ΑΣΚΗΣΗ 7 η ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΡΟΠΗΣ ΣΤΡΟΦΩΝ ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΥ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΕΝΟΥ ΔΡΟΜΕΑ Σκοπός της άσκησης: Σκοπός της εργαστηριακής άσκησης είναι: 1. Η μελέτη του τρόπου εκκίνησης και λειτουργίας ενός ασύγχρονου κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα. 2. Η μελέτη της χαρακτηριστικής φόρτισης του ασύγχρονου κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα. 1. Εκκίνηση Κινητήρα Ο ασύγχρονος κινητήρας όπως έχει ήδη αναφερθεί δεν αντιμετωπίζει τα προβλήματα εκκίνησης του σύγχρονου κινητήρα. Μπορεί να ξεκινήσει απλώς με την εφαρμογή τάσης στο τριφασικό τύλιγμα του στάτη. Εάν εφαρμοστεί στον κινητήρα απευθείας η ονομαστική τάση, έχουμε την εμφάνιση μεγάλων ρευμάτων εκκίνησης, τα οποία μπορούν να φτάσουν σε τιμές 7 8 φορές μεγαλύτερες του ονομαστικού. Τα μεγάλα ρεύματα εκκίνησης αφ ενός καταπονούν θερμικά και μηχανικά τον κινητήρα και αφετέρου μπορεί να προκαλέσουν αξιόλογη βύθιση της τάσης του δικτύου, οπότε θα πρέπει να εφαρμοστεί κάποια μεθοδολογία για την μείωσή τους. Για να αποφύγουμε την εμφάνιση μεγάλων ρευμάτων εκκίνησης συνήθως εφαρμόζουμε σταδιακά την τάση στον στάτη του κινητήρα χρησιμοποιώντας μια από τις παρακάτω διατάξεις: Διακόπτη Αστέρα Τριγώνου. Αυτομετασχηματιστή. Τριφασικό μετατροπέα Ε.Ρ. / Ε.Ρ. (soft starter). Όταν χρησιμοποιούμε τεχνικές μείωσης του ρεύματος εκκίνησης πρέπει να έχουμε υπόψη ότι περιορίζεται αντίστοιχα και η ροπή εκκίνησης του κινητήρα. Μια τέτοια διάταξη θα πρέπει να εξασφαλίζει την μεγαλύτερη δυνατή ροπή εκκίνησης με το μικρότερο δυνατό ρεύμα εκκίνησης. Στην περίπτωση του εργαστηρίου Ηλεκτρικών Μηχανών, η εκκίνηση των κινητήρων γίνεται συνήθως με την χρήση αυτομετασχηματιστή. 1
2. Χαρακτηριστική ροπής ταχύτητας Στο σχήμα 1 φαίνεται η χαρακτηριστική ροπής ταχύτητας Τ=f(n s ) ενός ασύγχρονου κινητήρα, μαζί με την χαρακτηριστική ρεύματος ταχύτητας I s =f(n s ). Στην χαρακτηριστική Τ=f(n s ) διακρίνουμε την ροπή εκκίνησης (όταν n s =0, s=1), την ροπή ανατροπής δηλαδή την μέγιστη ροπή του κινητήρα καθώς και την ονομαστική ροπή. Αντίστοιχα στην χαρακτηριστική I s =f(n s ) παρατηρούμε το μεγάλο ρεύμα εκκίνησης, το οποίο σταδιακά μειώνεται όσο ο κινητήρας επιταχύνεται. Σχήμα 1. Χαρακτηριστική ροπής ταχύτητας και ρεύματος ταχύτητας ασύγχρονου κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα. 3. Αλλαγή φοράς περιστροφής και πέδηση κινητήρα Η αλλαγή φοράς περιστροφής ενός ασύγχρονου κινητήρα γίνεται αλλάζοντας την διαδοχή δυο οποιονδήποτε φάσεων. Η αλλαγή αυτή πρέπει να γίνει με τον κινητήρα εκτός λειτουργίας. Εάν ο κινητήρας βρίσκεται σε λειτουργία και αλλάξουμε την διαδοχή δυο φάσεων τότε αλλάζει η φορά περιστροφής του στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου καθώς και η επαγόμενη ροπή στον δρομέα. Συνεπώς η επαγόμενη ροπή έχει αντίθετη φορά από αυτήν της κίνησης του δρομέα και αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα ο δρομέας να σταματήσει μετά από μικρό χρονικό διάστημα. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται δυναμική πέδηση. Κατά την δυναμική πέδηση θα πρέπει να υπάρχει και κατάλληλο κύκλωμα αυτοματισμού το οποίο θα 2
σταματήσει την τροφοδοσία του κινητήρα όταν αυτός ακινητοποιηθεί γιατί αλλιώς ο κινητήρας θα λειτουργήσει με αντίθετη φορά περιστροφής. 3
ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Οι μετρήσεις θα πραγματοποιηθούν με μηχανικό φορτίο στον άξονα του κινητήρα. 1. Πραγματοποιήστε την παρακάτω συνδεσμολογία. Στον άξονα του κινητήρα θα συνδέσετε σύγχρονη γεννήτρια ή γεννήτρια Σ. Ρ. (ανάλογα με την διαθεσιμότητα). Στη θέση των μονοφασικών βαττομέτρων θα χρησιμοποιήσετε αναλυτή ενέργειας. ΔΙΚΤΥΟ W W V M GS V 3Φ Ωμικό Φορτίο DC 2. Τροφοδοτείτε τον κινητήρα με ονομαστική τάση. Ρυθμίστε την τάση εξόδου της γεννήτριας στην ονομαστική της τιμή με την βοήθεια της διέγερσης. 3. Φορτίστε την γεννήτρια σταδιακά (μεταβάλλοντας το φορτίο της) έως τον ονομαστικό της φορτίο και σημειώστε τις ενδείξεις των οργάνων 4
στον πίνακα. Για κάθε βήμα φόρτισης της γεννήτριας πρέπει η τάση της να διατηρείται σταθερή και ίση με την ονομαστική της τιμή. 4. Μετά την καταγραφή όλων των μετρήσεων, σταματήστε τον κινητήρα αφαιρώντας πρώτα το φορτίο της γεννήτριας. 5. Σημειώστε τις ενδείξεις των οργάνων στον πίνακα 1. ΠΙΝΑΚΑΣ 1 Us [V] Is [] Κ Ι Ν Η Τ Η Ρ Α Σ Γ Ε Ν Pεισ [W] cosφ n [rpm] s (%) Pεξ (W) T (Nm) η (%) Uπ (V) Iπ (V) PεξG (W) ΕΡΓΑΣΙΑ Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα του συμπληρωμένου πίνακα 1 να χαραχθούν οι χαρακτηριστικές καμπύλες του κινητήρα: Ι=f(Pεξ), n=f(pεξ, s=f(pεξ), cosφ=f(pεξ), η=f(pεξ) και Τ=f(Pεξ). 5