Overview
Quelle: Ali Bazzi, Department of Electrical Engineering, University of Connecticut, Storrs, CT.
Dieses Experiment zielen darauf ab, die Ersatzschaltung Parameter einen Drehstrom-Asynchronmotor mit dem Ersatzschaltbild pro Phase und Tests ähnlich denen im Transformator Charakterisierung zu finden. In der Elektrotechnik kann eine Ersatzschaltung (oder theoretische Schaltung) für ein bestimmtes System ermittelt werden. Das Ersatzschaltbild behält alle Eigenschaften des ursprünglichen Systems und wird als Modell verwendet, um Berechnungen zu vereinfachen. Ein weiteres Ziel ist den Motor im Großraum lineare Drehmoment-Drehzahl zu betreiben.
Principles
Der Drehstrom-Asynchronmotor wird von dreiphasigen Spannungen oder Ströme, die drei Magnetfelder induzieren gespeist. Diese Felder summieren sich zu einem kumulativen Magnetfeld, das dreht sich im Raum bei konstanter Amplitude und nennt das Stator-Magnetfeld. Das Magnetfeld induziert im Metall Rotorstäbe oder Spulen, die wiederum ihre eigenen Magnetfeld induziert, bezeichnet das Magnetfeld des Rotors. Der Rotor im Inneren des Stators hängt, und das Magnetfeld des Rotors versucht, zum Stator rotierenden Magnetfeld, wodurch des Rotors zu drehen zu sperren. Der Rotor ist in der Regel aus Rotorstäbe gebunden mit Endringe, bilden, was man gemeinhin bekannt als "Käfigläufer."
Die pro Phase Ersatzschaltbild Modelle der Stator und Rotor-Side Wicklung Widerstand R1 und R2, bzw., Leckage Induktivität durch undichte Flussmittel zwischen Rotor und Stator (L1 ist der Stator Leckage Induktivität und L2 ist der Rotor-Leckage-Induktivität), gegenseitige Magnetisierungsstrom Induktivität (Lm oder Reaktanz Xm) und Ummagnetisierungsverluste im Kern Verlust gleichwertige Widerstand RC . Diese sind ähnlich der Transformator Ersatzschaltbild Modell, sondern umfassen die Wirkung des Rotors Magnetfeld Rückstand der Stator, der Schlupf bezeichnet wird.
Um das Ersatzschaltbild Modell des Motors, mehrere Tests zu finden (Leerlauf, gesperrt-Rotor, DC und Last-tests) durchgeführt werden. Diese Tests erfordern die Kenntnis der Motorleistungen. Für die Nennspannung von 208 V bei 60 Hz, sollten die folgenden aus dem Typenschild notiert werden: Steuerpflichtige Energie (hp und W, wo 1 hp = 746 W), Nennstrom (A) und Nenndrehzahl (u/min und rad/s). Aus diesen Bewertungen, dem Nenndrehmoment (nm) finden Sie durch die Aufteilung der Nennleistung in Watt über der Nenndrehzahl in rad/s (1 u/min = 2π/60 rad/s), die nicht auf dem Typenschild dargestellt.
Um die Induktion Maschinenwelle zu laden, ist ein Gleichstromgenerator (Dynamometer Setup) auf die Welle mechanisch gekoppelt. Der Induktionsmotor fungiert als Antriebsmaschine des Generators. Wenn die elektrische Last am Generator zunimmt, nimmt die mechanische Leistung in den Generator und aus der Induktionsmotor, wodurch sich die Last auf der Motorwelle Induktion.
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Procedure
1. DC Test
Beachten Sie, dass eine Drehfeldmaschine Käfigläufer nur Stator Terminals zugänglich.
- Schalten Sie die Low-Power-DC-Stromversorgung und begrenzen Sie den Strom auf 1,8 A.
- Deaktivieren Sie die Lieferung.
- Die Anschlussklemmen über zwei der Induktion motor Klemmen verbinden (mit der Bezeichnung A, B und C).
- Schalten Sie die Stromversorgung und notieren Sie die Ausgangs-Spannung und Strom.
- Wiederholen Sie für die beiden anderen Phase-Kombinationen.
- Beachten Sie, dass der gemessene Widerstand ist für zwei Phasen in Serie, also der Widerstand pro Phase ist die Hälfte der Messung.
2. No-Load-Test
Testen Sie die Induktionsmaschine ohne Last pro Phase magnetisierende Niederlassung Parameter Xm und RC. finden Sicherstellen Sie für diesen Test, dass die Last Dynamometer hat alle seine Terminals getrennt, wo es keinen Strom und keine Last zu unterstützen.
- Stellen Sie sicher, dass die drei-Phasen-Quelle ausgeschaltet ist.
- Überprüfen Sie, dass die VARIAC bei 0 liegt % und dann der VARIAC mit Drehstrom-Steckdose verdrahten und das Setup (Abb. 1 verbinden).
- Vergewissern Sie sich, dass die Schaltung Verbindungen wie in Abb. 1 gezeigt, und schalten Sie dann die drei-Phasen-Quelle.
- Erhöhen Sie schnell die VARIAC Ausgabe bis jeweils die digitalen Stromzähler rund 208 V liest.
- Der Strom, Spannung und aktuelle Messwerte aus beiden Meter aufnehmen.
- Messen Sie die Geschwindigkeit, mit der Strobe-Light (Melodie der Strobe-Light zu einer angemessenen Geschwindigkeit), und beschriften Sie die Messung als ωo.
- Zeichnen Sie das Drehmoment in nm oder Lb·ft lesen, und beschriften Sie die Messung als To , für den Fall, dass das Drehmoment-Wandler oder der Drehmoment-Mess-Apparat nicht gut kalibriert ist. Dies ist der Leerlauf Drehmoment.
- Satz der VARIAC zurück auf 0 % dann schalten Sie die drei-Phasen-Quelle. Überlassen Sie den Rest der Schaltung intakt.
Abbildung 1: elektrische Einrichtung für No-Load Test Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
(3) gesperrt-Rotor Test
Testen Sie die Drehfeldmaschine mit blockiertem Läufer in gewissem Sinne ähnlich dem Kurzschluss-Test eines Transformators. Verwenden Sie diesen Test pro Phase Serie Widerstände und Leckage Induktivitäten zu finden. Sicherstellen Sie für diesen Test, dass die Last Dynamometer hat alle seine Terminals nicht getrennt.
- Stellen Sie sicher, dass die drei-Phasen-Quelle ausgeschaltet ist.
- Prüfen Sie, ob die VARIAC bei 0 %.
- Sperren Sie den Rotor auf der Dynamometer-Seite mit einer mechanischen Klemme oder eine Null-Drehmoment-Einstellung, wenn das Dynamometer digital gesteuert wird.
- Beachten Sie, dass das Setup immer noch ähnlich wie Abb. 1, außer bei blockiertem Läufer.
- Vergewissern Sie sich, dass die Schaltung Anschlüsse wie in Abb. 2 dargestellt.
- Die drei-Phasen-Quelle und der Induktion Maschine Schalter einschalten.
- Langsam und vorsichtig ist Erhöhung der VARIAC bis Nennstroms auf eine oder beide der digitalen Stromzähler erreicht.
- Der Strom, Spannung und aktuelle Messwerte aus beiden Meter aufnehmen.
- Satz der VARIAC zurück auf 0 % dann schalten Sie die drei-Phasen-Quelle. Überlassen Sie den Rest der Schaltung intakt.
Abbildung 2: Setup für Last-Test Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
4. Last Test
Benutzen Sie diesen Test, um die lineare Drehmoment-Drehzahl-Charakteristik der Induktionsmaschine verfolgen. Für diesen Test verwenden das Dynamometer mit einem Shunt-Feld als Generator (mehr auf dieser Betriebszustand wird später in der Gleichstrommaschinen video gegeben, aber der Anker ist der Generator-Ausgangs-Port).
- Stellen Sie sicher, dass die Dreiphasen-Quelle und Induktion Maschine Schalter ausgeschaltet sind.
- Prüfen Sie, ob die VARIAC bei 0 %.
- Entfernen Sie den Sicherungsbügel aus der Rotorwelle.
- Schließen Sie die Schaltung (Abb. 2). Verwenden Sie RL= 300Ω aber SD aus.
- Verwenden Sie nicht die Serienfeld.
- Überprüfen Sie die Schaltung, dann die drei-Phasen-Quelle und der Induktion Maschine Schalter einschalten.
- Erhöhen Sie schnell die VARIAC Ausgabe bis jeweils die digitalen Stromzähler rund 208 V liest.
- Der Strom, Spannung und aktuelle Messwerte aus beiden Meter aufnehmen.
- Messen Sie die Geschwindigkeit und beschriften Sie sie als ω-1. Um die Geschwindigkeit zu messen, passen Sie die "Grob" Frequenz-Knopf auf der Strobe-Light an, bis die Welle fast stationär aussieht und dann optimieren Sie die Frequenzeinstellung mit dem Drehknopf "Fein".
- Aufzeichnen der Drehmoment-Lesung und beschriften Sie sie als T-1.
- Beachten Sie, dass dieser Arbeitspunkt (ω-1, T1) nicht das gleiche wie ohne Last, weil die Feldwicklung auch als eine Last parallel mit dem Anker handelt. Da SD sich später stellte und RL sinkt, ist die Belastung erhöht, da der Laststrom wird mit zunehmendem RL verringert.
- Schalten Sie SD. Messen Sie die Geschwindigkeit und beschriften Sie sie als ω2.
- Aufzeichnen der Drehmoment-Lesung und beschriften Sie sie als T-2.
- Schalten Sie SD. Ändern Sie RL , 200 Ω zu, dann schalten Sie SD.
- Messen Sie die Geschwindigkeit und beschriften Sie sie als ω-3.
- Aufzeichnen der Drehmoment-Lesung und beschriften Sie sie als T-3.
- Schalten Sie SD. Ändern Sie RL auf 100 Ω. Schalten Sie SD.
- Messen Sie die Geschwindigkeit und beschriften Sie sie als ω4.
- Aufzeichnen der Drehmoment-Lesung und beschriften Sie sie als T-4.
- Die VARIAC auf 0 % festgelegt, schalten Sie die drei-Phasen-Quelle und zerlegen der Schaltung.
AC-Asynchronmotoren sind die Arbeitspferde der modernen Industrie sind einfach, robust und zuverlässig. Asynchronmotor hat nur zwei Hauptteile. Der erste ist der stationäre Teil, genannt Stator, bestehend aus feststehenden Spulen um einen Hohlraum. Ausgesetzt in der Kavität wird der Rotor, der ein paar Endringe Begrenzung einer zylindrischen Anordnung der Balken ist. Dies ist häufig der Käfigläufer bezeichnet. Die elektrischen Parameter dieser beiden Komponenten geben Auskunft über die Effizienz des Motors und die Beziehung zwischen Drehmoment und Drehzahl. Dies ist wichtig für die Bestimmung der besten Motorgröße und Typ für eine Anwendung. Dieses Video wird Grundkenntnisse über Induktion Motorbetrieb und demonstrieren, wie eine Ersatzschaltbild Modell für eine Drehstrom-Asynchronmotor zu bestimmen.
Ein dreiphasiger AC Induktionsmotor verwendet drei-Phasen-Power mit jeder Phase einen eigenen separaten Satz von Statorspulen verbunden. Die Spulen sind in einem Muster angeordnet, die für jede Phase von geliefertem Strom ein Magnetfeld erzeugt. Das resultierende Netto Magnetfeld, genannt das Stator-Magnetfeld dreht sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit. Die rotierenden magnetischen Fluss induziert in den Rotor, ähnlich der Weise, dass ein Transformator macht aus der Primärspule die sekundäre überträgt aktuelle. Der Strom durch die Gitterstäbe des Käfigs Eichhörnchen schafft wiederum sein eigenes Magnetfeld, das Magnetfeld induzierte Rotor genannt. Die Interaktion zwischen diesen beiden Bereichen produziert eine Kraft auf dem Rotor, welche Ursachen das Stator-Magnetfeld folgen soll. Wie ein Bügeleisen bar Anschluss an die Magneten um ihn herum. Wenn der Rotor genau das magnetische Feld, wie diese Bar folgt ist der Motor synchron. Im Asynchronmotor hinkt der Rotor das Stator-Magnetfeld. Diese Verzögerung, Slip, genannt verursacht Asynchronmotoren asynchron sein. So schaltet der Induktionsmotor immer langsamer als die synchrone Drehzahl. Drehmoment steigt mit abnehmender Slip oder sinkender Motordrehzahl von synchronen, bis irgendwann das Kippmoment aufgerufen. Mit dem Zusatz von einer Last sinkt die Drehzahl bei zunehmendem Schlupf, resultierende Drehmoment zu verringern. Die folgenden Experimente zeigen, wie zu verschiedenen elektrischen Parameter des Induktionsmotors zu messen, um den Motor mit Hilfe einer Ersatzschaltung Modells zu beschreiben.
Jede der folgenden Tests erfordert Kenntnisse über die Rotor-Bewertungen, die auf dem Motor-Typenschild aufgedruckt sind. Die Nennspannung von 208 Volt bei 60 Hertz aufnehmen der Nennleistung in PS und Watt. Auch aufzeichnen des Nennstroms in Ampere und der Nenndrehzahl in beiden Umdrehungen pro Minute und Bogenmaß pro Sekunde. Das Nenndrehmoment kann berechnet und ist gleich der Nennleistung geteilt durch die Nenndrehzahl. Hier fährt die Induktion Motorwelle ein Gleichstromgenerator. Die elektrische Belastung der Gleichstromgenerator bezieht sich direkt auf die mechanische Leistung hinein. Und wiederum fungiert als die mechanische Belastung der Induktionsmotor. Zuerst legen Sie die DC Power Supply Strombegrenzung auf 1,8 Ampere, dann schalten Sie ihn aus. Dieser DC-Test misst den Widerstand der nur den Stator Wicklung da nur die Stator-Klemmen für ein Eichhörnchen-Käfig-Induktionsmotor zugänglich sind. Verbinden Sie die Stromversorgung über Stator Terminals A und B. Turn am Netzteil und zeichnen Sie seine Ausgangsspannung und Strom. Wiederholen Sie diesen Vorgang für die anderen zwei-Phasen-Kombinationen, B und C, und C und A. Berechnen Sie für jede Phase Kombination den Widerstand durch Division Ausgangsspannung durch Ausgangsstrom. Das Ergebnis sei für zwei Phasen in Serie, so dass die pro Phasenwiderstand R1, ist die Hälfte dieses Wertes. Der Stator Wicklungswiderstand hängt von der Motorleistung und sechs Ohm für diesen Motor.
Testen der Induktionsmotor mit Leerlauf Messungen für weitere Berechnungen benötigt. Trennen Sie zuerst, alle Klemmen der Gleichstromgenerator oder Dynamometer, so dass es kein Strom erzeugt und keine mechanischen Belastung auf die Induktionsmotor liefert. Montieren Sie mit der drei-Phasen-Power-Quelle aus das Gerät. Satz der variac auf 0 % ausgegeben und verbinden Sie es mit der Drehstrom-Steckdose. Schalten Sie Drehstrom- und erhöhen Sie die variac Ausgabe schnell zu, bis jeweils die digitalen Stromzähler etwa 208 Volt liest. Notieren Sie den Strom, Spannung und Strommessungen von beiden Meter. Die Summe der Leistung von zwei digitalen Stromzähler gemessen ist der Stromverbrauch durch die drei Phasen gemeinsam handeln. 1/3 davon ist die Macht in einer Phase. Zeichnen Sie das Drehmoment des Motors und benennen Sie es t-Zero, den Leerlauf Drehmoment. Wenn der Drehmoment-Messung-Apparat nicht gut kalibrierten, t-Zero ist kann nicht unbedingt gleich Null. Als Nächstes verwenden ein Stroboskop, um Drehzahl des Motors mit Leerlauf zu messen, die in der Nähe die synchrone Drehzahl von 1.800 u/min. Passen Sie den Kurs und finden Sie Frequenz-Regler zu, bis die Welle stationäre aussieht. Drehzahl des Motors ist in der Regel zwischen der Nenndrehzahl auf dem Typenschild und die synchrone Drehzahl. Die Leerlauf eckige Rotationsgeschwindigkeit, Omega Null umwandeln Sie die Blitzlicht-Frequenz von RPMs. Zurücksetzen Sie variac auf 0 % Leistung, dann schalten Sie die drei-Phasen-Stromversorgung. Überlassen Sie den Rest des Geräts intakt.
Der blockiertem Läufer-Test misst die elektrischen Parameter, wenn der Motor ist fest und nicht in der Lage zu drehen. In diesem Zustand kommt der größte Unterschied zwischen Rotor und Stator in Bewegung. Verwenden Sie für diesen Test den Satz von der No-load Test und trennen Sie alle Terminals der Gleichstromgenerator oder Dynamometer. Mit der 3-Phasen-ausgeschaltet und variac bei 0 % ausgeben, den Rotor auf der Seite des DC-Motors mit der mechanischen Sperren. Mit Ausnahme der gesperrten Rotor ist das Gerät das gleiche wie für die Leerlaufprüfung. Drei-Phasen-Power und der Induktionsmotor einschalten. Steigern Sie langsam die variac Ausgabe auf den Nennstrom auf die digitalen Stromzähler. Notieren Sie den Strom, Spannung und Strom von beiden Meter. Zu beenden, variac zurück auf 0 % festgelegt, dann schalten Sie die dreiphasige Stromversorgung.
Effektiv, die Statorwicklung erfüllt die gleiche Funktion wie die Primärspule eines Transformators, und der Rotor ist gleichbedeutend mit der Sekundärwicklung. Der Motor kann daher mit einem Ersatzschaltbild ähnlich dem eines Transformators modelliert werden. Aber die Schaltung ist vereinfacht, um den idealen Transformator Teil entfernen und bezieht sich auf die Rotor-Komponenten als ein Spiegelbild des Stators. Das Ersatzschaltbild pro Phase umfasst den Stator Wicklungswiderstand, R1, berechnet aus dem DC-Test. Der Stator weist auch Widerstand gegen Veränderungen in Strom und Spannung der Reaktanz X1 genannt. Die Rotor-Parameter sind von den Stator, einschließlich des reflektierten Widerstands R2 Prime, reflektiert und Rotor reflektiert Reaktanz, X2 prime. Die gegenseitige Magnetisierungsstrom Reaktanz, ist XM-Parameter ein Äquivalent für den magnetischen Fluss in den Luftspalt zwischen Rotor und Stator. Zu guter Letzt Stromausfall tritt zwischen Stator und Rotor, und ist als der Kern Verlust gleichwertige Widerstand, RC modelliert. Alle diese Werte errechnet werden aus den Tests unter Beweis gestellt und werden in die Tests-Protokoll im Detail.
AC-Asynchronmotoren sind in einer Vielzahl von Anwendungen aufgrund ihrer Einfachheit, Robustheit und Zuverlässigkeit weit verbreitet. Asynchronmotor wird oft basierend auf seine lineare Drehmoment-Drehzahl unter einer wechselnden mechanischen Belastung ausgewählt. Der Auslastungstest zeichnet die lineare Geschwindigkeit Drehmomentcharakteristik als mechanische Lastwechsel. Für diesen Test, DC-Generator oder Dynamometer ist mit der Induktionsmotor verbunden, so dass es eine kontrollierte Ladung auf dem Rotor. Das Gerät ist mit einem Lastwiderstand R-L, 300, 200 und 100 Ohm montiert. Der Strom, Spannung und Strommessungen werden von den angeschlossenen Metern aufgezeichnet. Dann werden die lesen Drehmoment und Drehzahl mit und ohne den Lastwiderstand gemessen. Ein Grundstück der Induktion motor Drehmoment Geschwindigkeit Merkmale werden wie diese Kurven für die vier Klassen der NEMA-Motoren. Ein Elektronenmikroskop erfordert eine evakuierte Kammer das Beispiel enthalten und nutzt eine Vakuum-Pumpe, die einen kleinen Induktionsmotor haben können. Des Vakuums in der Kammer ermöglicht die Übertragung von Elektronen auf die Probe, und aus der Probe an dem bildgebenden Gerät. Zu guter Letzt können Drehmaschinen und andere mechanische Werkstatt-Ausrüstung leistungsfähigere Drehstrom-Asynchronmotoren. Wegen ihrer Einfachheit und mangelnde mechanische Kommutierung widersteht Asynchronmotoren starke Nutzung mit weniger Wahrscheinlichkeit des Scheiterns. Diese Robustheit ist ein klarer Vorteil bei der Herstellung von Metallteilen.
Sie habe nur Jupiters Einführung in AC-Asynchronmotoren beobachtet. Sie sollten nun das Grundprinzip der Bedienung und Gewusst wie: führen Sie die Tests zu bestimmen, deren Ersatzschaltbild Parameter verstehen.
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Results
Ein häufiger Fehler bei der Suche nach dem Ersatzschaltbild Parameter der Induktion Maschinen soll der Drehstrom-gemessene Leistung in Berechnungen von der pro Phase Ersatzschaltbild verwenden, während ein Drittel der Energie verwendet werden soll: drei Phasen der gemessene Strom verbrauchen und so ist ein Drittel der Energie in einer Phase.
Berechnungen der Ersatzschaltung Parameter sind ähnlich denen der Transformatoren, aber es ist üblich, X1 geteilt und X2' pro NEMA Rahmen der Maschine. Zum Beispiel, wenn der Motor NEMA Frame A oder D, dann X1 und X2' gelten als gleich, während, wenn der Motor NEMA Rahmen B, dann X1 ist und X2' als 40 % und 60 % der XEq aufgeteilt werden , beziehungsweise, und wenn der Motor von NEMA ist frame-C, dann X1 und X2" sind bis zu 30 % aufgeteilt und 70 % von XEq, bzw.. Es wird erwartet, finden, dass X1 und X2' 1-10 % der Xm, R1 und R2" sind in der Größenordnung von mΩ, mehrere Ω abhängig von der Motorleistung Rating und RC wäre, in der Größenordnung von zehn bis Hunderte von Ω, da es mehrere Größenordnungen größer als R-1 und R2'.
Linearen Bereichs der Induktion motor Drehmoment-Drehzahl-Kurve findet sich mit dem Last-Test und Volllast- oder Tarif Bedingungen von Leerlauf extrapoliert werden können. Eine typische Drehmoment-Drehzahl-Kurve zeigt Abb. 3 für mehrere NEMA Rahmen und linearen Bereichs ist die am weitesten rechts-Region in der Nähe von 90-100 % Geschwindigkeit.
Abbildung 3 : Typische Drehmoment-Drehzahl-Kurven für verschiedene NEMA Rahmen Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
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Applications and Summary
Vor allem Asynchronmotoren, Drehstrom-Induktion Maschinen sind die Arbeitspferde der modernen Industrie. Entsprechend charakterisieren Asynchronmotor bietet Ingenieuren und Technikern mit Informationen des Motors Wirkungsgrad und Drehmoment-Drehzahl-Eigenschaften. Sie sind unverzichtbar bei der Bestimmung der Motorgröße und Rahmen am besten passt eine Anwendung. Sobald ein Motor zeichnet sich und die Drehmoment-Drehzahl-Kurve von Ersatzschaltbild Parameter mit Hilfe der beschriebenen Tests bekannt ist, haben verschiedene NEMA Rahmen verschiedene Kurvenformen. Beispielsweise erfordert eine Aufzug Anwendung hoher beginnend Drehmoment; Frames, z. B. NEMA Rahmen D, eignen sich deshalb mehr als A oder b. Umgang mit der Induktionsmotor integrale Bestandteile von größeren Systemen, die erhebliche Mengen an Energie (z.B., Kühlaggregate) verbrauchen, zu wissen, das Ersatzschaltbild Parameter eines Motors bieten gute Schätzungen der Wirkungsgrad des Motors und seiner Beitrag zum Energieverbrauch in diesem größeren System.
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