Overview
מקור: עלי באזי, המחלקה להנדסת חשמל, אוניברסיטת קונטיקט, סטורים, CT.
מטרות הניסוי הן למצוא את הפרמטרים המעגליים המקבילים של מנוע אינדוקציה תלת פאזי באמצעות המעגל המקביל לכל שלב ובדיקות דומות לאלה המשמשות באפיון שנאי. בהנדסת חשמל, ניתן לקבוע מעגל שווה ערך (או מעגל תיאורטי) עבור מערכת נתונה. המעגל המקביל שומר על כל המאפיינים של המערכת המקורית, ומשמש כמודל כדי לפשט את החישובים. מטרה נוספת היא להפעיל את המנוע באזור מהירות המומנט הליניארי.
Principles
מנוע האינדוקציה המשולש ניזון ממתחים תלת פאזיים או זרמים הגורמים לשלושה שדות מגנטיים. שדות אלה מסתכמים בשדה מגנטי מצטבר, המסתובב בחלל במשרעת מתמדת ומכונה השדה המגנטי סטטור. השדה המגנטי גורמת לזרם בפסי רוטור מתכת או סלילים, אשר בתורו לגרום לשדה המגנטי שלהם, המכונה השדה המגנטי רוטור. הרוטור תלוי בתוך הסטטור, והשדה המגנטי של הרוטור מנסה להינעל על השדה המגנטי המסתובב, מה שגורם לרוטור להסתובב. הרוטור עשוי בדרך כלל מפסי רוטור הקשורים בטבעות קצה, ויוצרים את מה שמכונה בדרך כלל "כלוב סנאי".
המעגל המקביל לכל שלב מדגים את ההתנגדות המתפתלת בצד הסטטור והרוטור R1 ו- R2,בהתאמה, אינדוקציה של דליפה עקב שטף דלף בין הרוטור לסטטור (L1 הוא אינדוקציה דולפת סטטור, ו- L2 הוא אינדוקציה דולפת רוטור), אינדוקציה ממגנט הדדית (Lm או reactance Xm),והפסדי ליבה בהתנגדות המקבילה לאובדן הליבה RC . אלה דומים לדגם המעגל המקביל של השנאי, אך כוללים את ההשפעה של פיגור שדה מגנטי רוטור מאחורי הסטטור, אשר מכונה להחליק.
על מנת למצוא את דגם המעגל המקביל של המנוע, יש לבצע מספר בדיקות (ללא עומס, נעילת רוטור, DC ובדיקות עומס). בדיקות אלה דורשות את הידע של דירוגי מנוע. עבור המתח המדורג של 208 V ב- 60 הרץ, יש לציין את הדברים הבאים מטה מהלכת: הספק מדורג (hp ו- W, כאשר 1 כ"ס = 746 W), זרם מדורג (A) ומהירות מדורגת (סל"ד ורד/שני). מדירוגים אלה, ניתן למצוא את המומנט המדורג (N·m) על-ידי חלוקת הכוח המדורג בווטס מעל המהירות המדורגת ב- rad/s (1 סל"ד = 2π/60 rad/s), שאינו מוצג על לוחית השם.
כדי לטעון את פיר מכונת האינדוקציה, גנרטור DC (הגדרת דינמומטר) מצמידים מכנית לפיר. מנוע האינדוקציה משמש כעלובר העיקרי של הגנרטור. ככל שהעומס החשמלי גדל על הגנרטור, הכוח המכני עולה לתוך הגנרטור ומחוץ למנוע האינדוקציה, ובכך מגדיל את העומס על פיר מנוע האינדוקציה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Procedure
1. מבחן DC
שימו לב שלמכונת אינדוקציה של כלוב סנאי יש רק מסופי סטטור נגישים.
- הפעל את ספק הכוח DC בהספק נמוך והגביל את הזרם ל- 1.8 A.
- כבה את האספקה.
- חבר את מסופי האספקה על פני שני מסופי מנוע אינדוקציה (הנקראים A, B ו- C).
- הפעל את האספקה ורשום את מתח היציאה והזרם.
- חזור על הפעולה עבור שני שילובי השלבים האחרים.
- שים לב שההתנגדות הנמדדת היא לשני שלבים בסדרה, ולכן ההתנגדות לכל שלב היא חצי מהמדידה.
2. בדיקת אי-טעינה
בדוק את מכונת האינדוקציה ללא עומס כדי למצוא את הפרמטרים ענף מגנטי לפי פאזה Xm ו- RC. עבור בדיקה זו, ודא דינמומטר העומס יש את כל המסופים שלה מנותק, שבו הוא אינו מייצר כוח ותומך ללא עומס.
- ודא שהמקור המשולש כבוי.
- בדוק כי VARIAC הוא ב 0% ולאחר מכן חוט VARIAC לשקע תלת פאזי, ולחבר את ההתקנה (איור 1).
- בדוק שוב שחיבורי המעגלים מוצגים כפי שמוצג ב- Fig. 1 ולאחר מכן הפעל את המקור המשולש.
- הגדל במהירות את תפוקת VARIAC עד שכל אחד מדדי הכוח הדיגיטליים יקרא סביב 208 V.
- הקלט את קריאות העוצמה, המתח והזרם משני המטרים.
- מדוד את המהירות באמצעות האור המהבהב (כוון את האור המהבהב למהירות סבירה), וסמן את המדידה כ- ωo.
- הקלט את קריאת המומנט ב- N·m או lb·ft, וסמן את המדידה כ- To רק למקרה שהמתמר המומנט או מנגנון מדידת המומנט אינם מכוילים היטב. זה מומנט ללא עומס.
- הגדר את VARIAC בחזרה ל- 0% ולאחר מכן כבה את המקור המשולש. תשאיר את שאר המעגל שלם.
איור 1: התקנה חשמלית לבדיקה ללא עומס. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
3. מבחן רוטור נעול
בדוק את מכונת האינדוקציה עם רוטור נעול באופן דומה למבחן קצר של שנאי. השתמש בבדיקה זו כדי למצוא את התנגדויות הסדרה לפי שלב ואת אינדוקציה דליפה. עבור בדיקה זו, ודא שדינמומטר העומס ניתק את כל המסופים שלו.
- ודא שהמקור המשולש כבוי.
- ודא כי VARIAC הוא ב 0%.
- נעל את הרוטור בצד הדינמומטר באמצעות מהדק מכני או הגדרת מומנט אפס, אם הדינמומטר נשלט דיגיטלית.
- שים לב שההגדרה עדיין דומה לזו של איור 1, למעט עם רוטור נעול.
- בדוק שוב שחיבורי המעגלים מוצגים כפי שמוצגים ב- Fig. 2.
- הפעל את המקור התת-פאזי ואת מתג מכונת האינדוקציה.
- הגדל לאט ובזהירות את ה- VARIAC עד להגעה לזרם המדורג באחד מדי הכוח הדיגיטליים או בשניהם.
- הקלט את קריאות העוצמה, המתח והזרם משני המטרים.
- הגדר את VARIAC בחזרה ל- 0% ולאחר מכן כבה את המקור המשולש. תשאיר את שאר המעגל שלם.
איור 2: התקנה לבדיקת עומס.
4. בדיקת עומס
השתמש בבדיקה זו כדי לעקוב אחר מהירות האקט הליניארית האופיינית למכונת האינדוקציה. עבור בדיקה זו, השתמש בדינמומטר עם שדה דלף כגנרטור (עוד על מצב הפעלה זה ניתן מאוחר יותר בסרטון מכונות DC, אבל armature הוא יציאת פלט גנרטור).
- ודא שהמקור המשולש ומתג מכונת האינדוקציה כבויים.
- ודא כי VARIAC הוא ב 0%.
- הסר את מהדק הנעילה מפיר הרוטור.
- חבר את המעגל (איור 2). השתמש RL= 300Ω אבל לשמור על SD כבוי.
- אל תשתמש בשדה הסידרה.
- בדוק את המעגל ולאחר מכן הפעל את המקור המשולש ואת מתג מכונת האינדוקציה.
- הגדל במהירות את תפוקת VARIAC עד שכל אחד מדדי הכוח הדיגיטליים יקרא סביב 208 V.
- הקלט את קריאות העוצמה, המתח והזרם משני המטרים.
- למדוד את המהירות ולתייג אותו כמו ω1. כדי למדוד את המהירות, התאימו את ידית התדר "גסה" על האור המהבהב עד שהפיר ייראה כמעט נייח, ולאחר מכן כווננו את הגדרת התדר באמצעות הידית "בסדר".
- הקלט את קריאת מומנט ותייג אותו כ- T1.
- שים לב כי נקודת הפעלה זו (ω1, T1) אינה זהה ללא עומס, מכיוון שמתפתל השדה פועל גם כעומס במקביל לארקטורה. כמו SD הופך מאוחר יותר RL הוא ירד, העומס גדל מאז זרם העומס גדל כמו RL פוחת.
- הפעל את SD. למדוד את המהירות ולתייג אותו כמו ω2.
- הקלט את קריאת מומנט ותייג אותו כ- T2.
- כבה את SD. שנה RL ל- 200 Ω ולאחר מכן הפעל את SD.
- למדוד את המהירות ולתייג אותו כמו ω3.
- הקלט את קריאת מומנט ותייג אותו כ- T3.
- הפעל את SD. שנה RL ל 100 Ω. הפעל את SD.
- למדוד את המהירות ולתייג אותו כמו ω4.
- הקלט את קריאת מומנט ותייג אותו כ- T4.
- הגדר את ה- VARIAC ל- 0%, כבה את המקור המשולש ופרק את המעגל.
מנועי אינדוקציה AC הם סוסי העבודה של התעשייה המודרנית, כפי שהם פשוטים, מחוספסים, ואמין. למנוע אינדוקציה יש רק שני חלקים עיקריים. הראשון הוא החלק הנייח הנקרא סטטור, המורכב סלילים נייחים סביב חלל. תלוי בחלל הוא הרוטור, שהוא זוג טבעות קצה מכסה סידור גלילי של ברים. זה נקרא לעתים קרובות כלוב הסנאי. הפרמטרים החשמליים של שני רכיבים אלה מספקים מידע על יעילות המנוע ועל הקשר בין מומנט למהירות. זה חיוני לקביעת גודל המנוע הטוב ביותר וסוג עבור יישום. וידאו זה יציג את היסודות של הפעלת מנוע אינדוקציה וידגים כיצד לקבוע דגם מעגל שווה ערך למנוע אינדוקציה תלת פאזי.
מנוע אינדוקציה AC תלת פאזי משתמש בעוצמה תלת פאזית כאשר כל שלב מחובר לסט נפרד משלו של סלילי סטטור. סלילים מסודרים בתבנית המייצרת שדה מגנטי אחד עבור כל שלב של הכוח שסופק. השדה המגנטי נטו המתקבל, הנקרא השדה המגנטי סטטור, מסתובב במהירות זוויתית קבועה. השטף המגנטי המסתובב גורמת לזרם ברוטור, בדומה לאופן שבו שנאי מעביר כוח מהסליל הראשי למשני. הזרם דרך הסורגים של כלוב הסנאי בתורו יוצר שדה מגנטי משלו, הנקרא השדה המגנטי המושרה רוטור. האינטראקציה בין שני שדות אלה מייצרת כוח על הרוטור, מה שגורם הוא לעקוב אחר השדה המגנטי סטטור. כמו מוט ברזל שעוקב אחרי המגנטים סביבו. אם הרוטור בדיוק עוקב אחר השדה המגנטי, כמו הבר הזה, אז המנוע סינכרוני. עם זאת, במנוע אינדוקציה, הרוטור מפגר מאחורי השדה המגנטי סטטור. עיכוב זה, הנקרא החלקה, גורם למנועי אינדוקציה להיות אסינכרוניים. לכן, מנוע האינדוקציה תמיד יסתובב לאט יותר מהמהירות הסינכרונית. מומנט גדל עם החלקה פוחתת, או כמו מהירות המנוע פוחתת מסונכרוני עד נקודה מסוימת הנקראת מומנט התמוטטות. עם תוספת של עומס, מהירות הסיבוב פוחתת כמו להחליק עולה, וכתוצאה מכך ירידה המומנט. הניסויים הבאים יראו כיצד למדוד פרמטרים חשמליים שונים של מנוע האינדוקציה על מנת לתאר את המנוע באמצעות מודל מעגל שווה ערך.
כל אחד מהמבחנים הבאים דורש ידע על דירוגי הרוטור, המודפסים על לוחית השם של המנוע. עבור המתח המדורג של 208 וולט ב 60 הרץ, להקליט את הכוח המדורג הן כוחות סוס ווואטים. כמו כן להקליט את הזרם המדורג בגברים ואת המהירות המדורגת בשתי המהפכות לדקה ורדיאנים לשנייה. ניתן לחשב את המומנט המדורג והוא שווה ל- 50%, חלקי המהירות המדורגת. כאן פיר מנוע האינדוקציה מניע גנרטור DC. המטען החשמלי על גנרטור DC קשור ישירות לכוח המכני לתוכו. ובתורו, פועל כמו עומס מכני על מנוע האינדוקציה. תחילה, הגדר את מגבלת זרם ספק הכוח DC ל- 1.8 אמפר ולאחר מכן כבה אותה. מבחן DC זה מודד את ההתנגדות של רק סטטור מתפתל מאז רק מסופי סטטור נגישים עבור מנוע אינדוקציה כלוב סנאי. חבר את פלט ספק הכוח בין מסופי סטטור A ו- B. הפעל את ספק הכוח ורשום את מתח היציאה והזרם שלו. חזור על הליך זה עבור השילובים הדו-פאזיים האחרים B ו- C, ו- C ו- A. עבור כל אחד משילובי הפאזה, חשב את ההתנגדות על-ידי חלוקת מתח היציאה לפי זרם יציאה. התוצאה אם עבור שני שלבים בסדרה, כך התנגדות לפי שלב, R1, הוא חצי ערך זה. התנגדות המתפתלת של הסטטור תלויה בדירוג הכוח המוטורי, והיא שישה אוהם למנוע זה.
בדוק את מנוע האינדוקציה ללא עומס כדי להשיג מדידות הדרושות לחישובים נוספים. ראשית, נתק את כל המסופים של מחולל DC, או דינמומטר, כך שהוא אינו מייצר חשמל ואינו מספק עומס מכני למנוע האינדוקציה. עם מקור הכוח התלת פאזי כבוי, להרכיב את המנגנון. הגדר את variac ל- 0% פלט וחבר אותה לשקע תלת-פאזי. הפעל את ההספק הת-פאזי והגדל במהירות את תפוקת variac עד שכל אחד ממדי הכוח הדיגיטליים יקרא כ- 208 וולט. הקלט את מדידות הכוח, המתח והזרם משני המטרים. סכום הכוח הנמדד על ידי שני מדי הכוח הדיגיטליים הוא הכוח הנצרך על ידי שלושת השלבים הפועלים יחד. שליש מזה הוא הכוח בשלב אחד. הקלט את מומנט המנוע ולייעד אותו t-zero, מומנט ללא עומס. אם מנגנון מדידת המומנט אינו מכויל היטב, t-zero לא בהכרח שווה לאפס. לאחר מכן, השתמש באור מהבהב כדי למדוד את מהירות הסיבוב של המנוע ללא עומס, הקרוב למהירות הסינכרונית שלו של 1,800 סל"ד. להתאים את המסלול ולמצוא ידיות תדר עד הפיר נראה נייח. מהירות המנוע היא בדרך כלל בין המהירות המדורגת בלוח השמות לבין המהירות הסינכרונית. להמיר את תדר האור המהבהב מ- RPMs למהירות הסיבוב הזוויתית ללא עומס, אומגה אפס. הגדר את variac בחזרה ל- 0% פלט ולאחר מכן כבה את העוצמה תלת-פאזית. תשאיר את שאר המנגנון שלם.
מבחן הרוטור הנעול מודד את הפרמטרים החשמליים כאשר המנוע קבוע ולא מסוגל להסתובב. במצב זה, ההבדל הגדול ביותר בתנועה בין שדה הרוטור לשדה סטטור מתרחש. עבור בדיקה זו, השתמש בהגדרת הבדיקה ללא עומס וניתק את כל המסופים של מחולל DC או דינמומטר. כאשר הכוח תלת-פאזי כבוי והווריאק ב-0% יציאה, נעל את הרוטור בצד המנוע של DC עם המהדק המכני. מלבד הרוטור הנעול, המנגנון זהה לבדיקת אי-טעינה. הפעל את הכוח המשולש ואת מנוע האינדוקציה. הגדל לאט לאט את פלט variac לזרם המדורג במטרי הכוח הדיגיטליים. הקלט את העוצמה, המתח והזרם משני המטרים. כדי לסיים, הגדר את variac בחזרה ל- 0%, ולאחר מכן כבה את העוצמה תלת-פאזית.
למעשה, מתפתל הסטטור מבצע את אותה פונקציה כמו סליל הראשי של שנאי, ואת הרוטור שווה ערך מתפתל משני. לפיכך, ניתן לדגמן את המנוע באמצעות מעגל שווה ערך הדומה לזה של שנאי. עם זאת, המעגל הוא פשוט כדי להסיר את חלק שנאי אידיאלי ומתייחס לרכיבי הרוטור כהשתקפות של הסטטור. המעגל המקביל לכל שלב כולל את התנגדות המתפתל סטטור, R1, מחושב מבדיקת DC. הסטטור גם מפגין התנגדות לשינויים בזרם ובמתח הנקראים תגובת X1. הפרמטרים של הרוטור משתקפים מהסטטור, כולל ההתנגדות המוחקפת, R2 פריים ורוטור משתקף תגובה, X2 פריים. תגובת המגנטיות ההדדית, פרמטר XM שווה ערך לשטף המגנטי בפער האוויר בין הרוטור לסטטור. לבסוף, אובדן כוח מתרחש בין הסטטור לרוטור, והוא מעוצב כהתנגדות המקבילה לאובדן הליבה, RC. ניתן לחשב את כל הערכים הללו מהבדיקות שהוכחו, והם מפורטים בפרוטוקול הבדיקות.
מנועי אינדוקציה AC נמצאים בשימוש נרחב במגוון יישומים, בשל הפשטות שלהם, מחוספס, ואמינות. מנוע אינדוקציה נבחר לעתים קרובות בהתבסס על מהירות המומנט הליניארית שלו תחת עומס מכני משתנה. בדיקת העומס עוקבת אחר מהירות האקט הליניארי האופיינית כאשר העומס המכני משתנה. עבור בדיקה זו, גנרטור DC, או dynamometer, מחובר למנוע אינדוקציה, כך שהוא מספק עומס מבוקר על הרוטור. המנגנון מורכב עם התנגדות עומס, R-L, של 300, 200, או 100 אוהם. מדידות הכוח, המתח והזרם נרשמות מהמונים המחוברים. לאחר מכן, קריאת המומנט ומהירות הסיבוב נמדדים עם ובלי התנגדות העומס. חלקה של מאפייני מהירות מומנט מנוע אינדוקציה יהיה כמו עקומות אלה עבור ארבעת המעמדות של מנועי NEMA. מיקרוסקופ אלקטרונים דורש תא מפונה כדי להכיל את הדגימה ומשתמש במשאבת ואקום אשר עשוי להיות מנוע אינדוקציה קטן. הוואקום בתא מאפשר העברת אלקטרונים לדגימה, ומהדגימה למנגנון ההדמיה. לבסוף, מחראות וציוד חנות מכונות אחר עשויים להשתמש במנועי אינדוקציה תלת פאזיים חזקים יותר. בגלל הפשטות שלהם וחוסר קומוטציה מכנית, מנועי אינדוקציה יכולים לעמוד בשימוש כבד עם סבירות מופחתת לכישלון. קשיחות זו היא יתרון ברור בעת ייצור חלקי מתכת.
הרגע צפית בהקדמה של יובה למנועי אינדוקציה של איי-סי. עכשיו אתה צריך להבין את העיקרון הבסיסי של פעולה וכיצד לבצע את הבדיקות כדי לקבוע את הפרמטרים המעגל המקביל שלהם.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
טעות נפוצה במציאת הפרמטרים המעגליים המקבילים של מכונות אינדוקציה היא להשתמש בכוח הנמדד תלת פאזי בחישובים של המעגל המקביל לכל שלב, בעוד שליש מהכוח צריך לשמש: שלושה שלבים צורכים את הכוח הנמדד, ולכן, שליש מהכוח נמצא בשלב אחד.
חישובים של הפרמטרים המעגל המקביל דומים לאלה של שנאים, אבל זה נפוץ לפצל X1 ו X2' לכל מסגרת NEMA של המכונה. לדוגמה, אם המנוע הוא של מסגרת NEMA A או D, אז X1 ו- X2' הם להניח להיות שווה, בעוד אם המנוע הוא של מסגרת NEMA B, אז X1 ו- X2' מחולקים כמו 40% ו 60% של X eq, בהתאמה, ואם המנוע הוא של מסגרת NEMA C, לאחר מכן X1 ו- X2' מחולקים כ- 30% ו- 70% מ- Xeq, בהתאמה. הוא צפוי לגלות כי X1 ו- X2' הם 1-10% של Xm, R1 ו- R2' הם בסדר גודל של mΩ למספר Ω בהתאם לדירוג הכוח המוטורי, ו- RC יהיה בסדר גודל של עשרות עד מאות Ω, שכן הוא מספר סדרי גודל גדולים יותר מ- R1 ו- R2'.
האזור הליניארי של עקומת מומנט מנוע האינדוקציה נמצא באמצעות בדיקת העומס וניתן לשער אותו מתנאים ללא עומס לתנאי עומס מלא או קצב. עקומת מומנט-מהירות טיפוסית מוצגת ב- Fig. 3 עבור מספר מסגרות NEMA והאזור הליניארי הוא האזור הימני ביותר קרוב למהירות של 90-100%.
איור 3: עקומות מומנט אופייניות למסגרות NEMA שונות.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
מכונות אינדוקציה תלת פאזיות, במיוחד מנועי אינדוקציה, הם סוסי העבודה של התעשייה המודרנית. אפיון הולם של מנוע אינדוקציה מספק למהנדסים ולטכנאים מידע על יעילות המנוע ומאפייני מהירות המומנט. אלה חיוניים בקביעת גודל המנוע והמסגרת המתאימים ביותר ליישום. ברגע שמנוע מאופיין ועקומת מהירות המומנט ידועה מפרמטרי מעגל מקבילים באמצעות הבדיקות המתוארות, למסגרות NEMA שונות יש צורות עקומות שונות. לדוגמה, יישום מעלית דורש מומנט התחלתי גבוה; לכן, מסגרות, כגון מסגרת NEMA D, מתאימות יותר מ- A או B. כאשר מתמודדים עם החלקים האינטגרליים של מנוע האינדוקציה של מערכות גדולות יותר הצורכות כמויות ניכרות של אנרגיה(למשל,צ'ילרים), לדעת את הפרמטרים המעגל המקבילים של מנוע יכול לספק הערכות טובות של יעילות המנוע ותרומתו לצריכת אנרגיה באותה מערכת גדולה יותר.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
