Overview
Source : Ali Bazzi, département de génie électrique, Université du Connecticut, Storrs, CT.
Les objectifs de cette expérience sont de trouver les paramètres du circuit équivalent d’un moteur à induction triphasé utilisant le circuit équivalent par phase et des tests similaires à celles utilisées pour la caractérisation de transformateur. En génie électrique, un circuit équivalent (ou circuit théorique) peut être déterminée pour un système donné. Le circuit équivalent conserve toutes les caractéristiques du système original et est utilisé comme modèle pour simplifier les calculs. Un autre objectif est de faire fonctionner le moteur dans la région de couple-vitesse linéaire.
Principles
Le moteur à induction triphasé est alimenté par des tensions triphasées ou courants qui induisent des trois champs magnétiques. Ces champs s’additionnent à un champ magnétique cumulatif, qui tourne dans l’espace à amplitude constante et est appelé le champ magnétique du stator. Le champ magnétique induit actuel dans les bars de rotor métalliques ou bobines, ce qui à son tour provoquent leur propre champ magnétique, appelé le champ magnétique du rotor. Le rotor se bloque à l’intérieur du stator, et le champ magnétique de rotor essaie de verrouiller au champ tournant stator magnétique, entraînant le rotor de tourner. Le rotor est généralement fait de barres rotor enfilés et anneaux d’extrémité, formant ce que l'on appelle communément une « cage d’écureuil ».
Le circuit équivalent par phase modélise le côté stator et rotor d’enroulement résistance R1 et R2, respectivement, l’inductance de fuite en raison des flux de fuite entre le rotor et le stator (L1 est le stator inductance de fuite et L2 est l’inductance de fuite du rotor), mutuelle magnétisant inductance (L,m ou réactance Xm) et des pertes de base dans la résistance équivalente de la perte de base RC . Ceux-ci sont similaires au modèle de circuit équivalent du transformateur, mais comprennent l’effet de décalage de champ magnétique du rotor derrière le stator, qui est appelé feuillet.
Afin de trouver le modèle de circuit équivalent du moteur, plusieurs essais (essais à vide, rotor bloqué, DC et charge) doit être effectuée. Ces tests requièrent la connaissance des cotes moteurs. Pour la tension nominale de 208 V à 60 Hz, ce qui suit est à noter vers le bas de la plaque signalétique : puissance nominale (hp et W, où 1 hp = 746 W), courant (A) et vitesse (tr/min et rad/s). De ces évaluations, le couple nominal (N·m) peut être trouvé en divisant la puissance nominale en Watts au-dessus de la vitesse nominale en rad/s (1 tr/min = 2π/60 rad/s), qui ne figure pas sur la plaque signalétique.
Pour charger l’axe de machine à induction, un générateur de C.C (configuration du dynamomètre) est mécaniquement couplé à l’arbre. Le moteur à induction agit comme l’auteur principal de l’alternateur. Comme la charge électrique augmente sur le générateur, la puissance mécanique augmente dans le générateur et le moteur à induction, ce qui augmente la charge sur l’arbre du moteur induction.
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Procedure
1. DC Test
Notez qu’une machine à induction à cage a seulement stator bornes accessibles.
- Allumez l’alimentation CC de faible puissance et de limiter le courant à 1,8 A.
- Couper l’alimentation.
- Relier les bornes d’alimentation à travers deux des bornes du moteur de l’induction (marqués A, B et C).
- Allumez l’alimentation et d’enregistrer la tension de sortie et le courant.
- Répétez pour les deux autres combinaisons de phase.
- Notez que la résistance mesurée est pour deux phases dans la série, la résistance par phase est donc la moitié de la mesure.
2. sans charge Test
Tester la machine d’induction n’étant pas chargé de trouver les paramètres par phase de la branche magnétisante Xm et RC. Pour ce test, assurez-vous que le banc de charge a tous ses bornes déconnectées, où il est ne générer aucune puissance et ne supporter aucune charge.
- Assurez-vous que la source triphasée est désactivé.
- Vérifiez que le thyristor est à 0 % puis câblez le thyristor à la prise de courant triphasé et raccorder l’installation (Fig. 1).
- Vérifiez que les connexions du circuit tel qu’illustré à la Fig. 1 et puis allumez la source triphasée.
- Augmenter rapidement la sortie transfo variable jusqu'à ce que chacun des compteurs numériques de puissance indique environ 208 V.
- Enregistrer la puissance, la tension et des lectures actuelles de deux mètres.
- Mesurer la vitesse à l’aide de la lampe stroboscopique (tune la lampe stroboscopique à une vitesse raisonnable) et étiqueter la mesure comme ωo.
- Enregistrer le couple lecture en N·m ou lb·pi et étiqueter la mesure comme To juste au cas où le capteur de couple ou des appareils de mesure de couple ne sont pas bien calibrés. C’est le couple à vide.
- Ensemble le VARIAC retour à 0 % puis éteignez la source triphasée. Le reste du circuit laisse intacte.
Figure 1 : installation électrique pour test à vide S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
3. Rotor bloqué Test
Tester la machine à induction avec un rotor bloqué d’une manière similaire à l’essai de court-circuit d’un transformateur. Ce test permet de trouver les résistances série par phase et inductances de fuites. Pour ce test, assurez-vous que le banc de charge a tous ses bornes déconnectées.
- Assurez-vous que la source triphasée est désactivé.
- Vérifiez que le thyristor est à 0 %.
- Bloquer le rotor du côté du banc à rouleaux à l’aide d’une pince mécanique ou un zéro-couple de serrage, si le banc est contrôlé numériquement.
- Notez que la configuration est encore semblable à celui de la figure 1, sauf avec un rotor bloqué.
- Vérifiez que les connexions du circuit sont tel qu’illustré à la Fig. 2.
- Allumez la source triphasée et le commutateur de machine à induction.
- Lentement et avec précaution augmentation le VARIAC jusqu'à ce que le courant nominal est atteinte sur un ou les deux les wattmètres numériques.
- Enregistrer la puissance, la tension et des lectures actuelles de deux mètres.
- Ensemble le VARIAC retour à 0 % puis éteignez la source triphasée. Le reste du circuit laisse intacte.
Figure 2 : configuration de test de charge S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
4. Test de charge
Ce test permet de tracer la caractéristique couple-vitesse linéaire de la machine d’induction. Pour ce test, utiliser le banc à rouleaux avec un shunt-champ en tant que générateur (plus d’informations sur cette condition d’exploitation est donnée plus tard dans les machines DC vidéo, mais l’armature est le port de sortie du générateur).
- Assurez-vous que la source triphasée et commutateur de machine à induction sont désactivés.
- Vérifiez que le thyristor est à 0 %.
- Retirer le collier de serrage de l’arbre du rotor.
- Raccordez le circuit (Fig. 2). Utiliser RL= 300Ω mais garder SD arrêt.
- N’utilisez pas le champ de la série.
- Vérifier le circuit, puis allumez la source triphasée et le commutateur de machine à induction.
- Augmenter rapidement la sortie transfo variable jusqu'à ce que chacun des compteurs numériques de puissance indique environ 208 V.
- Enregistrer la puissance, la tension et des lectures actuelles de deux mètres.
- Mesurer la vitesse et l’étiquette en tant que ω1. Pour mesurer la vitesse, réglez le bouton de fréquence de « Grossière » sur la lampe stroboscopique jusqu'à ce que l’arbre semble quasi stationnaire et ensuite affiner le réglage de la fréquence à l’aide du bouton « Fine ».
- Inscrire la mesure du couple et l’étiquette en tant que T1.
- Notez que ce point de fonctionnement (ω1, T1) n’est pas la même que sans charge, parce que l’inducteur exercera également une charge en parallèle avec l’induit. Lorsque SD est défini par la suite et RL est réduite, la charge est augmentée car le courant de charge augmente à mesure que diminue RL .
- Allumez SD. Mesurer la vitesse et l’étiquette en tant que ω2.
- Inscrire la mesure du couple et l’étiquette en tant que T2.
- Couper SD. Changer de RL à 200 Ω, puis tournez sur SD.
- Mesurer la vitesse et l’étiquette comme ω3.
- Inscrire la mesure du couple et l’étiquette comme T3.
- Allumez SD. Remplacez 100 Ω. Allumez SDRL .
- Mesurer la vitesse et l’étiquette en tant que ω4.
- Inscrire la mesure du couple et l’étiquette comme T4.
- Définir le thyristor à 0 %, éteignez la source triphasée et démonter le circuit.
Moteurs à Induction AC sont les chevaux de trait de l’industrie moderne, car ils sont simples, robustes et fiables. Un moteur à induction comporte seulement deux parties principales. La première est la partie fixe, appelée stator, qui est constitué de bobines fixes autour d’une cavité. Suspendus dans la cavité est le rotor, qui est une paire d’anneaux d’extrémité couvrant un arrangement cylindrique de barres. Ceci est souvent appelé la cage d’écureuil. Les paramètres électriques de ces deux composants renseignent sur l’efficacité du moteur et de la relation entre le couple et vitesse. Ceci est essentiel pour déterminer la meilleure taille de moteur et le type d’une application. Cette vidéo, présentent les bases du fonctionnement du moteur induction et démontrer comment déterminer un modèle de circuit équivalent pour un moteur à induction triphasé.
Un moteur à induction triphasé AC utilise le courant triphasé avec chaque phase connectée à son propre ensemble distinct des bobines de stator. Les bobines sont disposées selon un schéma qui génère un champ magnétique pour chaque phase de l’alimentation. Le champ magnétique net résultant, appelé le champ magnétique du stator, tourne avec une vitesse angulaire constante. Le flux magnétique rotatif induit le courant dans le rotor, de la même manière qu’un transformateur transfère le pouvoir de la bobine primaire au secondaire. Le courant à travers les barreaux de la cage d’écureuil à son tour crée son propre champ magnétique, appelé le champ magnétique induit du rotor. L’interaction entre ces deux champs produit une force sur le rotor, qui provoque est de suivre le champ magnétique du stator. Comme un fer à repasser bar suivant les aimants autour d’elle. Si le rotor suit exactement le champ magnétique, comme cette barre, puis le moteur est synchrone. Toutefois, dans un moteur à induction, le rotor est en retard le champ magnétique du stator. Ce décalage, appelé feuillet, provoque des moteurs à induction soit asynchrone. Ainsi, le moteur à induction sera toujours tourner plus lentement que la vitesse synchrone. Couple de serrage augmente avec la diminution de glissement, ou que la vitesse du moteur diminue de synchrone jusqu'à un certain point appelé le couple de décrochage. Avec l’ajout d’une charge, la vitesse de rotation diminue avec l’augmentation de glissement, ce qui diminue le couple. Les expériences suivantes montrera comment mesurer divers paramètres électriques du moteur induction afin de décrire le moteur à l’aide d’un modèle de circuit équivalent.
Chacun des tests suivants nécessite connaissance des cotes du rotor, qui sont imprimées sur la plaque signalétique du moteur. Pour la tension nominale de 208 volts à 60 hertz, enregistrer la puissance nominale en HP et watts. Également enregistrer l’intensité nominale en ampères et la vitesse nominale dans les deux tours / minute et radians par seconde. Le couple nominal peut être calculé et est égal à la puissance nominale divisée par la vitesse nominale. Ici, l’arbre du moteur induction entraîne un générateur de DC. La charge électrique du générateur DC est directement liée à la puissance mécanique dedans. Et à son tour, sert la charge mécanique sur le moteur à induction. Tout d’abord, définissez la limite de courant DC puissance d’alimentation à 1,8 ampères, puis il s’éteint. Ce test DC mesure la résistance de juste le stator d’enroulement étant donné que les terminaux de stator sont accessibles pour un moteur à induction squirrel cage. Connectez la sortie de l’alimentation sur les bornes du stator A et B. Tournez sur l’alimentation et enregistrer sa tension de sortie et le courant. Répétez cette procédure pour les autres combinaisons de deux phases B et C et C et A. Pour chacune des combinaisons phase, calcule la résistance en divisant la tension de sortie de courant de sortie. Le résultat pour les deux phases dans la série, donc le per résistance de phase, R1, est la moitié de cette valeur. La résistance de bobinage stator dépend de la puissance moteur nominale et six ohms pour ce moteur.
Tester le moteur à induction avec sans charge d’obtenir des mesures nécessaires pour les calculs de plus loin. Tout d’abord, déconnecter toutes les bornes du générateur DC ou dynamomètre, afin qu’il ne génère aucun pouvoir et fournit sans charge mécanique pour le moteur à induction. Avec la source d’alimentation triphasée off, assembler l’appareil. Régler le transfo variable à 0 % de sortie et branchez-le sur la prise triphasée. Rétablissez le courant triphasé et augmenter rapidement la sortie transfo variable jusqu'à ce que chacun des compteurs numériques de puissance indique environ 208 volts. Enregistrer la puissance, la tension et les mesures de courant de deux mètres. La somme de la puissance mesurée par les deux wattmètres numériques est la puissance consommée par les trois phases agissant ensemble. 1/3 de la présente est la puissance en une seule phase. Enregistrer le couple du moteur et désignez-le t nul, le couple à vide. Si l’appareil de mesure de couple n’est pas bien calibré, t-zero ne peut pas nécessairement égal à zéro. Ensuite, utilisez une lumière stroboscopique pour mesurer la vitesse de rotation du moteur à vide, qui est proche de sa vitesse de synchronisme de 1 800 tr/min. Ajuster le cours et trouver des boutons de fréquence jusqu'à ce que l’arbre semble stationnaire. La vitesse du moteur se situe habituellement entre la vitesse nominale sur la plaque signalétique et la vitesse synchrone. Convertir la fréquence de la lumière stroboscopique de RPM à la vitesse de rotation angulaire à vide, omega zéro. Définir l’arrière variac pour sortie de 0 %, puis coupez l’alimentation triphasée. Laisser le reste de l’appareil intact.
Le test de blocage du rotor mesure les paramètres électriques lorsque le moteur est fixe et incapable de tourner. Dans cet État, la plus grande différence en mouvement entre le rotor et le stator champ se produit. Pour ce test, épuiser l’ensemble de l’essai à vide et débrancher toutes les bornes du générateur DC ou banc à rouleaux. Avec la tension triphasée coupée et le transfo variable à 0 % de la production, bloquer le rotor côté moteur DC avec la pince mécanique. Sauf pour le blocage du rotor, l’appareil est le même que pour l’essai à vide. Allumez l’alimentation triphasée et le moteur à induction. Augmentez lentement la sortie transfo variable vers le courant nominal sur les mesureurs de puissance numérique. Enregistrer la puissance, tension et courant de deux mètres. Pour finir, le dos variac à 0 %, ensuite couper le courant triphasé.
Effectivement, l’enroulement du stator exécute la même fonction que la bobine primaire d’un transformateur, et le rotor est équivalent à l’enroulement secondaire. Le moteur peut donc être modélisé à l’aide d’un circuit équivalent semblable à celui d’un transformateur. Cependant, le circuit est simplifié afin de supprimer la partie transformateur idéal et désigne les composants du rotor comme un reflet du stator. Le circuit équivalent par phase comprend la résistance bobinage stator, R1, calculée à partir de l’essai de DC. Le stator présente aussi l’opposition aux changements de courant et de tension appelée la réactance X1. Les paramètres du rotor sont réfléchies par le stator, y compris la résistance réfléchie, premier R2 et rotor reflète la réactance, d’excellents X2. La mutuelle magnétisant réactance, paramètre XM est un équivalent pour le flux magnétique dans l’entrefer entre le rotor et le stator. Enfin, une perte de puissance se produit entre le stator et le rotor et est modélisée comme la résistance équivalente de noyau perte, RC. Toutes ces valeurs peuvent être calculées à partir des essais ont démontré et sont détaillées dans le protocole de tests.
Moteurs à induction AC sont largement utilisés dans une variété d’applications, en raison de leur simplicité, robustesse et fiabilité. Un moteur à induction est souvent sélectionné selon sa vitesse linéaire couple sous une charge mécanique changeante. Le test de charge retrace la caractéristique de vitesse couple linéaire comme les changements de charge mécanique. Pour ce test, un générateur de C.C ou dynamomètre, est relié au moteur induction afin qu’il fournisse une charge contrôlée sur le rotor. L’appareil est assemblé avec une résistance de charge, R-L, 300, 200 ou 100 ohms. La puissance, la tension et les mesures de courant sont enregistrées au moyen du connecté. Puis, le couple de lecture et la vitesse de rotation sont mesurées avec et sans la résistance de charge. Une parcelle des caractéristiques de vitesse de couple du moteur induction sera comme ces courbes pour les quatre catégories de moteurs NEMA. Un microscope électronique nécessite une chambre sous vide pour contenir l’échantillon et utilise une pompe à vide qui peuvent avoir un moteur à induction petit. Le vide dans la chambre permet la transmission d’électrons à l’échantillon et de l’échantillon à l’appareil d’imagerie. Enfin, tours et autres équipements d’atelier d’usinage peuvent utiliser des moteurs à induction triphasés à plus puissants. En raison de leur simplicité et leur manque de commutation mécanique, moteurs à induction peuvent résister à un usage intensif avec moindre probabilité de défaillance. Cette robustesse est un net avantage lors de la fabrication de pièces métalliques.
Vous avez juste regardé introduction de Jove pour moteurs à induction AC. Vous devez maintenant comprendre le principe de fonctionnement et comment effectuer les tests afin de déterminer leurs paramètres de circuit équivalent.
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Results
Une erreur commune à trouver les paramètres du circuit équivalent de machines d’induction consiste à utiliser la puissance mesurée moteur triphasé dans les calculs du circuit équivalent par phase, alors qu’un tiers de la puissance doit être utilisé : trois phases consomment la puissance mesurée, et ainsi, un tiers de la puissance est en une seule phase.
Calculs des paramètres du circuit équivalent sont semblables à celles des transformateurs, mais il est courant de séparer X1 et X2' par l’image de NEMA de la machine. Par exemple, si le moteur est bien cadre NEMA A ou D, alors X1 et X2' sont censés pour être égaux, tandis que si le moteur est bien cadre NEMA B, alors X1 et X2' sont divisés en 40 % et 60 % de Xeq , respectivement, et si le moteur est de NEMA frame C, alors X1 et X2' sont divisés en 30 % et 70 % des Xeq, respectivement. On s’attend à trouver que X1 et X2' sont de 1 à 10 % de Xm, R1 et R2' sont de l’ordre de mΩ à plusieurs Ω fonction de la notation de l’alimentation du moteur, et RC serait de l’ordre de quelques dizaines à des centaines de Ω, comme il est de plusieurs ordres de grandeur plus grands que R1 et R2'.
La région linéaire de la courbe de couple-vitesse du moteur d’induction est trouvée en utilisant le test de charge et peut être extrapolée à partir à vide à des conditions de pleine ou taux-charge. Une courbe de couple-vitesse typique est indiquée en Fig. 3 pour plusieurs trames de NEMA et la région linéaire est la région la plus à droite près de la vitesse de 90 à 100 %.
Figure 3 : Courbes de couple-vitesse typique pour les divers cadres de NEMA S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
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Applications and Summary
Machines à induction triphasés, moteurs à induction en particulier, sont les chevaux de trait de l’industrie moderne. Caractériser correctement un moteur à induction fournit des ingénieurs et techniciens des renseignements sur l’efficacité et les caractéristiques couple-vitesse du moteur. Ceux-ci sont essentiels pour déterminer quelle taille de moteur et châssis meilleur correspond à une demande. Une fois un moteur est caractérisé et la courbe couple-vitesse est connue des paramètres du circuit équivalent à l’aide d’essais décrits, différents cadres de NEMA ont des formes de courbe différente. Par exemple, une application ascenseur nécessite couple de demarrage-haute ; donc, les images, telles que le cadre de NEMA D, sont plus adaptés que A ou b. Lorsqu’il s’agit intégrante du moteur induction de plus grands systèmes qui consomment des quantités considérables d’énergie (p. ex., refroidisseurs), connaissant les paramètres du circuit équivalent d’un moteur peut fournir des bonnes évaluations de l’efficacité du moteur et de ses contribution à la consommation d’énergie dans ce système plus vaste.
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