Karlstads universitet Tel 202 Elkraftteknik och kraftelektronik Bilaga 3 Avd. för elektroteknik Asynkronmotorn 1(12) Asynkronmotorn

Transkript

1 Karltad univeritet Tel 0 Elraftteni och rafteletroni Bilaga Avd. för eletroteni Aynronmotorn 1(1) Aynronmotorn Namn: Godänd laboration: Syfte Du all underöa egenaperna ho en trefa aynronmotor. Underöningen gör med hjälp av provbänen Scan Drive Sytem från Terco AB. Förberedeleuppgift: Lä om aynronmotorn i boen Alfredon: Elraft id Ta dig tid att förtå innehållet. Lä igenom hela lab PM. Utrutning Terco ScanDrive tetbän Multimeter Ocilloop Bagrund och teori Växeltrömmainer an dela in i ynron-, aynron- och ommutatormainer. Den indutriellt met använda växeltrömmainen är aynronmotorn. Det är den vi all underöa närmare. En aynronmotorn är i regel trefaig. I tatorn finn tre falindningar om är nedänta i pår i en cylinderformad järnärna. 1 Spåren löper parallellt med rotoraxeln. Början och lutet på en lindning ligger mitt emot varandra på var in ida om rotorn (e fig 1, b = början, = lut). De tre falindningarna är utplacerade ymmetrit å att början på den förta lindningen (I b) ligger 10 före början på den andra lindningen (II b) o v. När lindningarna anlut till var in av det matande trefanätet huvud- eller fapänningar, ommer tre lia tora växeltrömmar att flyta i dem. Varje lindning altrar då ett magnetfält med en fat ritning men med en fälttyra om varierar inuformat med tiden. På grund av lindningarna placering i tatorn ommer vineln mellan magnetfälten ritningar att vara 10. Liom de matande pänningarna är trömmarna och därmed ocå magnetfälten faförjutna 10 i tiden. I det följande avnittet all vi via att det reulterande magnetfältet i tatorn får ontant fälttyra (belopp) och roterar med ett varvtal om motvarar nätfrevenen. Fig 1 Trefalindningen principiella placering Fig Ström och flöde i tre olia ögonblic... 1 I verligheten an varje fa motvara av flera lindningar eller härvor om är förlagda i ymmetrit fördelade pår. För att lättar förtå hur motorn fungerar täner vi o här att varje falinding bara betår av en härva.

2 Karltad univeritet Tel 0 Elraftteni och rafteletroni Bilaga Avd. för eletroteni Aynronmotorn (1) Fig viar trömfördelningen i tatorlindingarna vid tre godtycligt valda tidpunter, t 1, t och t. Det reulterande magnetflödet r utgör vetorumman av delflödena från de tre falindingarna. Fig viar delflödena torle och ritning i ett fat (alltå ice roterande) oordinatytem. Om delflödena omponanter i x- rep y-led ummera erhålle: x = co 0 co 0 y = 1 co 60 co 60 r = x + y Efterom delflödena är inuformade och faförjutna 10 i tiden gäller: = ˆ inω t = ˆ in( ω t 10 ) = ˆ in( ω t 40 ) 1 Fig Viardiagram över de magnetia delflödena från de tre falindingarna Om man ätter in dea uttryc i uttrycen för x och y och förenlar erhålle: ˆ x coω t =, ˆ y = inω t och därmed = ˆ r Det roterande flödet har alltå ontant amplitud. De vinel i förhållande till x-axeln få ur ˆ inωt tanα = α = - ωt ˆ coωt Det reulterande flödet vinelhatighet blir dα = ω dt dv medur rotationritning. Om en tvåpolig magnet placera på en axel inuti tatorn ommer denna S-pol att följa flödet N-pol och rotera med amma hatighet om flödet, det ynrona varvtalet. Vi har fått en tvåpolig ynronmotor, efterom magneten (och flödet) har två poler. Trefamainen an utföra med ett godtycligt antal poler (doc alltid lia många N- och S-poler). Generellt gäller att f p f = p = = n n = nätfrevenen antalet poler (,4,6,8 ov) ynrona varvtalet (r / )

3 Karltad univeritet Tel 0 Elraftteni och rafteletroni Bilaga Avd. för eletroteni Aynronmotorn (1) Tabell 1 Synrona varvtalet vid olia poltal N vid 50 Hz N vid 60 Hz p r/ r/min r/ r/min ,0 5,0 16,7 1,5 10,0 8, 5,56 4,17,78, ,0 0,0 0,0 15,0 1,0 10,0 6,67 5,00,, En obelatad förlutfri aynronmotor ulle rotera med det ynrona varvtalet, om enbart betäm av anlutningpänningen freven. Så nart motorn belata juner varvtalet å mycet att indutionen ger ett vridande moment lia tort om det bromande. Man äger att motorn går aynront eller med en vi efterläpning. Aynronmotorn an utföra med ortluten eller läpringad rotor. Kontrutionillnaden är att den läpringade har en trefaigt lindad rotor. Denna är via läpringar åtomlig i motorn opplingbox. Den ortlutna motorn helgjutna rotorlindning är oåtomlig för eletria mätningar. ScanDrive-motorn om vi all använda är läpringad. Driftegenaper Synront varvtal n f n = p f = Matningpänningen freven p = Motorn poltal Efterläpningen n n = n n = Synrona varvtalet n = Rotorn, dv motorn verliga

4 Karltad univeritet Tel 0 Elraftteni och rafteletroni Bilaga Avd. för eletroteni Aynronmotorn 4(1) Fig 4 En typi momenturva för ortluten aynronmotor, M = f(n). Momenturvan an beriva med hjälp av följande amband (e även Alfredon. 188) Moment M = M max + Maxmoment M max = m U1 X = Nätpänningen(motorn matningpänning) U X m 1 = Mainontant = Det värde på om ger M / = 0 = Matningpänningen = Rotorlindningen reatan vid motorn märfreven (vanligen nätfrevenen). Motorn ger maximalt moment då efterläpningen =. Det är förhållandet mellan rotor-reitanen R och rotorreatanen X om betämmer. = ± R X Maxmomentet M max an äga vara ett mått på motorn överbelatningförmåga och all enligt normerna vara mint 160 % av märmomentet, M n. Förluter De förluter om upptår i en aynronmain är tomgång- och belatningförluter. Tomgångförluterna betår av järnförluter i tatorn, fritionförluter och reitiva förluter i tatorlindningen på grund av denna reitan. Järn och fritionförluterna an betämma ur P Fe+ fr = P0 R I 0 tator P 0 = förbruad effet vid tomgång. P0 betäm genom mätningar vid obelatad motor. Rotorförluterna är då förumbara I 0 = tatortröm vid tomgång R 1 = tatorlindningen reitan om betäm genom reitanmätning

5 Karltad univeritet Tel 0 Elraftteni och rafteletroni Bilaga Avd. för eletroteni Aynronmotorn 5(1) Aynronmotorn förluter betäm enlat genom mätningar. Belatningförluterna betäm enlat genom belatningprov där tillförd effet P 1 och angiven effet P betäm. Belatningförluterna P b få ur P b = P f P Fe+fr där P f = P 1 P Med hjälp av ett ortlutningprov an mainen ortlutningimpedan betämma. Med hjälp av reultaten an beräningar göra av motorn tarttröm och tartmoment. P 1 = tillförd effet P = angiven effet P 1 = luftgapeffet P f tator =reitiva och järnförluter P f rotor =reitiva förluter P fr = fritionförluter Fig 5 Förluter i en aynronmotor För luftgapeffeten P 1, dv den effet om överför från tator till rotor med det roterande flödet gäller P P1 = π n M = 1 Motorn angivna effet, axeleffeten är P = π n M Om fritionförluterna förumma är förluterna i rotorreten Pfrotor = P1 P = π M ( n n) = π M n = P 1 Är belatningmomentet ontant och P f rotor öa, måte öa, dv motorn varvtal mina.

6 Karltad univeritet Tel 0 Elraftteni och rafteletroni Bilaga Avd. för eletroteni Aynronmotorn 6(1) Uppgift 1 Omättningen På en läpringad aynronmotor an rotorn lämna öppen. Om rotorn lämna öppen, an det inte flyta någon tröm i rotorlindningarna och man an då inte få den att rotera. Mainen an lina vid en tranformator i tomgång, tatorn blir primärida och rotorn eundärida. Omättningen = U tator / U rotor. Huvudpänningen U h = pänningen mellan faerna = U 1-. Fig 6 Kopplingchema för mätning av omättningen. Koppla upp enligt fig 6. Anlut trömförörjningenan till motvarande uttag på trömförörjningenheten. Mät med hjälp av mätenheten MA huvudpänningen på rotoridan (RMS) vid tatorpänningen 100, 10, 160 och 199 V. Vid de högre pänningarna ommer motorn brumma. Detta är helt normalt! Antecna mätreultaten i tabell. Tabell Värden vid omättningmätning U h (V) U R1-R (V) Omättning

7 Karltad univeritet Tel 0 Elraftteni och rafteletroni Bilaga Avd. för eletroteni Aynronmotorn 7(1) Uppgift Reitanmätning Med hjälp av 40 V-vridtranformatorn, de liritare (DR) amt mätenheten MA betäm reitanen i tator repetive rotorlindningen. Fig 7 Kopplingchema för reitanmätning. Mät upp pänningen över tatorn och rotorn och för in värdena i tabell. Strömmen all vara,5 A. För att få bättre noggrannhet använd multimeter där mätenheten MA mäter. Tabell - Reitanmätning Uttag UU R m =U/I S1 S S S S S1 R1 R R R R R1

8 Karltad univeritet Tel 0 Elraftteni och rafteletroni Bilaga Avd. för eletroteni Aynronmotorn 8(1) Uppgift Kortlutningprov Fig 8 Kopplingchema för belatningprov. Koppla upp enligt fig 8. Anlut vridtranformatorn primärida (VV) till Scan Drive trefanät. Koppla mätytemet på tatoridan MS för mätning av fapänningarna. Rotorn all rotera mycet långamt vid denna mätning. Då utjämna de variationer i impedanen om an upptå på grund av lindningpåren. Hjälp till genom att broma rotorn med handen. Alternativt an ni låa fat motorn helt. Mät upp och för in värdena i tabell 4. Obervera att Rotormätytemet MR mäter liritat medelvärde. Avlät trömvärde multiplicera med 1.11 och antecna därefter om I R i tabellen. OBS!! Behåll opplingen till näta uppgift

9 Karltad univeritet Tel 0 Elraftteni och rafteletroni Bilaga Avd. för eletroteni Aynronmotorn 9(1) Tabell 4 Mätvärden för ortlutningprovet. Stator Rotor Beränat.I SK (A) U (V) P (W) Co ϕ I R (A) Z (Ω) = I R / U 1,5,0,5,0,5 4,0 4,5 U = trefanätet fapänning I = huvudtrömmen till mainen P = total tillförd ativ effetförbruning Z = U / I S Uppgift 4 Belatningprov Ju varmare motorn blir deto ämre värden får man i denna uppgift. Därför är det bra att organiera gruppen å att alla mätvärden an läa av nabbt och midigt. För att belata aynronmotorn använd en eparatmagnetierad litrömmain. Använd amma oppling om vid ortlutningprovet, men lägg till nedantående del. Koppla tatorn via vridtrafon VV och täll in fapänningen 10 V. Fig 9 Kopplingchema för belatningprovet

10 Karltad univeritet Tel 0 Elraftteni och rafteletroni Bilaga Avd. för eletroteni Aynronmotorn 10(1) Ställ in R 1 för minta belatning I min, dv max reitan = 100 Ω. Spänningätt opplingen å att aynronmotorn tartar. Ta fram de önade värdena på tatortömmen, I, genom att reglera belatningen på aynronmotorn. Detta gör i förta hand genom att öa litrömmainen magnetieringtröm, I F. När intällningratten på VV1 pear mot locan 4, måte belatningen reglera genom att R 1 mina. Statorpänningen all vara ontant 10V. Tabell 5 Mätvärden vid belatningprovet. Uppmätt. P f =P 1 P Beränat I (A). P 1 (W) Co ϕ 1 n (rpm) M (Nm) P (W) P f (W) P /P 1,00,5,50,75 4,00 4,.5 4,50 Uppgift 5 Tecenontroll Då oppling för belatningprovet ett enligt fig 4, får motorn en vi rotationritning. Kontrollera om motorn roterar medur när axeln betrata från litrömmainen. Vid motur rotation, ifta två anlutningar å att orret rotationritning erhåll Medur rotationritning Litrömmain Växeltrömmain Fig 10 - Rotationritning Samtliga torheter för aynronmotorn all vid medur rotationritning via med poitivt tecen. Kontrollera att å är fallet enligt nedantående tabell. Sifta därefter rotation-ritningen och upprepa ontrollen. Tabell 7 - Tecentabell Medur rotation Motur rotation Tecen I P 1 n M P Aviten med denna tecenontroll är att den efter hand all ge en inblic i de vedertagna tecenregler om gäller för moderna drivytem.

11 Karltad univeritet Tel 0 Elraftteni och rafteletroni Bilaga Avd. för eletroteni Aynronmotorn 11(1) Bearbetning 1) Ur omättningprovet, tabell, beräna lindningomättningen medelvärde, medel = ) Ur mätvärdena i tabell, beräna medelvärdena av R m för tator repetive rotor. R m tator = Ω. R m rotor = Ω. ) Ur ortlutningprovet gör följande beräningar: a) Efterom rotorn är tillatående (n = 0) vid detta prov, an trömmen I betrata om tarttrömmen vid atuell pänning U. Beräna tatorn tarttröm I ST vid diret tart med huvudpänningen 0 V. Följande gäller: Vid U h = 0 V ommer fapänningen att bli 1V. Sätt därför U = 1 V. I ST = 1 U I ST ont 1 1 = = Z = A vid 0 V b) Beräning av tartmoment vid 0 V (för mer hjälp e Alfredon 189). Oberoende om rotorn är Y- eller D-opplad, gäller att rotorförluterna är Pf rotor = Rm rotor I R Luftgapeffeten får ur (n och n i r/) P = π n M 1 Vid tart är n = 0, dv angiven meani effet P = 0. Då gäller P 1 = P f rotor Sambandet ovan ger Pf rotor M ST = π n Efterom tartmomentet M ST vid 0 V all beräna, måte fört rotortrömmen I RK beräna. Antag att I R = U I R = A vid 0 V. M ST = Nm vid 0 V.

12 Karltad univeritet Tel 0 Elraftteni och rafteletroni Bilaga Avd. för eletroteni Aynronmotorn 1(1) 4) Ur tabell 5 avläe vid märtröm (I = 4,0 A), märmoment M n och efterläpningen n vid märlat. Om man antar att momentevationen gäller för aynronmotorn, an det maximala momentet M max och efterläpningen beräna då motorn avger itt maximala moment. = M M n ST 1 1 n 1 S = M max = M n n M max = Nm 5) Med hjälp av beränade värden i bearbetning och 4, amt mätvärden ur tabell 5, an grafen M = f(n) alternativt M = f() approximativt betämma. Rita upp denna graf. 6) Beräna i tabell 4: U Z = I SK Rita in i ett diagram: I SK = f(u ) P = f(u ) Co ϕ = f(u ) Z = f(u ) 7) Beräna i tabell 5 P f = P 1 P och η = P / P 1 Rita i ett diagram P 1 = f(p ) I = f(p ) Co ϕ 1 = f(p ) η = f(p ) 8) Vila lutater an man dra av tecen underöningen i tabell 7?