Садржај:

4.      ОГЛЕД ПРАЗНОГ ХОДА И КРАТКОГ СПОЈА АСИНХРОНЕ МАШИНЕ СА НАМОТАНИМ РОТОРОМ 1

4.1        ТЕОРИЈСКИ ДЕО 1

Еквивалентно коло статора 1

Еквивалентно коло ротора 2

Свођење роторских величина на статор 3

Испитивања у огледу празног хода 4

Испитивања у огледу кратког споја 5

4.2        СИМУЛАЦИОНЕ ВЕЖБЕ 6

Аплет:                  Кonstrukcija fazorskog dijagrama AM.swf 6

Аплети:            1. Rezim PH AM sema i fazorski fijagram.swf 6,      

2. Rezim KS AM sema i fazorski dijagram.swf 6

Аплет:                  Еnergetski bilans u motornom režimu AM.swf 6

Аплети:            1. Еnergetski bilans u generatoskom rezimu AM.swf 7

2. Еnergetski bilans u rezimu kocenja AM.swf 7

4.3        ЛАБОРАТОРИЈСКА ВЕЖБА 7

Задатак вежбе 7

Примењена метода и опис вежбе 7

Електрична шема 9

Спецификација опреме и прибора за вежбу 10

Поступак извођења вежбе 10

Резултати мерења 11

Обрада резултата 11

 

4.    ОГЛЕД ПРАЗНОГ ХОДА И КРАТКОГ СПОЈА АСИНХРОНЕ МАШИНЕ СА НАМОТАНИМ РОТОРОМ

 

4.1            ТЕОРИЈСКИ ДЕО

 

            Еквивалентна шема асинхроне машине се може добити следећим поступком:

-          изводе се еквивалентне шеме кола фазног навоја статора (у даљем тексту статорског кола) и кола фазног навоја ротора (роторског кола), и

-          спајају се оба кола у једно, при чему се претходно врши свођење роторских величина на статор (чиме се елиминише дејство обртања ротора).

 

Еквивалентно коло статора

 

Талас резултантног флукса у зазору обрће се синхроно у односу на навоје статора и у њима индукује емс. Напон на крајевима статора се разликује од индуковане емс за пад напона у омском отпору R1 и реактанси расипања фазног навоја статора X1:

 

 

Индукована емс по фази статора E1  је једнака :

 

 

при чему су:    

-  фреквенција прикључног напона

F- средња вредност магнетног флукса

 - број проводника у жлебу

kt, kp, - тетивни и појасни навојни сачинилац

m-  број ж лебова по полу и фази

p- број пари полова

 

Индукована емс E1 се може изразити преко струје празног хода I0 и комплексног сачиниоца пропорционалности Z0 који представља импедансу магнећења.

 

 

Струја празног хода I0 покрива губитке активне и реактивне снаге у идеалном празном ходу. При празном ходу се механички губици асинхроног мотора покривају енергијом из електричне мреже на коју је мотор прикључен, док се при идеалном празном ходу ови губици покривају механичком енергијом - помоћу неког другог мотора! Реактивној снази која служи за магнећење машине одговара реактивна компонента струје празног хода Iq (струја магнећења), а активној снази која се троши на губитке у гвожђу одговара активна компонента струје празног хода Ip. У еквивалентној шеми се активна и реактивна компонента струје празног хода представљају као струје које пролазе кроз паралелну везу активне отпорности Rm  и реактансе Xm .

Струја статора се састоји из две компоненте: компоненте побуђивања I0и компоненте оптерећења сведене на статор I2(1). Компонента оптерећења I2(1)  се јавља само ако је мотор оптерећен; у празном ходу једнака је нули и струја статора се изједначава са струјом празног хода:

 

 

Фазорски дијаграм и еквивалентно коло статора асинхроне машине су приказани на слици 8.1:

 

 

Слика 8.1: Фазорски дијаграм и еквивалентно коло статора асинхроне машине

 

Еквивалентно коло ротора

 

У колу ротора делује активна отпорност ротора R2 и реактанса расипања ротора X2, тако да једначина напонске равнотеже има облик:

 

 

Пошто се поље статора обрће синхроном брзином обртања n1 а ротор се обрће у истом смеру брзином n, деловање поља статора на ротор се може замислити као да је ротор непомичан, а поље статора се врти у односу на непомичан ротор брзином обртања n2=n1-n у супротном смеру. Тада се у ротору индукују напони и струје чија је фреквенција f2 (фреквенција клизања):

 

    и  

 

Са променом фреквенције ротора мењају се и све величине које од ње зависе: индуковани напон E2 и индуктивни отпор X2. Ако се величине E2 и X2 изразе преко вредности E2k  и X2k  при укоченом ротору (n=0 Ţ s= (n1-n2)/n1=1) добија се:

 

                

 

 

Електрична отпорност роторског кола не зависи од клизања s па је:

 

 

Фазорски дијаграм и еквивалентно коло ротора асинхроне машине су приказани на слици 8.2:

 

 

Слика 8.2: Фазорски дијаграм и еквивалентно коло ротора  асинхроне машине

 

Свођење роторских величина на статор

 

Да би се могла нацртати еквивалентна шема АМ потребно је извршити свођење роторских величина на статор (слично свођењу секундарних величина на примар трансформатора). Овим свођењем се добија:

 

 

            Поред овог свођења потребно је извршити модификацију кола ротора (замену ротирајућег са еквивалентним непокретним ротором):

 

  

 

 

Када је ротор укочен, за асинхрону машину кажемо да је у кратком споју, јер се тако и понаша у односу на електричну мрежу, и тада се понаша као трансформатор у кратком споју!

Вредност емс индуковане у укоченом ротору сведена на страну статора E2k(1) једнака је индукованој емс E1 :

 

па се коло статора и ротора могу спојити образујући еквивалентну шему асинхроне машине.

Фазорски дијаграм и еквивалентна шема асинхроне машине су приказани на слици 8.3:

 

Слика 8.3: Фазорски дијаграм и еквивалентна шема асинхроне машине

 

Испитивања у огледу празног хода:

 

Под празним ходом машине подразумева се стање у којем је статорски намотај прикључен на номинални напон, а ротор није механички оптерећен, при чему се подразумева да је:

-          клизање приближно једнако нули

-          Џулови губици у ротору једнаки нули

-          струја магнећења једнака је струји празног хода.

 

Дакле, подразумева се да Џулови губици у ротору не учествују у губицима празног хода. Пре огледа празног хода, потребно је измерити отпорност статорског намотаја.

Током извођења огледа мере се следеће величине:

-          напон напајања – напон празног хода, U0

-          струја напајања – струја празног хода, I0

-          снага празног хода, P0

 

У асинхроној машини се током извођења огледа празног хода јављају следећи губици:

-          - губици услед магнећења магнетског кола (губици у гвожђу статора), PFe,

-          - Џулови губици у намоту статора, PCu1=3 R1 I02,

-          - Механички губици услед трења и вентилације Pfv

-           

Ради потребе одређивања степена искоришћења, односно укупних губитака, потребно је раздвојити механичке губитке и губитке у гвожђу. То се постиже екстраполацијом криве губитака празног хода у функцији прикључног напона до ординате, чиме се добијају механички губици Pfv који зависе само од брзине. Будући да је овај поступак екстраполације недовољно тачан, препоручује се поступак линеарне екстраполације. У поступку линеарне екстраполације се, користећи квадратну зависност губитака у гвожђу од напона напајања, добија права губитака која се једноставно екстраполира до ординате :

Слика 8.4: Екстраполациона крива

 

Испитивања у огледу кратког споја:

 

Под кратким спојем асинхроне машине подразумева се стање у којем је намотај статора прикључен на напајање, а ротор је механички укочен. Оглед кратког споја врши се или при номиналној струји, са циљем одређивања параметара еквивалентне шеме, или при номиналном или сниженом напону, са циљем мерења полазних карактеристика: полазне струје и полазног момента.

Приликом огледа кратког споја при номиналној струји, напон се постепено повећава док се не постигне струја нешто већа од номиналне. Током огледа мере се и бележе, за неколико вредности напона, а у циљу да се постигне вредност струје што ближа номиналној, следеће величине:

-          напон напајања –напон кратког споја, U1 и струја статора – струја кратког споја, Ik, у све три фазе

-          снага кратког споја, Pk

 

 

4.2           СИМУЛАЦИОНЕ ВЕЖБЕ

 

Анализирајући следеће аплете може се разјаснити начин формирања фазорског дијаграма асинхроне машине и енергетски биланс у њој.

 

Аплет: Кonstrukcija fazorskog dijagrama AM.swf

 

 

Аплети:         1. Rezim PH AM sema i fazorski fijagram.swf

2. Rezim KS AM sema i fazorski dijagram.swf

 

 

1                                                                    2

 

 

Аплет: Еnergetski bilans u motornom režimu AM.swf

 

 

Аплети:         1. Еnergetski bilans u generatoskom rezimu AM.swf

                        2. Еnergetski bilans u rezimu kocenja AM.swf

 

 

                                   1                                                                                2

 

4.3           ЛАБОРАТОРИЈСКА ВЕЖБА

 

Задатак вежбе:

 

1.          На основу података добијених при огледу кратког споја и празног хода одредити елементе еквивалентне шеме претпостављајући да је реактанса расипања статора једнака реактанси расипања ротора сведена на статор.

2.          Екстраполацијом криве P1=f(U1) при празном ходу асинхроног мотора до ординате одредити механичке губитке асинхроног мотора Pf .

 

 

Примењена метода и опис вежбе:

 

Са асинхроним мотором се изводи оглед празног хода, при чему се машина прикључује на номинални напон Un . У режиму празног хода се сматра да је брзина обртања ротора једнака синхроној брзини обртања (s=0). У том случају нема струја нити губитака у колу ротора.

 Из огледа празног хода се добијају вредности: напон празног хода U0=Un, струја празног хода I0, и снага празног хода P0 . Електрична шема и једначине за режим празног хода су следеће:

 

 

Слика 8.4: Електрична шема за режим празног хода

 

У огледу кратког споја ротор је укочен. Испитивање се врши при номиналној струји статора In.

Из огледа кратког споја се добијају вредности:  напон кратког споја Uk, струја кратког споја Ik=In, и снага кратког споја Pk. Електрична шема и једначине за режим кратког споја су следеће:

 

 

Слика 8.5: Електрична шема и једначине за режим кратког споја

 

Елементи еквивалентне шеме асинхроне машине се одређују следећим редоследом:

 

R0 се добија директним мерењем електричне отпорности између прикључака статорских  намотаја.

 

 

 

где су Pcu , губици у бакру статора, и Pfv механички губици асинхроне машине, који се добијају екстраполацијом криве празног хода до ординате.

 

 

 

Електрична шема:

 

 

Слика 8.6: Електрична шема

Спецификација опреме и прибора за вежбу:

            Трофазни аутотрансформатор:      

произвођач

тип

            напонски опсег

максимална струја

                                  

 

            Ватметар 2 ком.:      

произвођач

тип

класа тачности

мерни опсег

унутрашња отпорност

           

 

            Волтметар 3 ком.:    

произвођач

тип

класа тачности

мерни опсег

унутрашња отпорност

 

 

            Амперметар 3 ком.:            

произвођач

тип

класа тачности

мерни опсег

унутрашња отпорност

 

 

            Асинхрони мотор:  

снага

напон

струја

брзина обртања

фреквенција

спрега

 

Поступак извођења вежбе:

 

  1. повезати коло за оглед празног хода према електричној шеми;
  2. преконтролисати везе и позвати асистента ради контроле;
  3. напон на прикључницама постепено повећавати од нуле док се не постигне  номинални напон,  при чему очитавања почети са доњом границом прикључног напона U = 160 V;
  4. измерити струју празног хода I0 и снагу губитака празног хода P0 ;
  5. после извршених мерења аутотрансформатор вратити у нулти положај;
  6. повезати везе за оглед кратког споја према електричној шеми ;
  7. везе преконтролисати и позвати асистента ради контроле ;
  8. укочити ротор;
  9. постепено повећавати напон при чему треба очитавати напон кратког споја Uk , струју кратког споја Ik и снагу губитака кратког споја P k   ;
  10. напон повећавати док струја мотора не достигне номиналну вредност Ik = In ;
  11. после завршеног мерења прибор и апаратуру вратити у првобитно стање.
  12. резултате мерења унети у програм prazan hod i kratak spoj AM.хls који ће их аутоматски обрадити.

 

Резултати мерења:

 

U0[V]

I0 [A]

Po [W]

160

0,45

27

Uк [V]

Iк [A]

Pk [W]

93

2

203

 

Обрада резултата

 

Овде ће бити приказан поступак израчунавања параметара за једну вредност напона празног хода, док је за остале напоне овај поступак аналоган.

 

 

За вредност напона празног хода 160 V, измерене су следеће вредности снаге и струје празног хода P0=27 W, I0=0,45 A. Величине израчунате у огледу кратког споја имају следеће вредности: . Губици услед трења и вентилације, добијени екстраполацијом, износе .

 

 

Вредност статорске отпорности добијена је директним мерењем и износи .

Мерења су извршена за 5 вредности напона напајања (220, 200,180 и 160 V) при струји кратког споја од 2 A.

Изведено је више мерења да би се проверило да ли се параметри еквивалентне шеме и који мењају, како се напон мотора повећава и радна тачка на карактеристици приближава подручју засићења.

 

Отпорности у секундарној грани и грани магнећења добијају на следећи начин:

 

 

 

Празан ход

Кратак спој

8,78

16,92

8,14

23,32

32,1

10,42

202,75

192,2

8,78

16,92

8,14

21,34

30,12

10,42

201,53

191,11

8,78

16,92

8,14

20,46

29,24

10,42

200,46

190,04

8,78

16,92

8,14

20,11

28,89

10,42

196,35

189,5

 

Табела: Параметри еквивалентне шеме израчунати из огледа кратког споја и празног хода

           

 

Анализирајуће горњу табелу може се закључити да се једино мењају параметри попречне гране Rm i Xm. Промене су незнатне што указује да радни режим мотора није у близини подручја засићења.