Универзитет у Крагујевцу
Факултет техничких наука Чачак
Студентски рад из предмета:
ИСПИТИВАЊЕ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИНА
Тема :
СТЕПЕН ИСКОРИШЋЕЊА АСИНХРОНОГ МОТОРА
Студент:
Наставник:
Слађан Угреновић 274/2014
Проф. Др Мирослав Бјекић
Асистент:
Милош Божић, дипл.инж.ел.
Чачак, јун 2017
Степен искоришћења асинхроног мотора
Слађан Угреновић 274/2014
Губици у бакру
јављају се у намотајима на статору и ротору услед протицања струје
кроз намотаје , ослобођена топлота утиче на повећање отпорности бакра који има позитиван
температурни коефицијент , па долази до повећања губитака.
Разне методе за мерење и добијање степена искоришћења генератора и мотора долазе
у ред мерења енергетских стања машине.Овим мерењима могу се измерити или израчунати и
остале карактеристике као на пример момента, брзине, корисне и уложене снаге.Међутим
саме методе се могу поделити у три врсте и то:
директне методе
индиректне методе
опозиционе методе
1.1.1 Д
ИРЕКТНА
МЕТОДА
Код директне методе се посебно мере уложена и корисна снага и на основу њих се
рачуна степен искоришћења.Мерења уложене и корисне снаге је потребно урадити са истом
тачношћу, да би добијени резултати били што тачнији.Приликом огледа потребно је машину
потпуно оптеретити, односно довести је у радно стање које ће имати у погону.
Слика 1:
Принцип директне методе
На слици је приказана општа поставка која важи за мотор, за генератор би уместо
кочнице користили други погонски мотор.Циљ је да се одреди механичка снага на вратилу
мотора мерачем момента и брзине на следећи начин:
Па је степен искоришћења одређен следећим изразом:
3
Степен искоришћења асинхроног мотора
Слађан Угреновић 274/2014
Један проблем који се јавља применом директне методе је мерење механичке снаге на
излазу мотора или улазу генератора.Механичка снага је функција момента и брзине обртања
мотора, а недостаци директне методе су следећи:
велика потрошња енергије приликом испитивања (напајање кочнице у случају
мотора, напајање мотора у случају генератора)
одређена грешка при израчунавању степена искоришћења (грешка инструмената
за мерење електричне снаге, момента,брзине)
потребно је обезбедити опрему за номинално оптерећење мотора (кочница), или
погонски мотор у случају генератора
Директна метода поред свих недостатака и грешака остаје једина метода која се може
применити за тачније одређивање степена искоришћења машина мале снаге, зато што је у
овом случају урачуната само грешка мерних инструмената.
1.1.2 И
НДИРЕКТНА
МЕТОДА
Индиректна метода
подразумева испитивање степена искоришћења мерењем укупне
утрошене снаге на улазу мотора, или мерењем укупне утрошене механичке снаге на вратилу
генератора.Одузимањем појединачних губитака на основу еквивалентне шеме машине
долазимо до корисне снаге, а самим тим и до степена искоришћења.Пример одређивања
губитака индиректном методом на примеру асинхроног мотора је приказан на следећој
слици:
Слика 2:
Еквивалентна шема асинхроног мотора
Еквивалентна шема АМ се добија у огледу кратког споја и празног хода. На слици је
представљена улазна снага
по фази статора. Губици у статору су представљени преко
4
Степен искоришћења асинхроног мотора
Слађан Угреновић 274/2014
Слика 3:
Принцип упрошћене опозиционе методе за генератор
На претходној слици је приказан општи модел опозиционе методе по којој се врши
одређивање степена искоришћења генератора или мотора.За случај мотора потребно је имати
елемент за оптерећење (кочницу).У овом примеру је потребно да мотор и генератор имају
идентичне карактеристике како би и губици били индетични.У наставку је приказан начин
за израчунавање степена искоришћења генератора приказаног на предходној слици:
Укупна уложена снага:
Корисна снага генератора:
Због идентичности машина механички губици услед обртања су једнаки:
Па је степен искоришћења генератора једнак:
6
Степен искоришћења асинхроног мотора
Слађан Угреновић 274/2014
Слика 4:
Принцип уптошћене опозиционе методе за мотор
У следећем примеру биће приказан начин израчунавања степена искоришћења
мотора:
Укупна уложена снага:
Корисна снага генератора:
Због идентичности машина механички губици услед обртања су једнаки:
Па је степен искоришћења мотора једнак:
7
Степен искоришћења асинхроног мотора
Слађан Угреновић 274/2014
2.2 С
ПЕЦИФИКАЦИЈА
ОПРЕМЕ
И
ПРИБОРА
ЗА
ВЕЖБУ
Слика 5:
Приказ опреме
б
Назив опреме
Спецификација
1
.
Електромагнетна кочница
Конструкција
1. Електромагнети
2. Феромагнетни диск
3. Прикључци навојака електомагнета
4. Држач кочнице
Принцип рада:
Принцип електромагнетне индукције
Спецификација:
Струјни ниво:0-5A Напонски ниво: 0-30V
1
2
.
Асинхрони мотор
U
n
[V] Δ/Y
220/380
I
n
[A] Δ/Υ
6/3.5
cos
φ
0.7
9
Степен искоришћења асинхроног мотора
Слађан Угреновић 274/2014
f
[Hz]
50
P
n
[kW]
1.1
n
[min-
1
]
920
3
.
Мерач брзине и момента T20WN
Опсег момента
мерење брзине до
,
максимална брзина
,
Опсег излазног сигнала:
Момент
Брзина
4
.
Спојна кутија HBM VK20A
St3
1
Напајање 14...30V
Улаз
St4
2
Маса 0V
Улаз
3
Маса 0V
Излаз
6
Момент 10V
Излаз
St5
1
Брзина 0
Излаз
4
Брзина 5 V
Излаз
5
Брзина -5 V
Излаз
6
Брзина -5 V фазно померен
Излаз
St6
Брзина 5 V фазно померен
Излаз
5
.
Фреквентни претварач ATV31
Привидна снага
4.2 кVA
Полазна струја
10 А
10
Степен искоришћења асинхроног мотора
Слађан Угреновић 274/2014
8.
Аквизициона картица NI9227
Карактеристике
Број канала
4
Резолуција
24 bits
Фреквенција
12.8 MHz
Струја
5 Аrms
Број семплова
50 KS/s
Напонска заштита
450 V DC
9.
Напајање DC
Волтметар
10.
Амперметар
Аутотрансформатор
12
6.
Аквизициона картица NI9215
0
AI 0+
1
AI 0 -
2
AI 1+
3
AI 1 -
4
AI 2+
5
AI 2 -
6
AI 3+
7
AI 3 -
8
Не повезује се
9
Маса
7.
Аквизициона картица NI9225
Карактеристике
Број канала
3
Резолуција
24 bits
Фреквенција
12.8 MHz
Напон
300 Vrms
Број семплова
50 KS/s
Напонска заштита
450 V DC
Степен искоришћења асинхроног мотора
Слађан Угреновић 274/2014
13
Степен искоришћења асинхроног мотора
Слађан Угреновић 274/2014
2.3.1.1 К
ОРАЦИ
ЗА
ИЗВОЂЕЊЕ
ВЕЖБЕ
1. Повезати елементе према задатој шеми
2. Позвати асистента ради контроле
3. Стартовати програмски пакет LabView за одређивање степена искоришћења
4. Поставити напон на вредност 50V
5. Покренути програм и укључити напајање кочнице
6. Подешавањем потенциоментра на напајању мотор оптеретити и пратити крву степена
искоришћења као и механичку карактеристику мотора
7. Пратити промену струје статора која није пожељна да буде изнад
I
n
[A] Δ/Υ 6/3.5
8. Поступак поновити за напоне од 100V,150V,200V
9. Након постизања радне температуре поновити мерење за исте напоне и уочити разлику у
односу на предходно мерење
2.3.2 Е
ЛЕКТРИЧНА
ШЕМА
СА
ФРЕКВЕНТНИМ
ПРЕТВАРАЧЕМ
15
Степен искоришћења асинхроног мотора
Слађан Угреновић 274/2014
2.3.2.1 К
ОРАЦИ
ЗА
ИЗВОЂЕЊЕ
ВЕЖБЕ
1. Повезати елементе према задатој шеми
2. Позвати асистента ради контроле
3. Стартовати програмски пакет LabView за одређивање степена искоришћења
4. Уместо аутотрансформатора убацити фреквентни претварач
5. Подешавањем потенциометра фреквентног претварача мењати фреквенцију коју ће
претварач прилагођавати напону тако да однос
6. Покренути програм и укључити напајање кочнице
7. Подешавањем потенциоментра на напајању мотор оптеретити и пратити крву степена
искоришћења као и механичку карактеристику мотора
8. Поступак поновити за различите вредности фреквенције нпр. 50 Hz,40 Hz,30 Hz,20Hz
9. У следећем делу мењати фреквенцију претварача која одговара напонима од
50V,100V,150V,200V нпр.
,
,
10. Добијене карактеристике упоредити са оним помоћу аутотрансформатора
11. Након постизања радне температуре поновити мерење и уочити разлику у односу на
предходно мерење
Слика 7:
Начин повезивања фреквентног претварача са АМ
16
Степен искоришћења асинхроног мотора
Слађан Угреновић 274/2014
кориснички интерфејс у виду коришћеног блок програма помоћу којег је остварена обрада
података добијених аквизицијом и њихово приказивање у жељеном облику.
Слика 8:
Изглед коришћеног LabView програма
У овом делу, биће дата објашњења функционисања одређених блокова који су овде
искоришћени, као и комплетан процес обраде података у циљу њиховог приказивања.
Блок
DAQ Assistant
прихвата аналогне сигнале фазног напона и струје, напон са мерача
момента и брзине.Програмски пакет има додатак који прихвата фазне напоне и струје рачуна
њихову ефективну вредност, као и средњу снагу интеграљењем на интервалу периоде
тренутне снаге.На следећој слици је приказан изглед функција које рачунају ефективну
вредност напона и струје.
Слика 9:
Ефективна вредност напона и струје
На следећој слици је приказан блок за раздвајање сигнала одакле напони и струје одлазе
у блок за рачунање снаге, али посебно за све три фазе.Након овог блока преко индекса низа
снаге се раздвајају, посебно приказују и сабирају у укупну снагу трофазног система.
Слика 10:
Рачунање укупне снаге трофазног система
18
Степен искоришћења асинхроног мотора
Слађан Угреновић 274/2014
На следећој слици је призан начин одређивања брзине обртања на основу мерења
фреквенције импулса са енкодера, као и момента који се скалира, рачуна се његова средња
вредност за произвољан број чланова низа и доводи се на X улаз блока за цртање графика
механичке карактеристике.Брзина обртања се доводи на Y улаз чиме је комлетиран блок за
цртање механичке карактеристике, а њихове вредности се памте у жељеном
формату.Механичка снага се рачуна по обрасцу:
Слика 11:
Чување података и приказ графика
На следећој слици је приказан однос механичке и укупне снаге који представља степен
искоришћења.Овај однос се приказује на Y оси графика, а на X оси је приказана корисна
механичка снага са којом оптерећујемо мотор.
Слика 12:
Чување података и приказ графика
19
Степен искоришћења асинхроног мотора
Слађан Угреновић 274/2014
12. Брзина обртања
Са предходне слике се види да је механичка карактеристика у линеарном делу и да је
потребно мотор оптеретити више да би дошли до превалног момента.У предходном случају
механичка карактеристика се налази у стабилном режиму рада тј. мотор може да се одупре
оптерећењу и покушава да га врати у стабилан режим рада.
На следећој слици могу се видети остале механичке карактеристике за различите
вредности напона од кога зависи максимални (превални) момент.
Слика 14:
Механичке карактеристике за различиту вредност напона
Слика 15:
Механичке карактеристике за различиту вредност напона
21
Степен искоришћења асинхроног мотора
Слађан Угреновић 274/2014
На претходној слици су приказане карактеристике момента како би оне требало стварно
да изгледају, треба да се види превални момент.По правилу обично се оса момента оставља
да је позитивна, али у апликацији је оса остављена у негативном делу.Претходне две слике
треба да покажу:
1. Моментне карактеристике нису тако идеалне какве су приказане у књизи
2. Брзина обртања би требала да буде иста за све вредости напона (теоријски), али у
пракси због приближно истих механичких губитака а мањег момента за
различите вредности напона долази до пада брзине
3. Максимални момент зависи од напона напајања
4. Карактеристикама са слике 14 недостаје превални момент , па је потребно је
мотор оптеретити више, али оваквим какрактеристикама одговарају криве
степена искоришћења приказане на следећој слици
Слика 16:
Карактеристике степена искоришћења за различите вредности напона
На предходној слици су приказане криве степена искоришћења за различите вредности
напона.Асихрони мотор неоптерећен вуче велику струју иако она није потребна, па се
јављају велики губици на отпорности статора.Када се узме у обзир корисна механичка снага
која је у том тренутку мала, јер је мотор неоптерећен, а утрошена снага велика показује се да
је степен искоришћења мали.Како напон расте, већа струја,већи губици у статору и све мањи
и мањи степен искоришћења.Како напон опада мањи момент, мања способност мотора да се
одупре оптерећењу , мотор не може да развије довољну механичку снагу да покрене
22
Степен искоришћења асинхроног мотора
Слађан Угреновић 274/2014
Слика 18:
Карактеристике степена искоришћења за различите вредности фреквенције
На следећој слици су приказане механичке карактеристике, које одговарају датим
карактеристикама степена искоришћења (према боји).Механичке карактеристике се
разликују за различиту вредност фреквенције.Мотор напајан фреквентним претварачем је
теже укочити јер он развија максимални момент мотора и при различитим брзинама, што са
аутотрансформатором и класичном променом напона није случај.
Слика 19: Механичке карактеристике за различиту вредност фреквенције
24
Степен искоришћења асинхроног мотора
Слађан Угреновић 274/2014
2.5 П
ОРЕЂЕЊЕ
КАРАКТЕРИСТИКА
Карактеристике са аутотрансформатором су снимљене под фреквенцијом од 50Hz, док
карактеристике уз помоћ фреквентног претварача су снимљене под истим напоном али
различитом фреквенцијом која ће тај напон проузроковати, а све у циљу побољшања
моментне карактеристике.
На следећој слици су приказане карактеристике степена искоришћења за различите
напоне напајања уз помоћ претварача.Основна разлика у односу на аутотрансформатор је у
томе што претварач одржава висок степен искоришћења у ширем опсегу
оптерећења.Суштина је у способности мотора да се одупре оптерећењу.
Слика 20:
Степен искоришћења за напоне 200V,150V,100V (одозго на доле)
Слика 21:
Степен искоришћења за напоне 200V,150V,100V (одозго на доле)
25
Степен искоришћења асинхроног мотора
Слађан Угреновић 274/2014
3
З
АКЉУЧАК
Лабораторијска вежба “Степен искоришћења асинхроног мотора” састоји се из четири
дела:
1. У првом делу дате су теоријске основе, као и преглед познатих метода за
одређивање степена искоришћења
2. У другом дат је преглед опреме ,спрецификације и начин на који је потребно
повезати елементе кола.
3. У трећем делу дат је преглед свих потребних активности за успешно извођење
вежбе
4. У четвртом делу приказан је начин за снимање карактеристика у програмском
пакету LabView , обрада резултата и цртање графика у програмском пакету
МаtLab
На основу података добијених мерењем степена искоришћења може се рећи:
Ако степен искоришћења расте са оптерећењем , а има највећу вредност при
номиналном оптерећењу онда се може уочити да је мотор добро пројектован у односу на
губитке који се у њему јављају.
Прегледом карактеристика степена искоришћења може се уочити да је мотор добро
пројектован у односу на губитке.
У овој лабораторијској вежби је примењена директна метода мерења степена
искоришћења, па би у наредном периоду требало применити неку од других метода.
Требало би упоредити индиректну методу одвојених губитака са директом медодом и
објаснити разлику тачности између њих.
На примеру индиректне методе пожељно је показати промену отпорности са повећањем
температуре и разлику тачности у односу на директну.
27
