ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ Εργαστήριο Ενότητα 1: Προσδιορισμός των Σταθερών του Ισοδύναμου Κυκλώματος Ασύγχρονης Μηχανής Ηρακλής Βυλλιώτης Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Σκοποί Ενότητας Ο στόχος της 1 ης Εργαστηριακής Ενότητας είναι η δυνατότητα του φοιτητή να πραγματοποιήσει το ισοδύναμο κύκλωμα μιας ασύγχρονης μηχανής μέσα από τα απαραίτητα πειράματα. 4
Περιεχόμενα Ενότητας Θεωρητικό Μέρος Μονοφασικό Ισοδύναμο Κύκλωμα Ασύγχρονης Μηχανής Ανηγμένο στο Στάτη Πειραματικό Μέρος - Πορεία Εργασίας 5
Θεωρητικό Μέρος - 1 Στις ασύγχρονες μηχανές η μηχανές επαγωγής τόσο τα τυλίγματα του στάτη όσο και τα τυλίγματα του δρομέα, διαρρέονται από εναλλασσόμενο ρεύμα. Επομένως, η μηχανή επαγωγής μπορεί να θεωρηθεί σαν ένας γενικευμένος μετασχηματιστής στον οποίο ηλεκτρική ισχύς μετασχηματίζεται μεταξύ των τυλιγμάτων στάτη και δρομέα, με ταυτόχρονη μεταβολή της συχνότητας και της ροής της μηχανικής ισχύος. 6
Θεωρητικό Μέρος - 2 Από κατασκευαστικής πλευράς, το τύλιγμα τυμπάνου του στάτη δεν διαφέρει σε τίποτα από το αντίστοιχο τύλιγμα τυμπάνου μιας σύγχρονης μηχανής. Οι ασύγχρονες μηχανές διακρίνονται σε δύο κατηγορίες, ανάλογα με τον τύπο του τυλίγματος του δρομέα: Στις μηχανές βραχυκυκλωμένου δρομέα, όπου το αντίστοιχο τύλιγμα, αποτελείται από μπάρες χαλκού ή αλουμινίου, ηλεκτρικά «κλειστές» μεταξύ τους και χωρίς εξωτερικές συνδέσεις. Οι μπάρες αυτές στερεώνονται σε ειδικές αυλακώσεις εντός σιδηρομαγνητικού υλικού στο δρομέα και μονώνονται κατάλληλα. 7
Θεωρητικό Μέρος - 3 Τα πλεονεκτήματα αυτού του τύπου της ασύγχρονης μηχανής είναι, η απλότητα κατασκευής και το μικρότερο κόστος, τόσο στην κατασκευή όσο και στη συντήρηση. Το κύριο χαρακτηριστικό των μηχανών αυτών είναι ότι, στο δρομέα έχουν κανονικό τριφασικό τύλιγμα. Οι τρεις φάσεις του τυλίγματος αυτού, όπως φαίνονται και στο σχ. 1.1, συνδέονται συνήθως σε αστέρα, τα τρία υπόλοιπα ελεύθερα άκρα του αστέρα συνδέονται σε τρεις ορειχάλκινους δακτυλίους στον άξονα του δρομέα. 8
Θεωρητικό Μέρος - 4 Σχήμα 1.1.: Δρομέας τριφασικού κινητήρα με δακτυλίδια 9
Θεωρητικό Μέρος - 5 Οι τριφασικοί δακτυλιοφόροι ασύγχρονοι κινητήρες, χρησιμοποιούνται πολύ στις βιομηχανικές εγκαταστάσεις και πλεονεκτούν έναντι των αντίστοιχων κινητήρων βραχυκυκλωμένου δρομέα στα εξής: Έχουν μεγάλη ροπή εκκίνησης Προσφέρουν την δυνατότητα ρύθμισης της ταχύτητας περιστροφής κατά την κανονική λειτουργία Έχουμε τη δυνατότητα να ρυθμίζουμε το ρεύμα εκκίνησης, σε οποιαδήποτε επιθυμητή περιοχή τιμών. 10
Μονοφασικό Ισοδύναμο Κύκλωμα Ασύγχρονης Μηχανής Ανηγμένο στο Στάτη - 1 Ισοδύναμο Κύκλωμα μιας Φάσης Στο παρακάτω σχήμα, δείχνεται το ισοδύναμο κύκλωμα μιας φάσης της ασύγχρονης μηχανής, ανηγμένο στο στάτη. 11
Μονοφασικό Ισοδύναμο Κύκλωμα Ασύγχρονης Μηχανής Ανηγμένο στο Στάτη - 2 Όπου: R1 = Η ωμική αντίσταση του τυλίγματος τυμπάνου (Ohm/φάση) Χ1= Η αντίδραση σκέδασης του τυλίγματος τυμπάνου (Ohm/φάση) R2= Η ωμική αντίσταση του τυλίγματος του δρομέα ανηγμένη στο στάτη (Ohm/φάση) Χ2= Η αντίδραση σκέδασης του τυλίγματος του δρομέα ανοιγμένη στο στάτη (Ohm/φάση) Χφ= Η αντίδραση μαγνήτισης (Ohm/φάση) S = Ολίσθηση του δρομέα 12
Προσδιορισμός των Σταθερών του Ισοδύναμου Κυκλώματος Ασύγχρονης Μηχανής - 1 Σχήμα 1.3: Συνδεσμολογία δοκιμής κενού φορτίου και ακινητοποιημένου δρομέα 13
Προσδιορισμός των Σταθερών του Ισοδύναμου Κυκλώματος Ασύγχρονης Μηχανής - 2 Ο προσδιορισμός των παραμέτρων του ισοδύναμου κυκλώματος του Σχήμα 1.3 γίνεται από τις δοκιμές, κενού φορτίου, ακινητοποιημένου δρομέα και τη μέτρηση των dc - αντιστάσεων των τυλιγμάτων τυμπάνου. Ανάλογα με τη δοκιμή ανοιχτού κυκλώματος, η χαρακτηριστική κενού φορτίου μια ασύγχρονης μηχανής, μας δίνει πληροφορίες για το ρεύμα διέγερσης και τις απώλειες περιστροφής. Η δοκιμή αυτή γίνεται εφαρμόζοντας στα τυλίγματα του στάτη τάσεις ονομαστικής τιμής και συχνότητας. 14
Προσδιορισμός των Σταθερών του Ισοδύναμου Κυκλώματος Ασύγχρονης 1. Δοκιμή Κενού Φορτίου Μηχανής - 3 P,V, Ι κϕ κϕ, π κϕ Z κϕ = V κϕ, π 3Ι κϕ P = Pw + κϕ 1 P W 2 P P = I R R = 3 Ικϕ (2) 2 κϕ κϕ 3 κϕ κϕ κϕ (1) 2 Χ =Χ +Χ κϕ 1 m 2 Χ = Z R 2 (3) κϕ κϕ κϕ 15
Προσδιορισμός των Σταθερών του Ισοδύναμου Κυκλώματος Ασύγχρονης Μηχανής - 4 2. Δοκιμή Ακινητοποιημένου Δρομέα P,V, Ι αδ αδ, π aδ P = Ι = + = 3 Ιαδ 2 αδ Pαδ 3 Rαδ Rαδ R1 R2 2 V Ζ =, Χ =Χ +Χ = Z R 3Ι αδ, π 2 2 αδ αδ 1 2 αδ αδ αδ X Χ 1 =Χ αδ 2 = Χ m = X κϕ Χ1 2 16
Προσδιορισμός των Σταθερών του Ισοδύναμου Κυκλώματος Ασύγχρονης Μηχανής - 5 Μέτρηση R1: VDC R 1 = V 2I dc dc = 18V R1 = 1, 5 A R = R R 2 αδ 1 17
Πειραματικό Μέρος - Πορεία Εργασίας - 1 Πορεία εργασίας Πραγματοποιείστε τη συνδεσμολογία του σχ. 1.3 Τροφοδοτείστε τον κινητήρα με ονομαστική τάση και συχνότητα υπό κενό φορτίο. Μετρείστε τις ενδείξεις των V κφ, Ι κφ και Ρ κφ. Στη συνέχεια μέσω κάποιας διάταξης μπλοκάρετε τον δρομέα έτσι ώστε να πραγματοποιηθεί η δοκιμή ανοιχτοκυκλωμένου δρομέα. Αυξήστε βαθμιαία τη τάση τροφοδοσίας του κινητήρα μέχρις ότου το απορροφούμενο ρεύμα, γίνει ίσο με το ονομαστικό. Μετρείστε τις ενδείξεις των οργάνων. Δηλαδή τις V αδ, Ι αδ και Ρ αδ. 18
Πειραματικό Μέρος - Πορεία Εργασίας - 2 Στη συνέχεια με βάση τη μεθοδολογία που αναπτύχθηκε στο θεωρητικό μέρος, υπολογίστε τις τιμές των παραμέτρων του ισοδύναμου κυκλώματος της μιας φάσης. Δηλαδή τις τιμές των R 1, Χ 1, Χ φ, R 2 και Χ 2. Σχεδιάστε το ισοδύναμο κύκλωμα της μιας φάσης. 19
Τέλος Ενότητας