [Ω] Rk [Ω] R21 [Ω] R2 [Ω] Xk [Ω]
1 9,06 8,87 8,78 91,00 708,00 -25,30 8,90 682,70 0,49 5,90 2,87 1,77 0,0502 5,1556
2 7,76 7,46 7,38 78,00 526,00 -17,80 7,53 508,20 0,50 5,98 2,98 1,88 0,0535 5,1793
3 6,60 6,31 6,23 67,00 380,00 -12,50 6,38 367,50 0,50 6,06 3,01 1,91 0,0542 5,2634
4 4,56 4,21 4,21 46,50 163,70 -5,30 4,33 158,40 0,45 6,20 2,82 1,72 0,0488 5,5269
Priemer 6,04 2,92 1,82 0,0517 5,2813
Obr. 6 Napätie nakrátko
Obr. 7 Výkon nakrátko
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00
UK
[V]
IK [A]
Uk [V]
0,00
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
600,00
700,00
800,00
4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00
ΔP
k[W
]
IK [A]
ΔPk [W]
Obr. 8 Účinník nakrátko
Určenie parametrov náhradnej schémy:
Obr. 9 Náhradná schéma asynchrónneho motora
Rozptylové reaktancie
𝑋1𝜎 = 𝑋′2𝜎 =𝑋𝐾2
=5,281
2= 2,6405 Ω
V ďalších výpočtoch uvažujeme 𝑈10 = 220 𝑉
Magnetizačný prúd
𝐼𝜇 = 𝐼10 . sin𝜑0 = 1,834 𝐴
Hlavná reaktancia
𝑋 =𝑈1𝑁
3. 𝐼𝜇= 69,27 Ω
Odpor v železe
𝑅𝐹𝑒 =𝑈1𝑁
2
∆𝑃𝐹𝑒=
2202
49,62= 975,33 Ω
Z tab. 2 odčítame:
𝑅21 = 1,821 Ω
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00
cos
ϕk
IK [A]
cos ϕk
Určenie momentovej charakteristiky:
činiteľ rozptylu
𝑐1 =𝑍11
𝑋= 1,038
kde impedancia
𝑍11 = 𝑅12 + (𝑋1𝜎 + 𝑋)2
moment motora
𝑀𝑚 =3
𝜔𝑠∙𝑅21
𝑠∙
𝑈1𝑓2
(𝑅1 + 𝑐1 ∙𝑅21
𝑠 )2 + (𝑋1𝜎 + 𝑐1.𝑋2𝜎′ )2
Moment motora bol vypočítaný pre rôzne hodnoty sklzu pre 3 prípady, a to s nominálnym
napájacím napätím, s polovičným a s tretinovým napájacím napätím. Výsledky sú uvedené
v tabuľke 3 a vykreslené na obr. 4.
Tab. 3 Momentové charakteristiky
s 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,338 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
MM pri U1f [Nm] 0,00 21,69 38,99 51,47 59,64 64,38 66,62 67,13 66,52 63,42 59,32 55,09 51,09 47,44 44,16
MM pri U1f/2 [Nm] 0,00 5,42 9,75 12,87 14,91 16,09 16,65 16,78 16,63 15,85 14,83 13,77 12,77 11,86 11,04
MM pri U1f/3 [Nm] 0,00 2,41 4,33 5,72 6,63 7,15 7,40 7,46 7,39 7,05 6,59 6,12 5,68 5,27 4,91
MM pri U1s=220 V [Nm] 0,00 7,27 13,07 17,25 19,99 21,58 22,33 22,50 22,30 21,26 19,88 18,46 17,12 15,90 14,80
Obr. 10 Momentové charakteristiky
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
M [
Nm
]
s
Momentové charakteristiky pre rôzne napätia
MM pri U1f [Nm]
MM pri U1f/2 [Nm]
MM pri U1f/3 [Nm]
MM pri U1s=220 V [Nm]
Simulácia rozbehu priamym pripojením na sieť
S odmeranými a vypočítanými parametrami sme simulovali rozbeh motora priamym
pripojením motora na sieť. Na vstup modelu sme priviedli fázové napätia s hodnotou
amplitúdy odpovedajúcou meranej združenej hodnote napätia pri chode naprázdno.
𝑈𝑛𝑎𝑝 =220
3∙ 2 = 179,63 𝑉
Moment zotrvačnosti nebol meraný, preto bol moment zotrvačnosti zvolený ako
𝐽 = 0,1 𝑘𝑔.𝑚2
Moment zotrvačnosti ovplyvňuje len dynamiku motora, fázové prúdy ani napätia týmto nie sú
ovplyvnené.
Obr. 11 Simulačná schéma motora
Ako je vidieť z odsimulovaných priebehov, obr. 12, momentová charakteristika
približne odpovedá momentovej charakteristike získanej z nameraných a vypočítaných hodnôt
na obr. 10. Rovnako odpovedajú aj hodnoty fázových prúdov (detail na obr. 13), pre ktoré
platí, že:
𝐼10 =𝑖𝑚𝑎𝑥
2= 1,84 𝐴
Na obr. 14 sú zobrazené priebehy, keď bola k motoru pripojená záťaž 9 Nm v čase
4 sekundy.
U - 3f
Mz
I - 3f
omega
moment
model
asynchronneho motora
Uc
Ub
Ua
ScopeMz
Obr. 12 Odsimulované priebehy veličín pri rozbehu motora priamym pripojením na sieť
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1-200
0
200
t [s]
u [V
]Fazove napatia
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3-50
0
50
t [s]
i [A
]
Fazove prudy
0 0.5 1 1.5 2 2.5 30
100
200
t [s]
[
A]
Uhlova rychlost
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3-10
0
10
20
t [s]
Mm
[A
]
Moment motora
Obr. 13 Detail - fázové prúdy v ustálenom stave v chode naprázdno
2.78 2.8 2.82 2.84 2.86 2.88 2.9 2.92
-3
-2
-1
0
1
2
3
t [s]
i [A
]Fazove prudy
Obr. 14 Priebehy veličín pri zaťažení motora
0 1 2 3 4 5 6-200
0
200
t [s]
u [V
]Fazove napatia
0 1 2 3 4 5 6-50
0
50
t [s]
i [A
]
Fazove prudy
0 1 2 3 4 5 60
100
200
t [s]
[A
]
Uhlova rychlost
0 1 2 3 4 5 6-10
0
10
20
t [s]
Mm
[A]
Fazove prudy
Záver:
Pomocou nameraných hodnôt pri chode asynchrónneho motora s krúžkovou kotvou
v chode naprázdno a nakrátko sme vypočítali momentové charakteristiky motora, chýbajúce
parametre motora ako aj prvky náhradnej schémy.
Vypočítané hodnoty sme následne overili simuláciou v programe MATLAB, kde bol
vytvorený model motora. Odsimulované priebehy približne odpovedali nameraným údajom.
Odchýlky boli spôsobené nepresným odčítaním hodnôt z meracích prístrojov, ako aj
nízkym rozlíšením meracích prístrojov (pri meraní odporov vinutí ). Pri meraní odporov
vinutí sme rovnako zanedbali prechodový odpor.