ΑΣΚΣ 8 η ΧΑΡΑΚΤΡΙΣΤΙΚ ΡΟΠΣ ΣΤΡΟΦΩ ΑΣΥΓΧΡΟΟΥ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΥ ΚΙΤΡΑ ΔΑΚΤΥΛΙΟΦΟΡΟΥ ΔΡΟΜΕΑ Σκοπός της άσκησης: Σκοπός της εργαστηριακής άσκησης είναι: 1. μελέτη του τρόπου εκκίνησης και λειτουργίας ενός ασύγχρονου κινητήρα δακτυλιοφόρου δρομέα. 2. μελέτη της μεταβολής της χαρακτηριστικής φόρτισης του ασύγχρονου κινητήρα δακτυλιοφόρου δρομέα ανάλογα πάντα με την τιμή της αντίστασης του εκκινητή. 1. Γενικά Ο ασύγχρονος κινητήρας δακτυλιοφόρου δρομέα διαφέρει από τον κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα στην κατασκευή των τυλιγμάτων του δρομέα. Πιο συγκεκριμένα, στην θέση του βραχυκυκλωμένου κλωβού έχει ένα τριφασικό τύλιγμα ίδιας μορφής με αυτό του στάτη. Το τύλιγμα αυτό είναι συνδεδεμένο είτε σε αστέρα, είτε σε τρίγωνο και καταλήγει σε τρεις δακτυλίους οι οποίοι είναι τοποθετημένοι στον άξονα του κινητήρα (σχήμα 1). Από εκεί, μέσω ψηκτρών καταλήγουν στο ακροκιβώτιο της μηχανής. Στους ακροδέκτες του τυλίγματος του δρομέα συνδέονται εξωτερικές ωμικές αντιστάσεις (συνήθως σύνδεση σε αστέρα) οι οποίες μεταβάλουν την ωμική αντίσταση του τυλίγματος του δρομέα και επομένως την χαρακτηριστική ροπής ταχύτητας του κινητήρα. Μεταξύ των άλλων μεταβάλλεται η ροπή εκκίνησης του κινητήρα, συγκεκριμένα αυξάνεται με την αύξηση της τιμής των αντιστάσεων. Για τον λόγο αυτό οι εξωτερικές αντιστάσεις χρησιμοποιούνται κατά την εκκίνηση του κινητήρα και η όλη διάταξη ονομάζεται εκκινητής. Μετά την εκκίνηση οι αντιστάσεις του εκκινητή βραχυκυκλώνονται και ο κινητήρας λειτουργεί ουσιαστικά σαν βραχυκυκλωμένου δρομέα. 2. Χαρακτηριστική ροπής ταχύτητας Στο σχήμα 2 φαίνεται η χαρακτηριστική ροπής ταχύτητας Τ=f(n s ) ενός ασύγχρονου κινητήρα δακτυλιοφόρου δρομέα, για διαφορετικές τιμές αντιστάσεων του εκκινητή. Παρατηρούμε ότι με την αύξηση της τιμής της αντίστασης αυξάνεται η ροπή εκκίνησης του κινητήρα. 1
Σχήμα 1. Τύλιγμα δρομέα και εκκινητής. Το μέγεθος της ροπής ανατροπής παραμένει σταθερή. Ταυτόχρονα όμως αυξάνεται και η ολίσθηση του κινητήρα, δηλαδή μειώνεται η ταχύτητα περιστροφής του δρομέα. Αυτό είναι ανεπιθύμητο, καθώς η μείωση της ταχύτητας του δρομέα συνεπάγεται αύξηση της επαγόμενης τάσης σε αυτόν και αντίστοιχα αύξηση του ρεύματος και των απωλειών στον δρομέα. Για το λόγο αυτό, ο εκκινητής παραμένει για μικρό χρονικό διάστημα σε λειτουργία και βραχυκυκλώνεται όταν ο κινητήρας ξεκινήσει. Σχήμα 2. Χαρακτηριστική ροπής ταχύτητας ασύγχρονου κινητήρα δακτυλιοφόρου δρομέα για διαφορετικές αντιστάσεις του εκκινητή. 2
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 A A M GS V A 3Φ Ωμικό Φορτίο DC 2. Ξεκινήστε τον κινητήρα με τον εκκινητή στην θέση της μέγιστης αντίστασης και 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 (ρεύμα) και σημειώστε τις ενδείξεις των 3
οργάνων στον πίνακα. Για κάθε βήμα φόρτισης της γεννήτριας πρέπει η τάση της να διατηρείται σταθερή και ίση με την ονομαστική της τιμή. 4. Σημειώστε τις ενδείξεις των οργάνων στον πίνακα 1. 5. Επαναλάβατε τις μετρήσεις με τον εκκινητή στη θέση μέσης τιμής της αντίστασης και συμπληρώστε τον πίνακα 2. 6. Επαναλάβατε τις μετρήσεις με τον εκκινητή στη θέση ελάχιστης τιμής της αντίστασης και συμπληρώστε τον πίνακα 3. ΠΙΑΚΑΣ 1 Μέγιστη Θέση Εκκινητή Us [V] Κ Ι Τ Ρ Α Σ Is [A] - Στάτη Ir[A] - Δρομέα Pεισ[W] n [rpm] s (%) Pεξ [W] T (Nm) η (%) Γ Ε UGπ (V) IGπ (V) PGεξ (W) 4
ΠΙΑΚΑΣ 2 Μέση Θέση Εκκινητή Us [V] Κ Ι Τ Ρ Α Σ Is [A] - Στάτη Ir[A] - Δρομέα Pεισ[W] n [rpm] s (%) Pεξ [W] T (Nm) η (%) Γ Ε UGπ (V) IGπ (V) PGεξ (W) 5
ΠΙΑΚΑΣ 3 Ελάχιστη Θέση Εκκινητή Us [V] Κ Ι Τ Ρ Α Σ Is [A] - Στάτη Ir[A] - Δρομέα Pεισ[W] n [rpm] s (%) Pεξ [W] T (Nm) η (%) Γ Ε UGπ (V) IGπ (V) PGεξ (W) ΕΡΓΑΣΙΑ 1. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα των μετρήσεων να χαραχθούν στο ίδιο σύστημα συντεταγμένων οι χαρακτηριστικές ροπής-στροφών Τ=f(n) για τις τρεις θέσεις του εκκινητή. 2. Με βάση τα στοιχεία των πινάκων 1, 2 και 3 να σχεδιαστούν οι χαρακτηριστικές του κινητήρα: 3. Ι s =f(p εξ. ), Ι r =f(p εξ. ) και η=f(p εξ. ) για τις τρεις θέσεις του εκκινητή. Όπου Ιs είναι το ρεύμα του στάτη, Ι r το ρεύμα του δρομέα και η ο βαθμός απόδοσης. 6