asinhroni ispitivanje

1

2

ISPITIVANJA I KARAKTERISTIKE

ASINKRONI ELEKTRIČNI STROJEVI

Ispitivanja tijekomproizvodnje

3

• I kod asinkronih strojeva se tijekom proizvodnjeprovode razne provjere i ispitivanja.

• Ovdje se često radi o masovnoj proizvodnji, pa su ispitivanja tako organizirana da praktički predstavljajudio tehnološkog procesa proizvodnje.

• To vrijedi i za ulaznu kontrolu, i za ispitivanja gotovihstrojeva.

Ispitivanja tijekom proizvodnjeISPITIVANJA I KARAKTERISTIKE

4

– ispravnost spoja namota,

– ispravnost izolacije namota i

– ispravnost mehaničkog rada.

• Kod svakog gotovog stroja se ispituje:


5

• Ispravnost izolacije namota provjerava se ispitnimnaponom između namota i mase.

• Taj napon iznosi 2Un+1000V, ali najmanje 2000V.

• Ispitni napon se podiže postepeno, u trajanju 30 s, i zatim se zadržava na maksimalnom iznosu daljnjih 60s. Pri tome ne smije doći do proboja izolacije.


6

• Ispravnost mehaničkog rada provjerava se tako da se stroj vrti u praznom hodu neko vrijeme.

• Stroj ne smije bučiti, niti se pregrijavati i tome slično.

• Detaljno se ispituje manji postotak strojeva, na primjersvaki deseti motor.


2

7

• Kod velikih strojeva, koji se proizvode komadno, u ispitnoj stanici se detaljno ispituje svaki proizvedenistroj.

• Pri tome je organizacija ispitivanja slična onoj kodvelikih sinkronih strojeva.

• Organizacija ispitivanja više ovisi o veličini stroja, odnosno njegovoj vrijednosti nego o vrsti stroja.


8

Ispitivanja u praznomhodu


9

• Pokus praznog hoda je relativno lako izvesti jer pritomne teretimo stroj mehanički.

• Zato je to pokus koji se u pravilu provodi nakonkontrole namota i naponskih pokusa.

• Osnovna mjerena karakteristika je karakteristikazasićenja.

Ispitivanja u praznom hoduISPITIVANJA I KARAKTERISTIKE

10

Ispitivanja u praznom hodu

Karakteristika zasićenja asinkronog motora


Uo

oI

nU

pravac magnetiziranjazračnog raspora

11

• U osnovi, ova karakteristika ima isti karakter kaokarakteristika praznog hoda transformatora ilisinkronog stroja.

• Gornji dio karakteristike savinut je zbog zasićenjamagnetskog kruga poput parabole (potrebna je većastruja magnetiziranja) .

• Kad ne bi bilo zasićenja magnetskog kruga, taj dio bibio pravac.

• Karakteristika zasićenja je funkcijska ovisnost struje praznog hoda Io o narinutom naponu U.


12

• Međutim, mjerena karakteristika odstupa znatno odpravca i za male iznose narinutog napona.

• Razlog za to je porast radne komponente struje.

• Naime, iako ne teretimo motor vanjskim momentom, motor mora razviti moment za pokrivanje gubitakatrenja i ventilacije.

• Karakteristika magnetiziranja zračnog raspora je pravac.


3

13

• Gubici trenja i ventilacije Pg meh su praktički konstantni, jer se u praznom hodu brzina tek neznatno mijenja s naponom:

konst.≅= meh gmeh g 3 IUP

• Kako smanjujemo napon, struja Ig meh za pokrivanjeovih gubitaka mora rasti.

• Uz to se povećava i klizanje, pa to uzrokuje povećanjegubitaka u rotoru.


14

• Pri mjerenjima u praznom hodu ne ograničavamo se samo na mjerenje struje praznog hoda.

• U pravilu mjerimo i radnu snagu, pa tako možemoodrediti i karakteristiku faktora snage.

• Karakteristika faktora snage praznog hoda je funkcijska ovisnost cosφo o narinutom naponu U.


15Faktor snage u praznom hodu u ovisnosti o naponu


Uo

ocosϕ

nU

16

• Fator snage je u praznom hodu dosta nizak.

• Pri sniženju napona raste zbog povećanja radne komponente struje (Pg meh, Pg r).

• Pri povišenju napona raste zbog povećanja gubitaka u željezu.


17

oPukupni gubici praznog hoda

Gubici u praznom hodu u ovisnosti o naponu


Uo

oP

'oPuži gubici praznog hoda

( )dod gs Fe PP +

gubici u željezu statora

meh gPgubici trenja i ventilacije

sCu Pgubici u namotustatora

nU18

• Mjerenu radnu snagu u praznom hodu prikazujemografički kao karakteristiku gubitaka praznog hoda.

• Mjereni gubici ovise približno o kvadratu narinutognapona.

• Ovi se gubici mogu rastaviti na nekoliko komponenti.


4

19

• Ovi gubici se dijele na:

– gubitke u statorskom namotu PCu s i

– uže gubitke praznog hoda koji se sastoje od:

• gubitaka u željezu statora PFe s (zajedno s dodatnimgubicima praznog hoda Pg dod) i

• gubitaka trenja i ventilacije Pg meh.


20

• Gubitke u statorskom namotu PCu s izračunamo izmjerene struje praznog hoda Io i izmjerenog otpora namota (otpora među stezaljkama) statora Rs st:

2ost ssCu 5.1 IRP =

• Od izmjerenih gubitaka u praznom hodu Pooduzmemo gubitke u statorskom namotu PCu s.

• Preostanu uži gubici praznog hoda Po’:

sCu oo ' PPP −=


21

Ispitivanja u kratkomspoju


22

• Ako rotor asinkronog motora zakočimo, a stator spojimo na izvor napona, imamo slučaj koji je s elektroenergetskog stanovišta ekvivalentan kratkomspoju transformatora.

• Za bilo koji električni stroj u motorskom pogonskomrežimu kažemo da je u kratkom spoju ako mu je rotor zakočen (tj. u mirovanju).

• U elektromotornim pogonima ta je situacija relativnočesta - javlja se uvijek pri pokretanju .

Ispitivanja u kratkom spojuISPITIVANJA I KARAKTERISTIKE

23

• Svojstva električnog motora u kratkom spoju zato suizuzetno važna, pa se u pravilu ispituju.

• Pokus se i naziva pokusom kratkog spoja.

• Uz mjerenje ulazne električne snage, napona i struje u pokusu kratkog spoja mjerimo još i moment naosovini.

• To se može izvesti polugom učvršćenom na osovinu uz mjerenje sile ili uređajem za mjerenje momenta.


24

• Kao i kod praznog hoda snimamo sve veličine uzrazličite iznose napona na stezaljkama.

• Budući da struje mogu biti jako velike, veliki su i gubici, pa se stroj brzo zagrijava.

• Budući da se većina asinkronih strojeva hladi vlastitimprigrađenim ventilatorom, hlađenja u kratkom spojugotovo i nema, pa je situacija sa zagrijevanjemdodatno otežana.


5

25

• Mjerenje se najčešće provodi snižavanjem napona odmaksimalne vrijednosti prema nuli, kako bismosmanjili probleme sa zagrijavanjem.

• Zbog zagrijavanja često se ovaj pokus provodi prisniženom naponu.

• Također se ponekad nakon pojedine snimljene točkestroj hladi pogonom u praznom hodu, pa se tek ondasnima sljedeća točka.


26Mjerene karakteristike kratkog spoja

Ispitivanja u kratkom spojuISPITIVANJA I KARAKTERISTIKEM

moment

I

struja

ϕcos

faktor snage

Uo

nUkUnI

kI

kM

27

• Budući da je magnetsko polje malo, struja kratkogspoja bi trebala ovisiti linearno o naponu.

• To, međutim, ipak nije tako.

• Naime, za veće vrijednosti napona zbog velikih strujadolazi do zasićenja rasipnih magnetskih puteva, pa tada struja počne naglo rasti s povećanjem napona.


28

• Moment bi trebao biti približno proporcionalankvadratu napona u skladu s teoretskim razmatranjima.

• Međutim, zbog istih razloga koji uzrokuju nelinearanporast struje, dakle magnetsko zasićenje rasipnihmagnetskih puteva, moment ne slijedi kvadratičnuovisnost, nego raste nešto sporije.


29

• Mađutim, potezni moment može ovisiti jako o položajurotora u odnosu na stator.

• Kod detaljnih je ispitivanja potrebno izmjeriti i tuovisnost, uz konstantan napon na stezaljkama.

• Razlog tome je međusoban položaj utora (odnosno zuba) statora i rotora.


30Ovisnost poteznog momenta o međusobnom položaju rotora i

statora

konst.=U


kM

o )(meh stat.rot.−ϕ

6

31

Karakteristikeopterećenja


32

• Većina asinkronih strojeva radi kao motori na mreži konstantnog napona i frekvencije.

• Zbog toga su i ispitivanja pri nazivnom naponu dostavažna.

• Ta se ispitivanja često nazivaju mjerenjemopterećenja, a dobivene karakteristike karakteristikeopterećenja.

Karakteristike opterećenjaISPITIVANJA I KARAKTERISTIKE

33

• Pri ovom se ispitivanju napon i frekvencija mrežeodržavaju na konstantnoj vrijednosti.

• Kao nezavisna varijabla služi pri tome električnasnaga P1 koju motor uzima iz mreže, uz različitaopterećenja na osovini.

• U svakoj točki opterećenja se također mjeri ili izmjerenja izračuna niz drugih veličina.


34

• To su:

– snaga na osovini P,

– moment na osovini M,

– struja I,

– faktor snage cosφ,

– broj okretaja n,

– klizanje s,

– stupanj djelovanja η i

– gubici Pg.


35

Karakteristike opterećenja

Karakteristike opterećenja asinkronog motora

konst.=Uϕcos

ϕcos

ocosϕ


1Po

P

PmP

oP

M

mMM

I

oI

In ns

s

mη

η

η

gPgP

36

• Na slici su posebno označene snaga Po, struja Io i faktor snage cosφo praznog hoda.

• Maksimalni stupanj djelovanja imamo uvijek za snagukoja je manja od maksimalne izlazne snage.

• Maksimalni moment nastupa za još veću ulaznu, a manju izlaznu snagu od maksimalne.


7

37

• Mjerenje električnih veličina provodimo uobičajeniminstrumentima: A-metrima, V-metrima i W-metrima.

• Razvojem elektroničkih instrumenata i sustava zaautomatsku akviziciju podataka takva se mjerenjamogu znatno pojednostaviti.

• Pri klasičnom mjerenju faktor snage se obično računaiz mjerene radne i prividne snage. Pri upotrebielektroničkih instrumenata za mjerenje on je čestojedna od veličina koju određuje sam instrument.


38

Mjerenje klizanja


39

• Klizanje je definirano pomoću sinkrone i stvarne brzinemotora, pa bismo ga u principu mogli odreditimjerenjem tih dviju veličina.

• Za male iznose klizanja to međutim nije dovoljnotočno, pa je potrebno mjeriti klizanje direktno.

• Jedan od načina je mjerenje klizanja stroboskopom.

Mjerenje klizanjaISPITIVANJA I KARAKTERISTIKE

40Mjerenje klizanja stroboskopom

22 =p 42 =p


stroboskopski svjetlosni impulsi zvijezde na osovini pri mjerenju

t

Φ

o1T 1T 1T

n ns1 2

1f

T =

svjetlosni tok

41

• Stroboskop je uređaj koji daje kratke impulse svjetla u točno definiranim vremenskim razmacima T1.

• Na osovini motora povučemo radijalnu crtu od središta osovine do oboda i osvijetlimo iz stroboskopafrekvencijom koja je dvostruko veća od frekvencijenapajanja motora.

• Ako se osovina vrti sinkronom brzinom, tada ćemo naosovini vidjeti mirujuću zvijezdu s onoliko krakova, koliko stroj ima polova.


42

• Ako je brzina vrtnje malo manja od sinkrone, zvijezdaće se polako okretati u smjeru koji je suprotan odstvarnog smjera vrtnje rotora.

• Štopericom mjerimo vrijeme T u kojem zvijezdanapravi N okretaja.

• Frekvencija klizanja (rotora) i klizanje su:


sr 2 fspTNf ==

s

2fTNps =

8

43

• Danas postoje i dovoljno precizni digitalnifrekvencmetri pomoću kojih se klizanje može mjeritiindirektno, mjerenjem brzine vrtnje i frekvencije napajanja.

• Za mala klizanja je potrebna ekstremna točnost takvihinstrumenata (reda veličine 10-6).

• Ovu je točnost mnogo lakše postići ako mjerimo frekvenciju i brzinu pomoću dva brojača, sa zajedničkim izvorom osnovne frekvencije.


44

Mjerenje momenta


45

• Moment na osovini možemo mjeriti indirektno ilidirektno.

• Indirektno moment određujemo tako da motor teretimostrojem za terećenje (to je najčešće električnigenerator), mjerimo ulaznu električnu snagu i od njeodbijemo sve gubitke.

• Moment dobijemo dijeljenjem tako dobivene snage na osovini s kutnom brzinom.

• Ovaj način mjerenja je manje točan od direktnogmjerenja momenta, ali je lakše provediv jer nam za to nije potreban poseban uređaj.

Mjerenje momentaISPITIVANJA I KARAKTERISTIKE

46

δr g PsP =

meh gr gFesCu g PPPPP +++=


snaga u zračnom rasporu

FesCu 1δ PPPP −−=

iz struje i otpora iz pokusa praznog hoda

g1 PPP −=nπ

PM 30=

snaga na osovinis

Pnπ −⋅=1

30

s

47

• Gubitke u željezu PFe i gubitke trenja i ventilacijePg meh odredimo pokusom praznog hoda.

• Gubitke u statorskom namotu PCu s izračunamopomoću mjerene struje i izmjerenog otpora namota.

• Od ulazne snage oduzmemo gubitke u statoru i dobijemo snagu u zračnom rasporu Pδ.

• Pomoću ove snage i klizanja s odredimo električnegubitke u rotoru Pg r .

• Tako dođemo do svih podataka za račun momenta.


48

mehanička veza

Princip rada dinamo-vage


principdjelovanja

pomičnistator

ležaji statora

rotor

ispitivani stroj dinamo-vaga

spojka

motor generator

stator dinamo-vage jemontiran na ležajei može se okretati

Mrn

MmotMs

M=Fl

vaga

krak

F

l

9

49

• Pomoću dinamo-vage mjerimo direktno moment naosovini.

• Dinamo-vaga je električni generator čije je kućištemontirano na ležaje tako da se može zakretati.

• Snagu iz generatora odvodimo (najčešće) naotpornike, a moment na kućište kompenziramo silomna poznatom kraku na kućištu.

• Silu mjerimo običnom vagom.


50

• Mehaničku snagu na osovini dobijemo množenjemiznosa momenta i mehaničke kutne brzine, kojuodredimo iz mjerenog broja okretaja n.

• Dinamo-vaga se obično radi tako da može služiti i za ispitivanje generatora.

• Često nismo u mogućnosti dopremiti stroj u laboratorijna ispitivanje, osobito ako se radi o velikom stroju.

• Tada nam preostaje kao mogućnost indirektnomjerenje momenta ili mjerenje pomoću posebnihuređaja koji se nazivaju mjerne osovine.


51Mjerna osovina


pokazni instrument

stroj zaterećenje

mjerna osovina

ispitivanimotor

M

52

• Mjerna osovina je uređaj koji se umeće između ispitivanog stroja i stroja za terećenje i direktno mjerimoment.

• Stroj za terećenje pri tome može značiti i radnimehanizam koji pogoni ispitivani motor.


53

• Sam davač momenta može se zasnivati na različitimprincipima kao što su:

– piezo-električni,

– magnetostrikcijski,

– induktivni,

– kapacitivni,

– tenzometrijski i tako dalje.


54

• Ponekad, posebno kod velikih strojeva, nije mogućenaknadno ugraditi mjernu osovinu.

• Tada se na pogonsku osovinu direktno mogu nalijepititenzometarske trake, i uz poznata elastična svojstvaosovine odrediti moment.


10

55

• Neki od ovih sustava mjerenja su pogodni za statička snimanja, a neki od njih i za dinamička.

• Kod dinamičkih snimanja treba cijeli sustav pažljivokoncipirati jer torzione vibracije mogu jako utjecati narezultat.

• Mjerenje momenta se obavlja za određivanjekarakteristika kratkog spoja, opterećenja i momenta.


56

Karakteristikamomenta


57

• Karakteristika momenta je jedna od osnovnih vanjskihkarakteristika svakog motora.

• Ona se zato često snima na izvedenim strojevima.

• Uobičajeni način snimanja je točku po točku pomoću dinamo-vage.

Karakteristika momentaISPITIVANJA I KARAKTERISTIKE

58Snimanje karakteristike momenta


karakteristikamotora

karakteristikedinamo-vage

nsno

M

stabilna radna točka

59

• Dinamo-vaga mora imati takve karakteristike da može stabilno raditi u bilo kojoj točki karakteristikeispitivanog motora.

• Kao stroj za terećenje (tj. dinamo vaga) najčešće se koristi kolektorski stroj koji ima široke mogućnosti izbora i regulacije karakteristike momenta.

• Izborom odgovarajućeg režima rada dinamo vagepostižu se potrebne karakteristike tereta.


60

• Snimanje karakteristike momenta točku po točku čestoje dugotrajan i mukotrpan posao.

• Budući da ispitivani stroj pri tome radi duže periode u termički nepovoljnim režimima (uz velika klizanja), ispitivanje se obično mora prekidati i stroj hladiti.

• Umjesto snimanja karakteristike momenta dinamo-vagom (ili mjernom osovinom) snimanje cijelekarakteristike može se izvesti zaletom i deriviranjembrzine vrtnje.


11

61

• Princip ove mjerne metode se zasniva na saznanju daje moment M, koji ubrzava neku zamašnu masu J, proporcionalan kutnom ubrzanju prema relaciji:

• Moment je proporcionalan derivaciji brzine vrtnje povremenu.

tΩJMd

d m=


tnπJ

dd

602

⋅=

62

• Zamašnu masu J možemo izmjeriti pomoću njihala naosovini. Pri tome osim zamašne mase samog rotoramože biti uključen i dodatni zamašnjak.

• Do iznosa momenta dolazimo deriviranjem mjerenebrzine, bez terećenja na osovini.

• Brzinu moramo mjeriti dovoljno točno da bismoderiviranjem dobili ispravne rezultate.


63

• Uz moderne brze sustave za akviziciju podatakadanas je to moguće izvesti digitalizacijom mjerenebrzine i kasnijom numeričkom obradom.

• Kao davač brzine može služiti ili digitalni davač, ilitahogenerator.

• Tahogenerator je mali istosmjerni generator koji nastezaljkama daje napon proporcionalan brzini vrtnje.

• Ranije se to rješavalo snimanjem napona iztahogeneratora (koji je proporcionalan brzini) naoscilograf i grafičkim deriviranjem.


64

• Puno je zgodnije ako na jednu os x-y pisača dovedemo signal proporcionalan brzini vrtnje, a nadrugu os derivaciju tog signala.

• Tako dobijemo odmah grafički prikaz karakteristikemomenta.

• Deriviranje se može provesti odgovarajućimelektroničkim sklopom, ali i jednostavnijim derivatoroms R-C članom.


65Derivator s R-C članom


tahogenerator

R

C

u

i

Ru

q

66


nku TG=konstanta ovisna o

izvedbi tahoeneratora

iRCqu +=

tiR

Ctq

tu

dd1

dd

dd

+⋅=

tnk

tu

dd

dd

TG=

tiR

Ci

dd

+=

tiR

Ci

tnk

dd

dd

TG +=

12

67

+=

tiR

Ci

ktn

dd1

dd

TG


možemo zanemariti ako je R dovoljno malen

Ci

ktn

⋅≅TG

1dd

68

• Napon iz tahogeneratora u je proporcionalan brzinivrtnje n.

• Faktor proporcionalnosti je konstanta kTG ovisna o izvedbi tahogeneratora.

• Uz uvjet da je otpor R malen, možemo zanemaritidrugi član u zagradi, pa je derivacija brzine približnoproporcionalna struji, odnosno padu napona na otporniku.


69Provedba mjerenja momenta motora iz zaleta


zalet do praznog hoda s jednim smjerom vrtnje

mjerena karakteristikanakon reverziranja

M

no snsn−

70

• Pri ovakvom snimanju moramo osigurati da zalet trajedovoljno dugo da bi se mjerena karakteristika moglasmatrati statičkom.

• Krivulja momenta se može smatrati statičkom akozalet motora traje znatno dulje od elektromagnetskevremenske konstante motora koja je određena radnim otporima i rasipnim reaktancijama motora.

• Produljenje zaleta motora se postigne dodatnim zamašnim masama na osovini.


71

• Da se izbjegne prijelazna pojava pri uključenju motora, mjerenje momenta iz zaleta se obavlja od klizanja s =2.

• Motor se priključkom na izvor napona zaleti do točkepraznog hoda vrtnjom u negativnom smjeru.

• Potom mu promijenimo smjer vrtnje.

• U tom momentu prijeđe u režim protustrujnog kočenjate koči od klizanja s =2 dok se ne zaustavi te se zatim zaleti do brzine praznog hoda u pozitivnom smjeru.

• Derivatorom se obično snimi cjelokupan postupak


72

Mjerenje zagrijavanja


13

73

• Asinkroni motori se najčešće grade za trajne pogone.

• Pri tome je jedan od osnovnih kriterija da se stroj prinazivnom opterećenju ne smije zagrijavati iznad granice dopuštene za korištenu klasu izolacije i temperaturu okoline od 40oC.

• Provjera zagrijavanja se provodi tako da se strojoptereti nazivnom snagom dovoljno dugo tako datemperatura u svim dijelovima stroja stagnira.

Mjerenje zagrijavanjaISPITIVANJA I KARAKTERISTIKE

74

• Za male strojeve to može biti relativno kratko vrijeme, dok je za veće strojeve to obično više sati.

• Frekvencija, napon i snaga se cijelo vrijeme morajuodržavati na konstantnoj vrijednosti.

• Nakon što je temperatura stagnirala, zagrijanje se odredi indirektno iz izmjerenih vrijednosti otporastatorskog namota prije i nakon pokusa zagrijavanja.


75

( )ϑϑϑ ∆+= αRR 1a


otpor toplog namota

otpor hladnog namota

temperaturni koeficijent otpora namota

porast temperature

−=∆ 11

aϑ

ϑϑRR

α

76

• Pri izradi prototipova se u stroj obično ugrađujutermoelementi, pa se zagrijanje u pojedinim dijelovimastroja mjeri direktno.

• Kod velikih strojeva se senzori za mjerenjetemperature (češće mjerni otpornici negotermoelementi) ugrađuju u stroj i služe za kontinuiranopraćenje temperature (monitoring).

• Senzori se mogu staviti u glavu i u druge dijelovenamota, a isto tako na odabrana mjesta u paketustatora.


asinhroni ispitivanje

Documents