Návody na cvičenia z Elektrických strojov Pavel Záskalický, Ján Kaňuch 2016

Návody na cvičenia z Elektrických strojov Pavel Záskalický, Ján Kaňuch 216

Návody na cvičenia z elektrických strojov prof. Ing. Pavel Záskalický, CSc., Ing. Ján Kaňuch, PhD. Fakulta elektrotechniky a informatiky, Katedra elektrotechniky a mechatroniky Technická univerzita v Košiciach. NÁZOV: Návody na cvičenia z elektrických strojov AUTORI: Záskalický Pavel, Kaňuch Ján VYDAVATEĽ: Technická univerzita v Košiciach ROK: 216 VYDANIE: prvé NÁKLAD: 55 ks ROZSAH: 64 strán ISBN 978-8-55-2579-8 Rukopis neprešiel jazykovou úpravou. Za odbornú a obsahovú stránku zodpovedajú autori.

Úvod Laboratórny poriadok Účasť na laboratórnych cvičeniach z predmetu Elektrické stroje je povinná a kontrolovaná. Krátkodobá ospravedlnená neúčasť do rozsahu 25% semestrálnych hodín sa podľa možnosti nahradzuje. Neprítomnosť na cvičení nezbavuje poslucháča povinnosti vypracovať referát a odovzdať ho v predpísanom čase. Dlhšia i ospravedlnená neúčasť znemožňuje uznanie cvičení a udelenia zápočtu, pokiaľ dekan fakulty nepovolí výnimku. Poslucháč je povinný dostaviť sa na cvičenie v určenej dobe so svojou skupinou. Meranie v inej skupine je prípustné len výnimočne z vážnych dôvodov a to s predchádzajúcim súhlasom príslušného asistenta. Poslucháč je povinný vopred sa svedomite pripraviť na meranie. K tomu mu poslúžia návody a prednášky. Na počiatku každého cvičenia asistent preskúša kontrolnými otázkami prípravu a neznalosť látky môže mať za následok vylúčenie z cvičenia. Náplň cvičení bude zverejnený na prvom stretnutí. V úvodnom cvičení budú poslucháči oboznámení s bezpečnostnými predpismi a umiestnením hlavných vypínačov v laboratóriu. Zvlášť upozorňujeme na dodržanie disciplíny a varujeme pred manipuláciou s prístrojmi bez súhlasu asistenta. Neodôvodnené iniciatíva v tomto smere ľahko vedie k zničeniu prístrojov, prípadne k ohrozeniu zdravia prítomných. Namerané výsledky sa spracujú samostatne doma, pri zložitejších meraniach na strojoch nanajvýš v dvojčlennej skupine kvôli možnosti kontroly. Dokázané opisovanie má za následok vrátenie referátu a pri opakovaní vylúčenie z cvičení. Presnosť výpočtov sa zaokrúhľuje na dve desatinné miesta. Úprava diagramov musí byť na úrovni poslucháča univerzity technického smeru. Grafy sa vynášajú na milimetrový papier minimálne formátu A4. Pri odovzdávaní referátu zodpovie poslucháč kontrolné otázky. Referát sa odovzdáva týždeň po ukončení merania. Väčšie omeškanie, s výnimkou asistentom ospravedlnených prípadov, sa trestá znížením bodového ohodnotenia. Referáty, ktoré sú chybné, alebo ktoré neboli obhájené sa vracajú a musia byť odovzdané v najbližšom týždni. V prípade, že ani v tomto termíne nebudú obhájené, poslucháč ich obhajuje až v zápočtovom týždni. 1

Bezpečnosť pri práci na elektrickom zariadení Úraz elektrickým prúdom Pri práci na elektrickom zariadení sa môžu vyskytnúť úrazy mechanické a úrazy elektrickým prúdom. Na tomto mieste ai všimneme len druhú skupinu. Elektrický prúd vyvoláva v organizme účinky tepelné a fyziologické na tkanivá a svalstvo ako aj elektrochemické. Pre striedavý prúd nízkeho napätia je charakteristický svalový kŕč, ktorý je zvlášť výrazný pri frekvencii 5 Hz. V jeho dôsledku sa postihnutý nemôže sám vyprostiť z elektrického obvodu. Zvlášť nebezpečne pôsobí elektrický prúd na srdce, ktoré nepracuje normálnou frekvenciou cca 7 tepov za minútu, ale nastane chvenie s oveľa vyššou frekvenciou. Tým sa poruší krvný obeh a nastane bezvedomie. Úrazy prúdom vysokého napätia mávajú väčšinou charakter ťažkých popálenín. Pre jednosmerný prúd sú typické popáleniny a účinky elektrochemické (rozpad kože). Účinky elektrického prúdu na organizmus závisia od veľkosti, doby pretekania a od psychického a fyzického stavu postihnutého. Veľkosť prúdu je daná napätím a odporom. Celkove sa skladá odpor z týchto zložiek: vonkajší prechodový odpor odev a jeho izolačné vlastnosti, odpor kože kolíše v značných medziach napr. zrohovatená koža manuálne pracujúcich, jemnejšia na chrbte ruky, veľkosť stykovej plochy, spotené časti a pod., vnútorný odpor tela mení sa v rozsahu jednotiek až desiatok kω a jeho hodnota je veľmi neurčitá podľa telesného a duševného stavu postihnutého. Telo predstavuje nelineárny odpor, ktorého hodnota klesá so zväčšovaním napätia a dobou prechodu prúdu. Doba pretekania je dôležitá jednak z hľadiska rozsahu deštrukčného pôsobenia a tiež preto, že s časom odpor tela klesá. V dôsledku uvedených skutočností je ťažko určiť hodnotu nebezpečného prúdu. Z porovnania sa však informatívne usudzuje, že nebezpečný prúd je väčší než 1mA pre striedavý prúd frekvencie 1 až 1Hz a pre jednosmerný prúd je to 25mA. Prúd väčší ako 1mA je už smrteľný (pri trvaní prechodu rádu sekundy). Prvá pomoc pri úraze Poskytovanie pomoci pri úrazoch elektrickým prúdom musí byť rýchle. Záchranný postup je tento: vyprostiť postihnutého z dosahu prúdu, ihneď zaviesť umelé dýchanie, pokiaľ postihnutý elektrickým prúdom nedýcha, ak je nie hmatateľný tep, zahájiť nepriamu srdečnú masáž, privolať lekára (telefón je na vrátnici), čo najskôr upovedomiť vedúceho príslušného pracoviska. Vyprosťovanie postihnutého prevádzame: 2

Vypnutím prúdu vypínačom alebo ističom, vytiahnutím vidlice zo zásuvky a pod. V laboratóriu je to červené STOP tlačidlo umiestnené na každom rozvádzači. Odsunutím vodiča nevodivým predmetom, tyčou aspoň cm dlhou, rukou chránenou niekoľkými vrstvami suchej látky a pod. Odtiahnutím postihnutého bez dotyku jeho tela, alebo mokrého odevu. Keď je postihnutý vyprostený, záchranca je povinný poskytnúť mu prvú pomoc až do doby príchodu lekára. Hlavnou zásadou pri úraze elektrinou je neprevážať postihnutého ak nie je popálený na väčšej časti kože a nekrváca nezadržateľne z väčších tepien a ani na okamih ho neopúšťať. Ak je postihnutý pri vedomí uložíme ho s uvoľneným odevom podľa možnosti v teplej miestnosti a podávame mu teplý nápoj (čaj). Postihnutý nesmie vstať pokiaľ to nedovolí lekár (možnosť postihnutia šokom). Ak je postihnutý v bezvedomí, ale dýcha a má hmatateľný tep, nie je vážne zranený, musí byť uložený vo vodorovnej polohe, na boku s hlavou zaklonenou čo najviac dozadu, s uvoľneným šatstvom. Ak postihnutý nedýcha, alebo prestal pri skôr poskytovanej prvej pomoci dýchať, hneď sa mu zavedie umelé dýchanie. Ak je postihnutý poranený tak, že potrebuje prevoz do zdravotného strediska, poskytuje sa mu umelé dýchanie aj počas prevozu. Umelé dýchanie sa používa zásadne z úst do úst. Inej metódy sa používa len vtedy, keď vzhľadom na zranenie sa nemôže použiť spôsob s úst do úst. Keď je zavedené umelé dýchanie neúčinné, pristúpi sa k nepriamej masáži srdca. Túto môže prevádzať len osoba s určitými zdravotníckymi vedomosťami. Popáleniny a rany sa nesmú ničím natierať, alebo vymývať. Účelom prvej pomoci je uchrániť rany pred znečistením, čistým obväzom alebo rúškou a zastaviť krvácanie. Pri zlomeninách musíme končatinu znehybniť.

Vstupné školenie študentov z oblasti BOZP Názov organizácie : Katedra elektrotechniky a mechatroniky, FEI, TU v Košiciach Bol/a/ som oboznámený/á/ s uvedenými predpismi na úseku BOZP, ktoré budem dodržiavať: rešpektovať príkazy svojich vyučujúcich,ako aj pokyny a smernice vydané TU, počínať si tak, aby som neohrozoval svoje zdravie ani zdravie svojich spolužiakov, zúčastňovať sa na školeniach, inštruktážach o BOZP, pri práci v laboratóriách,dielňach a pod. používať predpísané osobné ochranné pracovné prostriedky podľa Smernice pre poskytovanie OOPP vydanej TU, všetky závady a nedostatky na úseku BOZP hlásiť svojmu vyučujúcemu, platí prísny zákaz používania alkoholických nápojov, omamných a psychotropných látok, dodržiavať zákaz fajčenia vo všetkých priestoroch TU v zmysle Zák. NR SR č.77/24 Z.z. o ochrane nefajčiarov v znení zmien a doplnení, pracovať len s pracovnými nástrojmi, strojmi a prístrojmi, ktoré sú v bezchybnom technickom stave, nedotýkať sa el. vedenia, nemanipulovať s el. zariadeniami, na ktoré nemám oprávnenie, alebo nie som o nich poučený/á/ podľa vyhl. č. 58/29 Z.z., neopravovať el. poistky /STN 4 18, 5 5/, nezakladať predmetmi bezpečnostné prechody, chodby, dvere, rozvádzače, prípadný vznik školského úrazu ihneď hlásiť svojmu vyučujúcemu a vedúcemu katedry,/prípadne školskému oddeleniu/, záznam o ŠÚ sa spisuje do 4 dní od vzniku úrazu, po ukončení výučby skontrolovať, či sú vypnuté el. spotrebiče a pod., dodržiavať všeobecné zásady bezpečnosti pri práci v zmysle zák. NR SR č. 124/26 Z.z. o bezpečnosti a ochrane zdravia pri práci a o zmene a doplnení niektorých zákonov, dodržiavať predpisy týkajúce sa zakázaných prác žien, tehotných žien a mladistvých /NV SR č. 272/24 Z.z./, dodržiavať všeobecné zásady bezpečnosti práce pre dané pracovisko, v prípade úrazu poskytnúť prvú pomoc. Prehlasujem, že všetky opatrenia, predpisy a pokyny ako aj príkazy stanovené vedením organizácie, ktoré sa vzťahujú na úsek BOZP budem rešpektovať a dodržiavať. V opačnom prípade som si vedomý/á/, že voči mne budú vyvodené patričné postihy v zmysle ZP. Súčasťou školenia je prezenčná listina 4

Technická univerzita v Košiciach Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra elektrotechniky a mechatroniky Meranie na transformátore Meno a priezvisko:

Úvod Účelom meraní na transformátore je určiť straty, ktoré pri prevádzke v ňom vznikajú. Zo strát vypočítame parametre náhradnej schémy ako aj závislosť účinnosti a úbytku napätia od veľkosti a typu zaťaženia. V transformátore vznikajú straty v magnetickom obvode (v železe hysterézne a vírivými prúdmi), straty v elektrických obvodoch (v medi Jouleove straty vo vinutiach) a prídavné straty, ktoré sú spôsobené jednak nerovnomerným rozložením prúdu vo vodičoch ako aj rozptylovým magnetickým tokom v konštrukčných častiach transformátora. O skúškach transformátorov hovorí norma STN 5 18. Merania urobíme na trojfázovom transformátore so štítkovými údajmi: S N U 1N U 2N Zapojenie vinutí: Zo štítkových údajov vypočítame nominálne prúdy transformátora: I 1N S N U1N I 2N S N U2N Meranie odporov vinutí Odpory vinutí transformátora meriame miliohmmetrom. Namerané hodnoty zapisujeme do Tabuľky 1. Tabuľka 1: Meranie odporu vinutia Vinutie R (Ω) R av Ω R (Ω) Strana vyššieho napätia AB BC CA Strana nižšieho napätia ab bc ca Z nameraných hodnôt vypočítame strednú hodnotu odporu vinutia R av R AB + R BC + R CA 1

Fázová hodnota odporu R 1 R av1 2 Fázové hodnoty odporov vinutí R 1 R 2 Meranie prevodu transformátora Prevod transformátora sa meria v nezaťaženom stave (stav naprázdno). Meriame pri zníženom napätí (približne, 8U 1N ), aby sme sa vyhli oblasti nasýtenia. Namerané a vypočítané hodnoty zapisujeme do Tabuľky 2. Stredná hodnota napätí nameraných na strane vyššieho napätia U 1av U AB + U BC + U CA Stredná hodnota napätí nameraných na strane nižšieho napätia U 2av U ab + U bc + U ca Prevod a U 1av U 2av Tabuľka 2: Tabuľka merania prevodu Vinutie U(V ) U av (V ) a Strana vyššieho napätia AB BC CA Strana nižšieho napätia ab bc ca Meranie transformátora naprázdno Pri meraní naprázdno napájame transformátor zo strany nižšieho napätia (pri malom príkone, budú prúdy vyššie). Schéma zapojenia je uvedená na Obr.1. Meriame napätia, prúdy a výkony jednotlivých fáz v rozsahu 2 12% U 2N a namerané hodnoty zapisujeme do Tabuľky. 2

Obr. 1: Schéma zapojenia merania naprázdno Tabuľka : Tabuľka nameraných hodnôt Mer. U a (V) U b (V) U c (V) I a I b I c P a (W) P b (W) P c (W) 1 2 4 5 6 7 8 8 1 Obr. 2: Tvar priebehov veličín merania naprázdno

Z nameraných hodnôt vypočítame napätie naprázdno U U a + U b + U c Prúd naprázdno I I a + I b + I c Príkon transformátora naprázdno P P a + P b + P c Straty vo vinutí naprázdno P Cu R 2 I 2 Straty v magnetickom obvode závisia len od napájacieho napätia. Získame ich ako rozdiel medzi príkonom naprázdno P a stratami vo vinutí P Cu. P F e P P Cu Účinník naprázdno cos ϕ P U I Impedancia naprázdno Z U I Vypočítané hodnoty zapisujeme do Tab.4. Typický tvar priebehov je uvedený na Obr.2. Priebehy vynesieme graficky v závislosti od hodnoty napätia naprázdno U do rastra na Obr.. Tabuľka 4: Tabuľka vypočítaných hodnôt Mer. U (V) I P (W) P (W) P Cu (W) P F e (W) Z (Ω) cos ϕ 1 2 4 5 6 7 8 9 1 Z grafických priebehov odčítame pre hodnotu U 2N údaje: I Z P F e cos ϕ Prúd a impedancia naprázdno prepočítané na primárnu stranu I I a Z a 2 Z 4

cos ϕ Z Δ P Fe I (-) ( Ω ) (W) 1,8 1 2 4 5 6 7 8 9 1 11 12 1 14 15 16 17 18 U (V) Obr. : Meranie naprázdno 9 18,9,8 8 16 1,6,7 7 14 1,4,6 6 12 1,2,5 5 1 1,,4 4 8,8, 6,6,2 2 4,4,1 1 2,2 5

Meranie transformátora nakrátko Vinutie zo strany nižšieho napätia je skratované dobre vodivou spojkou. Vinutie zo strany vyššieho napätia napájame zníženým napätím tak, aby prúdy dosahovali hodnoty v rozsahu 2 12% I 1N. Meriame napätia, prúdy a výkony vo všetkých troch fázach. Namerané veličiny zapisujeme do tabuľky. Obr. 4: Schéma zapojenia merania nakrátko Tabuľka 5: Tabuľka nameraných hodnôt Mer. U A (V) U B (V) U C (V) I A I B I C P A (W) P B (W) P C (W) 1 2 4 5 6 7 8 8 1 Napätie nakrátko U k U A + U B + U C Prúd nakrátko I k I A + I B + I C 6

Straty nakrátko P k P A + P B + P C Straty vo vinutí pri teplote okolia ϑ 2 C P Cu I 2 k(r 1 + a 2 R 2 ) Prídavné straty (elektrické straty v mechanických častiach transformátora) P d P k P Cu Straty vo vinutí pre teplotu 75 C a Cu vinutie (pracovná teplota) P Cu75 P Cu 25 + 75 25 + ϑ Prídavné straty pri teplote 75 C (s teplotou klesajú) P d75 P d 25 + ϑ 25 + 75 Straty nakrátko pri teplote 75 C P k75 P Cu75 + P d75 Účinník nakrátko cosϕ k P k U k I k Vypočítané hodnoty zapisujeme do Tab.6. Typický tvar priebehov je uvedený na Obr.5. Priebehy vynesieme graficky v závislosti od hodnoty prúdu nakrátko I k do rastra na Obr.. Obr. 5: Tvar priebehov veličín merania nakrátko Z grafických priebehov odčítame pre hodnotu I 1N údaje: U kn cos ϕ k P Cu75 P k75 7

Tabuľka 6: Tabuľka vypočítaných hodnôt Mer. 1 2 4 5 6 7 8 9 1 U k (V) I k P k (W) P Cu (W) P d (W) P Cu75 (W) P d75 (W) P k75 (W) cos ϕ k Ďalej vypočítame hodnotu pomerného napätia nakrátko u k U kn U 1N Činnú (aktívnu) zložku pomerného napätia nakrátko u r u k cos ϕ k Jalovú (reaktívnu) zložku pomerného napätia nakrátko u x u k sin ϕ k Nominálna impedancia transformátora zo strany primárneho vinutia Z 1N U 1N I1N Nominálna impedancia nakrátko Z k U kn I 1N Pomerná impedancia nakrátko z k Z k Z 1N Pri správnom meraní musí platiť z k u k 8

Δ Cu75 k75 (W) (W) ϕ k P Δ P (-) cos 18 16 14,6 9 8 7 6 5 4 2 18 16 14 12 12 1 1 8 8 6 U k (V) 6 1 1 2 4 5 6 7 8 9 1 11 12 I k Obr. 6: Meranie nakrátko,5 4 4 2 2 9

Výpočet parametrov náhradnej schémy Z výsledkov meraní vypočítame parametre náhradnej schémy transformátora Obr. Obr. 7: Jednofázová náhradná schéma transformátora Odpor sekundárneho vinutia prepočítaný na primárnu stranu R 2 a 2 R 2 Reakčná zložka impedancie nakrátko X k Z k sin ϕ k Pri meraní nakrátko sa straty v medi rozložia rovnomerne na primárne a sekundárne vinutie. Reaktancia nakrátko je daná súčtom X k X 1σ + a 2 X 2σ X 1σ + X 2σ. X 1σ X 2σ X k 2 Ekvivalentný odpor strát v železe R F e Z cos ϕ Magnetizačná reaktancia X m Z sin ϕ Pre kontrolu vypočítame odpor nakrátko R k Z k cos ϕ k Pri správnom meraní musí platiť R k R 1 + R 2 1

Výpočet účinnosti transformátora Účinnosť je definovaná η P 2 P 1 P 2 P 2 + P Definujeme zaťažovateľ Výkon Straty ν S S N I 2 I 2N P 2 S cos ϕ νs N cos ϕ P P F e + P Cu P F e + ν 2 P k75 Vypočítané hodnoty zapisujeme do Tab.7. Pre výpočet hodnôt η je výhodné použiť Excel. Závislosť účinnosti od zaťaženia vynesieme graficky do rastra na Obr.9. Tvar priebehov je uvedený na Obr.8. Tabuľka 7: Tabuľka vypočítaných hodnôt ν,2,4,6,8 1, 1,2 S (VA) P Cu (W) η cos ϕ 1 cos ϕ, 8 cos ϕ, 6 cosf1 cosf,8 cosf,6,25,5,75 1, 1,25 Obr. 8: Tvar priebehov účinnosti od záťaže transformátora 11 cosf,6 cosφ,6 cosf,8 cosφ,8 cosf1 cosφ1

1 η,9,8,2,4,6,8 1, 1,2 Obr. 9: Závislosti účinnosti od záťaže transformátora ν 12

Výpočet úbytku napätia transformátora Percentuálny úbytok napätia na transformátore u % (νu R cos ϕ + νu x sin ϕ)1 Pre zvolený zaťažovateľ a účinník vypočítame úbytky cosf1 napätia a zapisujeme do Tab.8. Závislosť vynesieme graficky do rastra na Obr.11. Tvarcosf,8 priebehov je uvedený na Obr.1. cosf,6 Tabuľka 8: Tabuľka vypočítaných hodnôt ν,2,4,6,8 1, 1,2 S (VA),25 u % cos ϕ 1 cos ϕ, 8 cos ϕ, 6,5,75 1, 1,25 cosf,6 cosφ,6 cosf,8 cosφ,8 cosf1 cosφ1,25,5,75 1, 1,25 Obr. 1: Tvar priebehov úbytku napätia transformátora 1

5 Δu % 4 2 1,2,4,6,8 1, 1,2 ν Obr. 11: Závislosti úbytku napätia od záťaže 14

Zapojovanie trojfázových transformátorov Vinutia trojfázového transformátora môžu byť spojené do hviezdy Y, y do trojuholníka D, d do lomenej hviezdy z Veľké písmená sa používajú pre označenie strany vyššieho napätia, malé pre stranu nižšieho napätia. Oneskorenie fázora strany nižšieho napätia voči fázoru strany vyššieho napätia je násobkom. Podľa československého návrhu (prof. Sumec) používa sa v medzinárodných elektrotechnických normách IEC na vyjadrenie tohoto posunu hodinové číslo ( 1 hod.). Napríklad označenie Y y znamená, že obidve vinutia sú zapojené do hviezdy a oneskorenie fázora napätia nižšej strany voči fázoru toho istého napätia vyššej strany je hod.. Hodinové uhly a 9 sa nedajú zapojiť. V praxi sa používajú tieto spojenia trojfázových transformátorov Y y s hodinovým uhlom, 6 Dd s hodinovým uhlom, 2, 4, 6, 8, 1 Y d s hodinovým uhlom 1, 5, 7, 11 Dy s hodinovým uhlom 1, 5, 7, 11 Y z s hodinovým uhlom 1, 5, 7, 11 Dz s hodinovým uhlom, 2, 4, 6, 8, 1 Kombináciou spojení do hviezdy, trojuholníka a do lomenej hviezdy sa dá dosiahnuť všetkých dvanásť hodinových čísel okrem a 9. Zásady kreslenia a určovania hodinového čísla pri danom spojení, resp. pri zapojovaní vinutí pre predpísané hodinové číslo Všetky vinutia sú vinuté v tom istom zmysle. Smery fázorov indukovaných napätí vo vinutiach na tom istom stĺpe sú rovnaké (zmysly môžu byť rozdielne). Šípku pri vinutí volíme tak, aby smerovala od začiatku ku koncu a koniec vinutia nech je vyvedený na svorkovnicu. Pri dodržaní týchto zásad dostaneme fázorový diagram priamo zo zapojenia, alebo naopak diagram zostrojený podľa predpísaného hodinového čísla nám priamo určuje, ktoré body vinutia máme pospájať. 15

Kontrola hodinového čísla daného zapojenia Kontrolu hodinového čísla daného spojenia môžeme urobiť meraním napätí medzi svorkami transformátora a grafickou konštrukciou fázorových diagramov. Transformátor pripojíme na znížené napätie. Zmeriame zmysel otáčania trojfázovej siete (ľavotočivý v smere šípky). Zmeriame napätia U AB a U ab. Prepojíme jednu svorku vyššieho napätia so svorkou nižšieho napätia. Najčastejšie sú to svorky A a a. Rozhodneme sa, ktorý bod na sekundárnej strane budeme následne určovať. Pre bod b zmeriame napätia U bc a U bb. Následne môžeme - 5 - kresliť fázorový diagram, tak ako je to uvedené na Obr.12. Úlohou merania je Obr..1 Obr. 12: Meranie hodinového čísla Úloha: 1. Pre zmerané Pre dané hodnoty zapojenia na so obr. zadaným.1 hodinovým nakreslite číslom nakreslite fázorový fázorový obrazec diagram a azapojenie transformátora schému (obr. zapojenia..14) 2. Pre zadané spojenie vinutí nakreslite fázorové obrazce - obr..15, obr..16. Realizujte dané zapojenia a overte hodinové číslo. 16 Obr..14

Technická univerzita v Košiciach Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra elektrotechniky a mechatroniky Meranie na synchrónnom stroji Meno a priezvisko:

Úvod Merania a vyhodnotenia, ktoré sa urobia na synchrónnom stroji: Meranie odporov vinutí. Meranie charakteristík naprázdno a nakrátko. Určenie parametrov náhradnej schémy. Pripojenie a zaťažovanie synchrónneho stroja na tvrdej sieti. Merania sa urobia na synchrónnom stroji, ktorého štítkové údaje sú : S N P N cos ϕ N 2p f n s U 1N I 1N U 2N I 2N Meranie odporov vinutí Odpory vinutí meriame miliohmmetrom. Statorové vinutia meriame voči nulovému bodu. Výsledky meraní zapisujeme do Tab.1 Odpor fázy statora Tabuľka 1: Meranie odporov Vinutie R(Ω) R S (Ω) U V W R S R U + R V + R W Odpor rotora R R 1

.1 MERANIE CHARAKTERISTIKY NAPRÁZDNO A NAKRÁTKO.1.1 M e r a n i e o d p o r o v v i n u t í Meranie synchrónneho stroja naprázdno Odpory vinutí synchónneho stroja meriame miliohmmetrom. VINUTIE V chode naprázdno R [Ω] meriame R stroj v generátorickom stave. Meraním získame charakteristiku naprázdno U f(i 2 ). Meriame v prvom kvadrante. Rotor synchrónneho stroja avf [Ω] U roztočíme jednosmerným motorom na synchrónnu mechanickú uhlovú rýchlosť V W ω s 2πn s 6 n s 9, 55 Schéma zapojenia merania naprázdno synchrónneho stroja je uvedená na Obr.1. Budiaci prúd stroja meníme od nuly do hodnoty odpovedajúcej približne indukovanému.1.2 napätiu M e 1, r a 2Un N i. e Prev každú c h o hodnotu d e n a budiaceho p r á z d prúdu n o odčítame indukované napätie a moment Schéma zapojenia na hriadeli. : Namerané hodnoty zapisujeme do Tab.2. U V UV W SG V MD n F1 F2 A 2 L- L+ Obr..1 Obr. 1: Schéma zapojenia merania naprázdno I 2 U (V ) M (kpm) M (Nm) P (W ) P F e (W ) Straty naprázdno P Mω s Tabuľka 2: Tabuľka nameraných a vypočítaných hodnôt 2

roztočíme jednosmerným motorom na synchrónnu mechanickú uhlovú rýchlosť 2 n1 m 6 Budiaci prúd stroja meníme od nuly do hodnoty odpovedajúcej indukovanému napätiu 1,2.U N. Pre každú hodnotu budiaceho prúdu odčítame indukované napätie. Straty mechanické P m sú rovné stratám naprázdno P pre I 2 Tabuľka nameraných hodnôt : P m I 2 [A] Straty v železe U o [V] P F e P P m Tab..1 Priebeh Priebeh charakteristiky charakteristiky naprázdno naprázdno (magnetizačnej vynesieme do charakteristiky rastra na Obr.. synchrónneho Na Obr.2 je uvedený stroja) je na obr. typický.2. priebeh charakteristiky naprázdno synchrónneho stroja. U U P I 2 Obr. 2: Priebeh charakteristiky Obr..2 naprázdno.1. M e r a n i e v s ú m e r n o m (t r o j p ó l o v o m) s k r a t e Meranie synchrónneho stroja nakrátko Schéma zapojenia : Statorové vinutie skratujeme tromi ampérmetrami, tak ako je to uvedené na Obr.4. Rotor synchrónneho stroja otáčame dynamometrom A W A U Arýchlosťou V ω 1. Postupne zvyšujeme prúd budiaceho vinutia I 2 až do hodnoty odpovedajúcej I 1k 1, 2I 1N. Súčasne odčítame moment dynamometra. Namerané hodnoty zapisujeme do Tab.. Charakteristika U nakrátko je lineárna, nie je potrebný veľký počet meracích bodov. Priebeh charakteristiky nakrátko vynesieme do rastra na Obr.. I 2 I U Tabuľka : Tabuľka nameraných a vypočítaných hodnôt I V I W MD W M (kpm) SG I k V M (Nm) n P k (W) P Cu (W) P Cu75 (W) F1 F2 A 2 Obr.. L- L+

1 9 8 7 6 5 4 2 1 I1k U (V) 45 4 5 25 2 15 1 5,2,4,6,8 1, 1,2 1,4 1,6 1,8 2, 2,2 2,4 I 2 Obr. : Meranie naprázdno a nakrátko 4

Obr..2.1. M e r a n i e v s ú m e r n o m (t r o j p ó l o v o m) s k r a t e chéma zapojenia : A W U A U A V W SG V MD n F1 F2 A 2 L- L+ Obr.. Obr. 4: Schéma zapojenia merania nakrátko Straty nakrátko P k Mω s Straty mechanické P m sú rovné stratám nakrátko P k pre I 2 P m Straty v medi P Cu P k P m Straty v medi prepočítané na teplotu ϑ 75 P Cu75 25 + 75 25 + ϑ Určenie synchrónnej reaktancie Z charakteristiky naprázdno U f(i 2 ) a z charakteristiky nakrátko I 1k f(i 2 ) meranú pri súmernom skrate môžeme priamo určiť synchrónnu reaktanciu X s (Obr.). Postupujeme tak, ako je to uvedené na Obr.5. Pre hodnotu nominálneho napätia U 1N odčítame odpovedajúcu hodnotu budiaceho prúdu I 2N. Tejto hodnote odpovedá hodnota prúdu nakrátko I kn. Impedancia nakrátko v nasýtenom stave Z ks U 1N IkN 5

Synchrónna reaktancia v nasýtenom stave X ss Zks 2 R2 S Častejšie sa používa synchrónna reaktancia v nenasýtenom stave. Charakteristiku naprázdno linearizujeme dotyčnicou v počiatku (U l f(i 2 )). Pre hodnotu budiaceho prúdu I 2N odčítame na linearizovanej charakteristike fiktívnu hodnotu napätia U 12. I 1K U U l (I 2 ) U12 U (I 2 ) U 1N I 1K (I 2 ) I KN I 2N I 2 Impedancia nakrátko v nenasýtenom stave Z k U 12 IkN Obr. 5: Určenie synchrónnej reaktancie Synchrónna reaktancia v nenasýtenom stave X s Zk 2 R2 S Zaťažovanie synchrónneho stroja na tvrdej sieti Synchrónny stroj môžeme pripojiť do siete, len pri splnení nasledovných podmienok: Rovnosť frekvencie napätia siete a stroja. Rovnosť efektívnych hodnôt napätí a siete. Rovnosť sledu fáz napätí siete a stroja. Nulový fázový posun medzi napäťovým systémom siete a stroja. Synchrónny stroj zapojíme tak, ako je to uvedené na Obr.6. Postup pri fázovaní 1. Stroj roztočíme dynamometrom na synchrónnu rýchlosť ω s (n S ). 6

4. Rovnosť okamžitých hodnôt napätia stroja a siete. éma zapojenia: OSC C Prúdová sonda Obr. 6: Schéma zapojenia synchrónneho stroja 2. Stroj vybudíme na takú hodnotu, aby Obr..6 svorkové napätie stroja bolo rovné napätiu tup pri meraní: siete. 1. Stroj roztočíme jednosmerným pohonným motorom na synchrónnu rýchlosť ω m.. Ukazovateľom sledu fáz (malý indukčný motorček) skontrolujeme sled fáz napätia 2. Stroj nabudíme svorkách stroja tak, aby a na svorkách efektívna siete. hodnota napätia na svorkách stroja a napätia sie bola rovnaká. 4. Synchrónny stroj pripojíme na sieť pri nulovom fázovom posune medzi napäťovým systémom. Ukazovateľom sledu sietefáz a stroja. (malý Vhodný indukčný okamih určíme motorček) pomocou skontrolujeme elektrodynamického sled fáz napätia na svorkách synchronoskopu. stroja a svorkách siete. 4. Synchrónny stroj pripojíme na sieť ak sa rovnajú okamžité hodnoty napätí pomoco 7 elektrodynamického synchronoskopu.

Prevádzkové stavy synchrónneho stroja Po pripojení synchrónneho stroja na sieť môžeme vyšetrovať jeho chovanie v jednotlivých režimoch (Obr.7). a) Generátorický a motorický chod meníme mechanickým momentom na hriadeli synchrónneho stroja t.z. pohonným strojom (dynamometrom). V generátorickom chode synchrónny stroj dodáva do siete činný výkon P, v motorickom chode odoberá činný výkon P. b) Podľa stavu vybudenia synchrónneho stroja, ktorý sa mení budiacim prúdom, je synchrónny stroj prebudený, ideálne budený a podbudený. Prebudený synchrónny stroj dodáva do siete jalový výkon Q, podbudený synchrónny stroj jalový výkon zo siete odoberá Q. Ideálne budený synchrónny stroj má Q. c) Fázový posun medzi napätím a prúdom stroja ϕ, a teda aj účinník cos ϕ závisí od pracovného stavu stroja a mení sa jednak s mechanickým momentom na hriadeli ako aj a vybudením stroja. Ak je stroj ideálne budený (Q ) potom je ϕ alebo ϕ 18 a účinník cos ϕ 1. P GEN P MOT SG preb. P Q SM preb. P Q I 1N Q KAP Q IND SG Id.b. P Q SM Id.b. P Q U 1 SG podb. SM podb. P Q P Q Obr. 7: Prevádzkové stavy synchrónneho stroja Synchrónny kompenzátor je silne prebudzovaný nezaťažený synchrónny motor. Kompenzuje účinník siete, tým že dodáva do siete jalový výkon. 8

Meranie záťažových charakteristík synchrónneho stroja Záťažové charakteristiky (V - krivky, tiež Mordey-ove krivky) sú závislosti prúdu statora I 1 od budiaceho rotorového prúdu I 2, pri konštantnom napätí, frekvencii (U 1, f cst.) a výkone (P cst.). Záťažové charakteristiky meriame pre P, P, 5P N a P P N. Môžeme ich merať v motorickom, ale aj v generátorickom chode. Po pripojení synchrónneho stroja na sieť, zvolíme režim a nastavíme výkon P P N a podobne pri ďalších meraniach P, 5P N a P. Budiaci prúd I 2 zvyšujeme tak, aby prúd statora neprekročil hodnotu 1, 2I 1N. Ďalej postupne znižujeme budiaci prúd s uvážením hodnoty statorového prúdu. Pri P znížime budiaci prúd až na nulovú hodnotu I 2 (odpojením budenia od napájania). Namerané hodnoty zapisujeme do Tab.4, Tab.5 a Tab.6. I 2 I 1 Tabuľka 4: Tabuľka nameraných hodnôt P Tabuľka 5: Tabuľka nameraných hodnôt I 2 I 1 cos ϕ ( ) P, 5P N Tabuľka 6: Tabuľka nameraných hodnôt I 2 I 1 cos ϕ ( ) P P N Priebehy záťažových charakteristík vynesieme do rastra na Obr.9. Na Obr.8 je uvedený typický tvar záťažových charakteristík. 9

[A] sφ [-] [A] [A] sφ [-] P P N riebehy záťažných charakteristík (V- kriviek) sú na obr..8. I 1 HRANICA STABILITY cosφ1 P N I 1.5P N cosφ cosφ P I 2 I2 Obr. 8: Záťažové charakteristiky Obr..9 synchrónneho stroja oznámka: Z merania V- kriviek sa dá priamo určiť z pomeru prúdov I 1μ a I 2μ prúdový nchrónneho stroja. 1

I 1 1 9 8 7 6 5 4 2 1 1 2 4 5 I 2 Obr. 9: Namerané záťažové charakteristiky synchrónneho stroja 11

Technická univerzita v Košiciach Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra elektrotechniky a mechatroniky Meranie na asynchrónnom motore Meno a priezvisko:

- 2 - Úvod Ú v o d Asynchrónny Asynchrónny motor motor je jedným jedným z najrozšírenejších z striedavých točivých otáčavých elektrických strojov. Svorkovnica strojov. Svorkovnica bežného bežného asynchrónneho asynchrónneho motora motora je usporiadaná je usporiadaná podľa podľa obrázku Obr.1..1. Začiatky Začiatky vinutí vinutí sú sú pripojené na nasvorky U1, U 1, V1, V 1, W1, W 1, konce vinutí vinutí na na svorky svorky U 2, U2, V 2, V2, W 2. W2. Takéto Takéto usporiadanie usporiadanie umožňuje jednoduchým spôsobom zapojiť zapojiť motor motor do trojuholníka do trojuholníka, ( ), alebo alebo do hviezdy. do hviezdy (Y ). a-pripojenie cievok b-zapojenia vinutia c-zapojenie vinutia do hviezdy do trojuholníka. Obr. 1: Zapojenia svorkovnice Obr..1 asynchrónneho motora Podľa konštrukcie rotora rozdeľujeme asynchrónne motory na : Podľa a) asynchrónne konštrukcie rotora motory rozdeľujeme s kotvou nakrátko asynchrónne kotvu motory: tvorí spravidla hliníková klietka spojená kruhmi nakrátko Asynchrónne motory s kotvou nakrátko kotvu tvorí spravidla hliníková klietka b) spojená asynchrónne kruhmi nakrátko. motory s kotvou krúžkovou trojfázové rotorové vinutie, ktoré je spojené obyčajne do hviezdy a vyvedené na krúžky. Rotorová svorkovnica má tri svorky, ktoré sú označené Asynchrónne K,L, motory M. s kotvou krúžkovou trojfázové rotorové vinutie, ktoré je spojené obyčajne do hviezdy a vyvedené na krúžky. Rotorová svorkovnica má tri svorky, Na ktoré asynchrónnom sú označené K, motore L, M. s kotvou krúžkovou vykonáme merania, a urobíme teoretické rozbory, ktoré rozdelíme do štyroch častí: Na asynchrónnom motore s kotvou krúžkovou vykonáme merania, a urobíme teoretické.1 Merania asynchrónneho motora v chode naprázdno a v stave nakrátko rozbory, ktoré rozdelíme do štyroch častí:.2 Určenie parametrov náhradnej schémy asynchrónneho motora 1.. Merania Zaťažovanie asynchrónneho asynchrónneho motora motora v chode naprázdno a v stave nakrátko..4 Výpočet momentovej charakteristiky 2. Určenie parametrov náhradnej schémy asynchrónneho motora. Všetky merania vykonáme na trojfázovom asynchrónnom motore s kotvou krúžkovou, so štítkovými. Zaťažovanie údajmi: asynchrónneho motora. 4. PVýpočet N momentovej ncharakteristiky. N Všetky 2p merania vykonáme f na trojfázovom asynchrónnom motore s kotvou krúžkovou, so štítkovými údajmi: U 1N I 1N UP N 2N In N 2N 2p f Transformačný pomer ( prevod napätí ) určíme : U 1N I U 1N 1N a U 2N U 2N I 2N Odpory vinutí asynchrónneho motora určené meraním: 1 R 1f R 2f

Meranie odporov vinutí Odpory vinutí motora meriame miliohmmetrom. Namerané hodnoty zapisujeme do Tabuľky 1. Z nameraných hodnôt vypočítame strednú hodnotu odporu statorového vinutia R 1av R UV + R V W + R W U Fázová hodnota statorového odporu R 1 R 1av 2 Z nameraných hodnôt vypočítame strednú hodnotu odporu rotorového vinutia R 2av R KL + R LM + R MK Fázová hodnota rotorového odporu R 2 R 2av 2 Fázové hodnoty odporov vinutí R 1 R 2 Tabuľka 1: Meranie odporu vinutia Vinutie R (Ω) R av Ω R (Ω) UV Stator V W W U KL Rotor LM MK Meranie prevodu motora Prevod motora sa meria pri rozpojenom rotorovom vinutí. Meriame pri zníženom napätí (približne, 8U 1N ), aby sme sa vyhli oblasti nasýtenia. Namerané a vypočítané hodnoty zapisujeme do Tabuľky 2. Stredná hodnota napätí nameraných na statore U 1av U UV + U V W + U W U Stredná hodnota napätí nameraných na rotore U 2av U KL + U LM + U MK 2

Tabuľka 2: Tabuľka merania prevodu Vinutie U(V ) U av (V ) a UV V W Stator W U KL LM Rotor MK Prevod motora a U 1av U 2av Meranie asynchrónneho motora naprázdno Meraním v chode naprázdno zisťujeme, ako sa mení prúd naprázdno I 1, príkon naprázdno P a účinník naprázdno cos ϕ v závislosti od zmeny napájacieho napätia U 1. Z merania určíme prúd naprázdno I 1, účinník naprázdno cos ϕ, straty v železe P F e a mechanické straty P m pre nominálnu hodnotu napájacieho napätia U 1N. Asynchrónny motor v chode naprázdno je pripojený na symetrické trojfázové napätie a jeho hriadeľ je bez mechanického zaťaženia (M z ). Rotorové vinutie je na svorkovnici spojené nakrátko. Schéma zapojenia merania je uvedená na Obr.2 Napájacie napätie motora postupne zvyšujeme od hodnoty U 1, U 1N do U 1 1, 2U 1N. Meriame napätia, prúdy a výkony vo všetkých fázach. Namerané hodnoty zapisujeme do Tab.. Tabuľka : Tabuľka nameraných hodnôt U U (V) U V (V) U W (V) I U I V I W P U (W) P V (W) P W (W) Napätie naprázdno U U U + U V + U W

U W MA U V K L M Obr. 2: Schéma zapojenia Prúd naprázdno I I U + I V + I W Príkon naprázdno P P U + P V + P W Straty v medi P Cu R 1 I 2 Straty naprázdno P P P Cu Účinník naprázdno cos ϕ P U I Vypočítané hodnoty zapisujeme do Tab.4. Vypočítané hodnoty vynesieme do rastra na Obr.4. Typické tvary priebehov vypočítaných veličín naprázdno sú uvedené na Obr.. Straty naprázdno P sa delia na straty v železe P F e a straty mechanické P m. Mechanické straty sú s ohľadom na konštantnú rýchlosť rotora konštantné ( P m cst.). Straty v železe rastú s kvadrátom napätia ( P F e f(u 2 1 )). Na oddelenie strát v železe a mechanických použijeme kvadratickú extrapoláciu, tak ako je to znázornené na Obr.5. 4

Tabuľka 4: Tabuľka vypočítaných hodnôt U (V) I P (W) P Cu (W) P (W) cos ϕ (-) U 2 (V 2 ) cos P I P I P cos U N U Obr. : Priebehy veličín naprázdno Do rastra na Obr.6 vynesieme závislosť P f(u 2 ). Z extrapolovaného priebehu odčítame hodnoty strát v železe P F e pre rôzne hodnoty napätia U. Hodnoty zapíšeme do Tab.5 Z priebehov na Obr.4 a Obr.6 odčítame pre nominálnu hodnotu napätia U I cos ϕ P m P F e U (V) P F e (W) Tabuľka 5: Tabuľka odčítaných hodnôt 5

ΔP (W) 24 22 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 I cosϕ (-),6,5,4,,2,1 6, 5,5 5, 4,5 4,,5, 2,5 2, 1,5 1,,5 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 U (V) Obr. 4: Meranie naprázdno asynchrónneho motora 6

P P I P Fe cos U N U P m 2 2 U N U Obr. 5: Kvadratická extrapolácia strát naprázdno ΔP (W) 22 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 1 2 4 5 6.1 Obr. 6: Kvadratická extrapolácia strát naprázdno z nameraných veličín 2 2 U (V ) 7

Meranie asynchrónneho motora nakrátko Meraním motora v stave nakrátko zisťujeme prúd statora nakrátko I k, príkon motora nakrátko P k a účinník nakrátko cos ϕ k. Schéma zapojenia je rovnaká ako pri meraní motora vchode naprázdno (Obr.2), avšak rotor stroja je zabrzdený. Statorové vinutie napájame súmerným zníženým napätím tak, aby hodnota prúdu nakrátko neprekročila I k 1, 1I 1N. Pri meraní postupujeme od najvyššej hodnoty smerom nadol. Namerané hodnoty zapisujeme do Tab.6 Tabuľka 6: Tabuľka nameraných hodnôt U U (V) U V (V) U W (V) I U I V I W P U (W) P V (W) P W (W) Napätie nakrátko U k U U + U V + U W Prúd nakrátko I k I U + I V + I W Príkon nakrátko P k P U + P V + P W Účinník nakrátko cos ϕ k P k U k I k Vypočítané hodnoty zapisujeme do Tab.7 Na základe hodnôt z Tab.7 vynesieme priebehy vypočítaných veličín do rastra na Obr.8 ako funkciu prúdu nakrátko I k. Na Obr.7 sú znázornené tvary priebehov veličín nakrátko. Z priebehov na Obr.8 odčítame pre nominálnu hodnotu prúdu I k U k cos ϕ k P k 8

Tabuľka 7: Tabuľka vypočítaných hodnôt U k (V) I k P k (W) cos ϕ k (-) cos k P k U k U k P k cos k ' U k I N I k Obr. 7: Priebehy veličín merania nakrátko Z priebehu U k f(i k ) môžeme určiť nominálny skratový prúd, t.j. prúd, ktorý by tiekol statorovým vinutím pri napájaní nominálnym napätím. Priebeh napätia linearizujeme a určíme priesečník na osi U k. Prúd nakrátko pri nominálnom napätí určíme výpočtom I kn U N U k I U k U k 1N 9

k k k ΔP (W) cosϕ (-) 1 2 4 5 6 7 8 9 1 I U (V) 12 12,6 11 11 1 1 9 9 8 8 7 7,5 6 6 5 5 4 k Obr. 8: Meranie nakrátko asynchrónneho motora 4 2 2,4 1 1 1

Určenie parametrov náhradnej schémy Úplná náhradná schéma asynchrónneho motora s kotvou krúžkovou je na Obr.9. s Obr. 9: Náhradná schéma asynchrónneho stroja Výpočet parametrov náhradnej schémy urobíme za predpokladov s Rozptylové reaktancie statorových a rotorových vinutí sú približne rovnaké X 1σ X 2σ. V náhradnej schéme, k ktorá odpovedá stavu nakrátko zanedbáme R F e a X m, pretože ich hodnoty sú viacnásobne väčšie ako ohmické odpory a rozptylové reaktancie vinutí. k V náhradnej schéme, ktorá odpovedá chodu naprázdno pokladáme rotorový prúd I 2, pretože rýchlosť stroja sa len minimálne odlišuje od synchrónnej otáčavej rýchlosti - sklz je prakticky nulový. a) Výpočet parametrov z merania nakrátko k s k Obr. 1: Náhradná schéma asynchrónneho stroja nakrátko 11 s

Odpory vinutí R 1 R 2 R 2 a 2 R 2 s Celkový odpor v stave nakrátko R k R 1 + R 2 Z priebehu U k f(i k ) na Obr.8 odčítame pre hodnotu nominálneho statorového prúdu napätie nakrátko U k I N U k Impedancia nakrátko Z k U k I k Reaktancia nakrátko X k Zk 2 R2 k k Rozptylové reaktancie X 1σ X 2σ X k 2 b) Výpočet parametrov z merania naprázdno k s Obr. 11: Náhradná schéma asynchrónneho stroja naprázdno Z priebehov závislostí merania naprázdno sme odčítali hodnoty pre nominálne napätie I cos ϕ 12

P m P F e Impedancia naprázdno Z U N I Magnetizačný prúd I m I sin ϕ Magnetizačná reaktancia X m U N I m Pre straty v železe platí vzťah P F e R F e I 2 F e. Po úprave pre ekvivalentný odpor strát v železe platí: R F e U 2 i P F e U 2 N P F e 1

Zaťažovanie asynchrónneho motora Pri zaťažovaní má motor pracovať za rovnakých podmienok ako v prevádzke. Motor môžeme zaťažovať dynamometrom, brzdou alebo derivačným dynamom, ktoré pracuje do odporov. Zaťažujeme od najvyšších hodnôt smerom k najnižším, aby sa teplota stroja počas merania menila čo najmenej. Napätie pri zaťažovaní udržujeme na konštantnej hodnote. Asynchrónny motor budeme zaťažovať od hodnoty M p 1, 2M n smerom nadol. Aby sme sa vyhli prúdovému nárazu pri spúšťaní, pripojíme stroj na znížené napätie, ktoré postupne zvýšime na nominálnu hodnotu. Pri konštantnom nominálnom napätí U 1 U 1N meriame prúdy a príkon vo všetkých troch fázach motora, záťažový moment ako aj otáčky motora. Namerané hodnoty zapisujeme do Tab.8 Napájacie napätie 1 U 1N Tabuľka 8: Tabuľka nameraných hodnôt I U I V I W P U (W) P V (W) P W (W) M p (Nm) n (ot/min) Prúd motora Príkon I 1 I U + I V + I W P 1 P U + P V + P W Uhlová rýchlosť ω m 2πn 6 n 9, 55 Mechanický výkon motora P 2 Mω m 1 fázová hodnota napätia 14

Účinník Sklz cos ϕ P 1 U 1N I 1 s n s n n s Účinnosť η P 2 P 1 Vypočítané hodnoty zapisujeme do Tab.9 Tabuľka 9: Tabuľka vypočítaných hodnôt I 1 P 1 (W) ω m (rad/s) P 2 (W) cos ϕ (-) s (-) η (-) Priebehy vypočítaných hodnôt vynesieme graficky do rastra na Obr.1. 15

P 1 (kw) 5 4 2 1 I 1 cosϕ s η (-) (-) (-) 1, 1, 1,,9,9,9,8,8,8,7,7,7,6,6,6,5,5,5,4,4,4,,,,2,2,2,1 11 1,1,1 9 8 7 6 5 4 2 1 1 2 4 5 P (kw) 2 Obr. 12: Meranie záťažových charakteristík motora 16

Meranie momentovej charakteristiky pri zníženom napätí Schéma zapojenia zostáva rovnaká ako pri záťažovej skúške. Napájacie napätie nastavíme na hodnotu U 1 U N /2. Pri meraní odčítavame moment a otáčky. Súčasne sledujeme, aby prúdy v jednotlivých fázach neboli väčšie ako 1, 5I 1N. Tým istým spôsobom odmeriame aj druhú statickú charakteristiku pri napätí U 1 U N /. Namerané hodnoty zapisujeme do Tab.1 a Tab.11. Tabuľka 1: Tabuľka nameraných hodnôt M (Nm) n (ot/min) s ( ) U 1 (V ) Tabuľka 11: Tabuľka nameraných hodnôt M (Nm) n (ot/min) s ( ) U 1 (V ) 17

M (Nm) 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 1,,9,8,7,6,5,4,,2,1 s (-) 15 45 6 75 9 15 12 15 15 n (ot/min) Obr. 1: Namerané momentové charakteristiky pri zníženom napätí 18

Výpočet momentovej charakteristiky pri zmene napätia Z parametrov náhradnej schémy nakrátko môžeme vypočítať momentovú charakteristiku asynchrónneho motora M f(s) pri nominálnom, polovičnom a tretinovom napätí. Moment asynchrónneho motora M ω s R 2 s Synchrónna rýchlosť ω s 2πf p U 2 1 (R 1 + R 2 s ) 2 + X 2 k Vypočítané hodnoty momentu zapisujeme do Tab.12. Tabuľka 12: Tabuľka vypočítaných hodnôt AM M (Nm) U 1 U n V U 1 U n /2 V U 1 U n / V s ( ), 1, 2,, 4, 5, 6, 7, 8, 9 1, Vypočítané hodnoty momentových charakteristík vynesieme graficky do rastra na Obr.14. 19

M (Nm) 7 6 5 4 2 1 1,,9,8,7,6,5,4,,2,1 s (-) 15 45 6 75 9 15 12 15 15 n (ot/min) Obr. 14: Vypočítané momentové charakteristiky 2

Technická univerzita v Košiciach Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra elektrotechniky a mechatroniky Meranie na jednosmernom motore Meno a priezvisko:

Úvod Vo všeobecnosti vlastnosti všetkých jednosmerných motorov sú popísané ich charakteristikami. Parametrom je tvrdé sieťové napätie U a cst. Spravidla meriame charakteristiky pri nominálnom napätí U U an cst. Najčastejšie používané charakteristiky jednosmerných strojov: Mechanická charakteristika ω m f(m) pri U a, I b cst. Momentová charakteristika M f(i a ) pri U a, I b cst. Rýchlostná charakteristika ω m f(i a ) pri U a, I b cst. Regulačná charakteristika I b f(i a ) pri U a, ω m cst. 2 Zaťažovanie motora s cudzím budením - prirodzená charakteristika Meranie urobíme na motore so štítkovými údajmi : P N n N U an I an U bn I bn Motor spojený s dynamometrom zapojíme podľa schémy na Obr.1. Obr. 1 Obr. 1: Zaťažovanie motora s cudzím budením m 2 Regulačná charakteristika nemá zmysel pre sériový motor 1 M

Pri zníženom napätí skontrolujeme zhodnosť zmyslu otáčania dynamometra G a meraného motora M. Dynamometrom roztočíme sústavu na nominálnu mechanickú uhlovú rýchlosť ω N meraného motora. Budením nastavíme napätie na kotve motora na hodnotu napätia zdroja, na ktorú budeme motor pripájať (napätia musia mať rovnakú polaritu). Tým vylúčime prúdový náraz pri zapnutí. Počas merania udržujeme budiaci prúd motora a napätie kotvy na konštantnej hodnote. Meraný motor zaťažíme dynamometrom asi na M p 1, 2M N. Zaťažovací moment znižujeme približne po, 2M N až do nuly. Pri každej hodnote momentu odčítame prúd kotvy I a a otáčky n. Namerané hodnoty zapisujeme do Tab.1. Rýchlostná charakteristika nameraná pri U an a I bn sa nazýva prirodzená charakteristika motora. Tabuľka 1: Tabuľka nameraných a vypočítaných hodnôt n (1/min) I a U an (V ) I bn M ω m M P 1 (kpm) (1/s) (Nm) (W) P 2 (W) η (-) Mechanická uhlová rýchlosť ω m 2πn 6 n 9, 55 Moment motora M(Nm) 9, 81M(kpm) Príkon motora P 1 U a I a + U bn I bn Mechanický výkon Účinnosť P 2 Mω m η P 2 P 1 Vypočítané hodnoty zapisujeme do tabuľky 1. Priebehy momentovej a rýchlostnej charakteristiky sú uvedené na Obr.2a a Obr.2b. Priebeh prirodzenej rýchlostnej charakteristiky vynesieme graficky do rastra na Obr.. 2

Obr. 1 m M M N M I AN I A a) Rýchlostná charakteristika Obr. 2 b) Momentová charakteristika Obr. 2: Prirodzené charakteristiky cudzobudeného motora M (Nm) 16 m U N 15 14 U 1 U 1 <U N 1 12 11 1 I AN I A 9 Obr. 8 7 m 6 Φ 1 5 4 Φ N Φ 1 <Φ N 2 1 I AN I A 1 2 4 5 6 7 8 9 1 11 12 1 Obr. 4 I a Obr. : Momentová charakteristika cudzobudeného motora

Zaťažovanie motora s cudzím budením pri zníženom napätí Schéma zapojenia zostáva tak ako je to na Obr.1. Počas merania sú budiaci prúd I b motora a napätie kotvy U a konštantné. Pri zníženom napätí meraný motor zaťažíme dynamometrom asi na 1, 2M N. Zaťažovací moment znižujeme približne po, 2M N až do nuly. Pri každej hodnote momentu odčítame prúd kotvy I a a zmeriame otáčky motora n. Meranie urobíme pre U a 2/U an a U a 1/U an. Namerané hodnoty zapisujeme do Tab.2 a Tab.. Priebehy rýchlostných charakteristík pri zníženom napätí vynesieme graficky do rastra na Obr.6. Tabuľka 2: Meranie pri zníženom napájacom napätí n (1/min) ω m (1/s) I a M (kpm) M (Nm) U a (V ) I b Tabuľka : Meranie pri zníženom napájacom napätí n (1/min) ω m (1/s) I a M (kpm) M (Nm) U a (V ) I b Na Obr.4 je uvedený priebeh rýchlostnej charakteristiky pri zníženom napätí vo vzťahu k prirodzenej charakteristike motora. Priebehy rýchlostných charakteristík nameraných pri zníženom napätí vynesieme graficky do rastra na Obr.6. 4

M N M I AN I A Obr. 2 m U N U 1 U 1 <U N I AN I A Obr. 4: Rýchlostná charakteristika pri zníženom napätí Obr. m Zaťažovanie motora s cudzím budením pri zníženom budení Φ 1 Meranie urobíme na motore pri nominálnom napájacom Φ 1 <Φ napätí N U an a zníženom budiacom prúde I b < I bn. Schéma zapojenia taká istá, ako je uvedená na Obr.1. Počas každého merania sú budiaci prúd motora I b a napätie kotvy U a U an udržujú konštantné. Pri zníženom budiacom prúde meraný motor zaťažíme asi na hodnotu 1, 2M N. Zaťažovací moment znižujeme približne po, 2M N až do nuly. Pri každej hodnote momentu odčítame prúd kotvy I a ako Iaj AN otáčky motora I A n. Zmeriame dva priebehy rýchlostných charakteristík. Pri budiacom prúde I b, 8I bn a I b, 6I bn. Hodnoty nameraných veličín zapisujeme do Tab.4 a Tab.5. Obr. 4 Φ N Tabuľka 4: Meranie pri zníženom budení n (1/min) ω m (1/s) I a M (kpm) M (Nm) U a (V ) I b Na Obr.4 je uvedený priebeh rýchlostnej charakteristiky pri zníženom budení vo vzťahu k prirodzenej charakteristike motora. Priebehy rýchlostných charakteristík nameraných pri zníženom napätí vynesieme graficky do rastra na Obr.6. 5

Obr. 1 m M Tabuľka 5: Meranie pri zníženom budení n (1/min) ω m (1/s) I a M (kpm) M (Nm) U a (V ) I b M N m M Obr. 2 U N I AN I A U 1 U 1 <U N I AN I A Obr. m Φ 1 Φ N Φ 1 <Φ N I AN I A Obr. 5: Rýchlostná charakteristika pri zníženom budení Obr. 4 6

ωm (1/s) 24 22 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 1 2 4 5 6 7 8 9 1 11 12 1 14 15 I a Obr. 6: Namerané rýchlostné charakteristiky 7