VŠB Technická univerzita Ostrava Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra elektroenergetiky

VŠB Technická univerzita Ostrava Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra elektroenergetiky Měření na trojfázových asynchronních elektromotorech Measuring of Three Phase Induction Motors 2010 Martin Hlavička

Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci vypracoval samostatně. Uvedl jsem všechny literární prameny a publikace, ze kterých jsem čerpal. V Ostravě dne 7.5.2010..

Poděkování Rád bych poděkoval vedoucímu mé bakalářské práce, Ing. Václav Čech, Ph.D., za jeho ochotu a čas, který mi při sestavování práce věnoval a také za jeho cenné rady a doporučení.

Seznam některých použitých symbolů a značek: Značka Název Jednotka A,B,C označení svorek stroje C kapacita F G hmotnost kg I proud A J moment setrvačnosti kg.m 2 M moment Nm P výkon W P p příkon W R odpor Ω U napětí V X reaktance Ω Z impedance Ω d průměr mm f kmitočet Hz k konstanta přístroje Nm/A m poměrný moment mj. mimo jiné n otáčky s -1 např. například p počet pólových dvojic [-] r poloměr m s skluz % t čas s z počet kyvů P d ztráty dodatečné W P Fe ztráty v železe W P j ztráty ve vinutí W P m ztráty mechanické W t časový interval s cosφ účiník T doba periody s α úhel rad η účinnost % π Ludolfovo číslo ω úhlová rychlost rad.s -1

Obsah ÚVOD... 8 1. Asynchronní stroje... 9 1.1. Význam a použití :... 9 1.2. Konstrukce:... 9 1.3. Princip činnosti:... 10 2. Základní vlastnosti indukčního motoru:... 11 2.1. Spouštěním přímým připojením motoru na síť... 11 2.2. Spouštění přepínáním vinutí z hvězdy do trojúhelníka... 11 2.3. Spouštění spouštěčem.... 11 2.4. Trojfázový motor na jednofázové síti... 12 2.5. Spouštění trojfázového motoru na jednofázové síti pomocnou impedancí.... 13 2.6. Momentová charakteristika asynchronního motoru... 13 3. Parametry asynchronního motoru v ustáleném chodu... 14 3.1. Měření odporu vinutí statoru.... 14 3.2. Měření naprázdno.... 14 3.3. Měření nakrátko... 15 3.4. Výpočet prvků náhradního obvodu... 17 4. Zatěžování asynchronního motoru... 18 4.1. Měření pracovních charakteristik na dynamometru.... 18 4.2. Výpočet mechanického výkonu ze známých ztrát... 18 5. Měření otáček:... 19 5.1. Měření otáček pomocí mechanického otáčkoměru... 19 5.2. Měření pomocí tachodynama s permanentním buzením nebo cizím buzením.19 5.3. Měření otáček pomocí stroboskopu a měření skluzu... 20 6. Měření momentu:... 22 6.1. Měření momentu pomocí dynamometru... 22 6.2. Měření momentu pomocí cejchovaného stroje... 23 6.3. Měření momentu pomocí třecí brzdy... 23 6.4. Měření okamžitých hodnot momentu... 24 7. Měření naprázdno, nakrátko a pracovní charakteristiky asynchronního motoru... 25 7.1. Schéma zapojení:... 25 7.2. Naměřené a vypočítané hodnoty:... 26 7.3. Příklad výpočtu:... 29 7.4. Grafy:... 30 8. Měření momentové charakteristiky asynchronního motoru:... 33 8.1. Schéma zapojení:... 33 8.2. Naměřené a vypočítané hodnoty:... 34 8.3. Příklad výpočtu:... 35 8.4. Graf:... 35 9. Závěr... 36 10. Seznam použité literatury... 37

Abstrakt: Bakalářská práce je zaměřena na měření na asynchronních strojích. V první části je popsán asynchronní stroj a probrána teorie měření na asynchronních strojích. Ve druhé části je provedeno praktické měření na asynchronním stroji a to měření naprázdno, měření nakrátko a měření pracovní charakteristiky. Třetí část je zaměřena na praktické měření momentové charakteristiky asynchronního motoru. V závěrečné části jsou shrnuty výsledky z měření naprázdno, měření nakrátko, měření pracovní charakteristiky a měření momentové charakteristiky. Abstract: Bachelor thesis focuses on the measurement on induction engines. The first section describes the induction engine and discusses the theory of measurement on induction engines. In the second part practical measurement on induction engine is made, and namely no-load measurement, short-circuit measurement and measurement of working characteristic. The third part focuses on the practical measurement of torque characteristic of induction motor. The final section summarizes the results of no-load measurement, short-circuit measurement, measurement of working characteristic and measurements of the torque characteristics. Klíčová slova: Asynchronní stroj, měření naprázdno, měření nakrátko Keywords: Induction engine, no-load measurement, short-circuit measurement

ÚVOD Bakalářskou práci na téma Měření na trojfázových asynchronních elektromotorech jsem si vybral proto, že se s asynchronními motory setkáváme téměř často a jsou velmi důležitou součástí našeho života. Asynchronní stroje jsou velmi rozšířené, hlavně v pohonářství, proto je velmi důležité je důkladně prozkoušet. Asynchronní motory jsou nejjednodušší a nejrobustnější elektrické stroje. Dále jsou provozně nejspolehlivější a vyžadují malou údržbu. Hlavní význam asynchronních strojů je v jejich širokém použití jako jednoduchých a levných elektromotorů. Ve své bakalářské práci se chci zaměřit na vlastnosti trojfázových asynchronních elektromotorů. Také bych chtěl v praxi proměřit jeho charakteristiky naprázdno, nakrátko, pracovní a momentové. 8

1. Asynchronní stroje 1.1. Význam a použití : Asynchronní stroje se užívají nejčastěji jako motory. Jsou nejrozšířenějšími elektromotory a používají se k nejrůznějším pohonům proto, že jsou ze všech elektromotorů nejjednodušší a nejlevnější. Dále že jsou provozně nejspolehlivější a vyžadují malou údržbu. K jejich napájení stačí běžná střídavá trojfázová síť. Velké rozšíření asynchronních motorů vede k jejich hromadné a sériové výrobě, což umožňuje její rozsáhlou mechanizaci a automatizaci a tím její další zlevnění. Asynchronní motory mají také některé nevýhody. Především rychlost asynchronních lze jen obtížně regulovat. Užívají se proto k pohonu zařízení, která pracují při konstantní rychlosti jako např. pro čerpadla, ventilátory, kompresory, důlní a stavební stroje, pásové dopravníky, jeřáby, výtahy apod., nebo pro zařízení u nichž se rychlost mění převodovou skříní (např. některé obráběcí stroje ). Další nevýhodou asynchronních strojů je poměrně velký proudový náraz při zapínání a induktivní účiník cos φ, který při plném zatížení bývá 0,8 až 0,9. S klesajícím zatížením asynchronních motorů se účiník zhoršuje. Asynchronní motory způsobují proto trvalé jalové zatížení napájecí sítě. Použití asynchronních generátorů je výjimkou především proto, že mj. zatěžují síť jalovým proudem, který odebírají k vytvoření svého magnetického pole. Hlavní význam asynchronních strojů je v jejich širokém použití jako jednoduchých a levných elektromotorů. 1.2. Konstrukce: Každý trojfázový asynchronní motor je složen ze dvou hlavních částí. Stator (pevná část) je u většiny typů prakticky stejný. Je složen z nosné kostry motoru, svazku statorových plechů a statorového vinutí. Rotor (pohyblivá část) hřídel s nalisovanými rotorovými (elektrotechnickými) plechy s drážkami, do kterých se vkládají měděné tyče, které jsou na obou stranách spojeny mosaznými kruhy. Takto upravený rotor se nazývá kotva nakrátko nebo kotva klecová. Kotva nakrátko v drážkách rotoru jsou nalisovány neizolované měděné, mosazné nebo hliníkové tyče, které jsou na obou koncích spojeny zkratovacími kroužky. Tyče spolu s kroužky mají podobu klece (klecový rotor). Kroužková kotva na hřídeli jsou kromě svazku rotorových plechů i sběrné kroužky. V drážkách plechů je uloženo trojfázové vinutí rotoru z izolovaných vodičů, které je zapojeno většinou do hvězdy, zřídka do trojúhelníka. Na tři sběrací kroužky je připojeno vinutí rotoru, ke kterým lze připojit činné odpory sloužící k rozběhu motoru. 9

Obr. 1.1. Trojfázový asynchronní motor [ 7 ] 1.3. Princip činnosti: Základem činnosti asynchronního motoru je vytvoření točivého magnetického pole, které vznikne průchodem střídavého trojfázového proudu vinutím statoru. Toto magnetické pole indukuje v rotoru napětí a vzniklý proud vyvolá sílu otáčející rotorem. Otáčky točivého pole jsou dány kmitočtem napájecího napětí odebíraného ze sítě a počtem pólů trojfázového motoru. n 60 f p 1 s = ( s ) (1.1) kde f je kmitočet a p je počet pólových dvojic statoru. Rotor se nikdy nemůže otáčet stejnými otáčkami jako magnetické pole statoru. Pokud by se tak stalo, pak by se rotor a magnetické pole vůči sobě nepohybovaly a tím by se ani neindukovalo napětí a nevznikla by točivá síla. Míra rozdílu otáček pole a rotoru je nazývána skluz, udávána v procentech a definována jako: ns n s = 100(%) (1.2) n s kde n s jsou otáčky magnetického pole statoru, n jsou otáčky rotoru. Podle hodnoty skluzu lze snadno rozdělit oblasti práce asynchronního stroje: s (-,0) generátor s (0,1) motor s (1, ) brzda 10

2. Základní vlastnosti indukčního motoru: 2.1. Spouštěním přímým připojením motoru na síť. Přímým připojením na síť rozbíháme asynchronní motory s kotvou nakrátko menších výkonů. Zkontrolujeme, zda zapojení motoru odpovídá použité síti. Nižší štítkové napětí odpovídá zapojení vinutí do trojúhelníka, vyšší napětí zapojení do hvězdy. Odhadneme záběrný proud motoru na 4-7 násobek jmenovitého proudu a zkontrolujeme, zda nepřekročí dovolený proud jištění sítě. Pro motory větších výkonů platí větší násobek. Při spouštění si ověříme velikost záběrného proudu. Použitý ampérmetr musí mít dostatečný rozsah. Odečítání záběrného proudu na ampérmetru je pouze informativní. 2.2. Spouštění přepínáním vinutí z hvězdy do trojúhelníka. Přepínáním z hvězdy do trojúhelníka pomocí speciálního přepínače můžeme spouštět jen takový motor, jehož jmenovité napětí při zapojení do trojúhelníka odpovídá napětí sítě. Na odkrytém přepínači vysledujeme na které svorky musíme připojit konce vinutí fází motoru a na které síť, aby zapojení odpovídalo obr. 2.1. Z hvězdy do trojúhelníka přepojujeme až po dosazení dostatečné rychlosti a snížení síťového proudu. Účinek přepínače si ověříme proměřením záběrných proudů při zapojení do trojúhelníka a do hvězdy na stejné síti se sníženým napětím. Poměr záběrných proudu bude 3:1. Obr. 2.1 Zapojení přepínače hvězda trojúhelník [ 5 ] 2.3. Spouštění spouštěčem. Pomocí odporového spouštěče rozbíháme asynchronní motory s kotvou kroužkovou. Před připojením statoru k síti se přesvědčíme, že spouštěcí odpor je připojen a nastaven na maximální hodnotu, že kartáče jsou přiklopeny ke kroužkům a kroužky nejsou zkratovány. Schéma zapojení je na obr. 2.2. Po připojení statoru k síti pozvolna vyřazujeme spouštěcí odpor. Doba rozběhu závisí na průběhu zátěžného momentu. Při zatěžování dynamometrem s odporem na kotvě bude 11

urychlující moment vypadat podle obr. 2.3. Urychlující moment je vyšrafován pro tři různé stupně odporového spouštěče. Rotorový spouštěč přeřazujeme na nižší hodnotu odporu až když se rychlost soustrojí přiblíží ustálené rychlosti, což poznáme sluchem. Velikost proudu kontrolujeme ampérmetrem. Maxima proudů by neměla překročit 1,5 2 I N motoru. Obr. 2.2. Schéma zapojení [ 5 ] Obr. 2.3. Momentová charakteristika [ 5 ] 2.4. Trojfázový motor na jednofázové síti. Trojfázový motor se připojí dvěma libovolnými svorkami na jmenovité, avšak jednofázové napětí. Momentová charakteristika trojfázového motoru na jednofázové síti je na obr. 2.4. V klidu nevyvozuje motor žádný moment, takže se nemůže sám rozběhnout. Po roztočení jedním nebo druhým směrem pokračuje nezatížený motor v urychlovaném pohybu tak dlouho, až se otáčky naprázdno ustálí poblíž otáček asynchronních. Rotor roztočíme žádaným směrem řemenem navinutým na hřídeli. Obr. 2.4. Momentová charakteristika [ 5 ] Obr. 2.5. Schéma zapojení [ 5 ] 12

2.5. Spouštění trojfázového motoru na jednofázové síti pomocnou impedancí. Trojfázový motor na jednofázové síti lze roztočit připojením impedancí Z 1 a Z 2, jejichž pomocí vytvoříme na svorkách motoru trojfázovou soustavu napětí. Zapojení je na obr. 2.5. Při zjednodušení používáme pomocnou impedanci jen jednu a to odpor nebo kondenzátor. Pouhým kondenzátorem lze docílit souměrnou trojfázovou soustavu jen při účiníku motoru cos φ = 0,5, jak vyplývá z názorového diagramu. Takovýto bývá účiník nakrátko u motoru s větším počtem pólů. Velikost kapacity musí být I k 1 (,,, ) C = F A s V ω U (2.1) Kde I k je záběrný proud na trojfázové síti se síťovým napětím U U je napětí jednofázové sítě ω je kruhová frekvence napětí Kapacitu, jejichž velikost byla určena ze záběrného proudu po rozběhu odpojujeme. Motor pak může trvale pracovat se sníženým výkonem o 40-50%. Změnu směru otáčení motoru dosáhneme přepojením kondenzátoru z jedné napájené svorky na druhou. 2.6. Momentová charakteristika asynchronního motoru. Pro měření momentové charakteristiky spojíme asynchronní stroj s dynamometrem. Protože budeme proměřovat v největším možném rozsahu generátorickou, motorickou i brzdnou oblast, musíme dynamometr připojit ke zdroji, aby i dynamometr mohl měnit svou funkci. Moment proměříme v rozsahu skluzu -0,5 až 2. Měříme při tak sníženém statorovém napětí U, aby proud motoru I nepřekročil hodnotu 1,5 I n v celém měřeném rozsahu. Aby se příliš neměnila teplota motoru během měření, začínáme při skluzu s = 2, kdy je maximální proud. Postupujeme urychleně zvláště při pomalém otáčení motoru, neboť hrozí přehřátí a poškození izolace nedostatečným větráním. Odečítáme rychlost otáčení n, moment M, síťový proud I a napětí U, které udržujeme stálé. Pro přepočet momentové charakteristiky na jmenovité napětí musíme ještě proměřit moment mechanických ztrát M m v celém rozsahu. Vnitřní moment asynchronního motoru můžeme přepočítat se čtvercem napětí. Moment na hřídeli je v motorické oblasti menší o moment mechanických ztrát M m, v generátorické a brzdné oblasti větší o moment mechanických ztrát, než moment vnitřní M i. Moment na hřídeli při jmenovitém napětí bude proto U = ± ± (2.2) U n 2 M ( M M m) ( ) M m 13

Proudy přepočítáváme s napětím lineárně U n I = I ( ) (2.3) U Takto vypočtené hodnoty vyneseme do grafu. Z grafu odečteme největší moment motoru M max, jenž v poměru ke jmenovitému momentu M n, určujeme momentovou přetížitelnost. Československé normy požadují, aby neklesla u obvyklých motorů pod hodnotu 1,6. Jmenovitý moment určíme ze štítku ze jmenovitého výkonu P n a jmenovité rychlosti n n. U asynchronních motoru s kotvou kroužkovou můžeme proměřit momentovou charakteristiku se zvětšeným odporem rotoru. Z obou momentových charakteristik odečteme skluzy zvratu. Mají být v poměru odporu rotoru, jež za tím účelem také změříme. Maximální momenty se s odporem rotoru nemění. Příklad těchto charakteristik je na obr. 2.3. 3. Parametry asynchronního motoru v ustáleném chodu. 3.1. Měření odporu vinutí statoru. Odpor statorového vinutí měříme před zahájením všech měření můstkem nebo Ohmovou metodou na studeném stroji. Odpor pak přepočteme na pracovní teplotu 75ºC. 3.2. Měření naprázdno. Pro měření charakteristiky naprázdno zapojíme asynchronní motor dle obr. 3.1. Konec hřídele zůstane nezatížen. Motor rozběhneme při sníženém napětí, abychom chránili přístroje před proudovým přetížením. Pak zvětšíme napětí na 1,1 U n. Postupně napětí snižujeme a čteme údaje přístrojů. Napětí snižujeme až do takové hodnoty, kdy rychlost znatelně poklesne a tím se zároveň zvětší proud. Zde měření ukončíme. Z naměřených hodnot vypočteme příkon naprázdno P 0, účiník naprázdno cos φ 0 a spolu s proudem naprázdno I 0 je vyneseme do grafu v závislosti na napětí U 0 (obr. 3.2. a obr. 3.3). Přímkovou část magnetizační charakteristiky U 0 (I 0 ) prodloužíme až do počátku souřadnic. Z charakteristiky určíme míru magnetického sycení stroje AC BC pro jmenovité napětí U n. (3.1) Charakteristiku příkonu naprázdno též extrapolujeme do nulového napětí, kde vytíná na ose příkonu velikost mechanických ztrát P m na napětí nezávislých. Ztráty v železe P Fe pro jmenovité napětí získáme z příkonu naprázdno P 0 odečtením mechanických ztrát P m a Jouleových ztrát na statoru 2 P j 1 = 3 R1 I 0 (3.2) 14

Obr. 3.1. Schéma zapojení [ 5 ] Obr. 3.2. Charakteristika naprázdno [ 5 ] Obr. 3.3. Charakteristika naprázdno [ 5 ] 3.3. Měření nakrátko. Při měření nakrátko musí být rotorové vinutí zkratováno. Zapojení měřících přístrojů je stejné jako při měření naprázdno, pravděpodobně doplněné o měřící transformátory proudu. Moment nakrátko měříme dynamometrem, který necháme zvolna protáčet. Kotvu dynamometru buď zkratujeme nebo napájíme velmi nízkým napětím. Pak připojíme na motor takové napětí, aby protékal proud nakrátko. I k = 2 I (3.3) n Tento proud postupně snižujeme, čteme údaje přístrojů a moment na dynamometru. Měření nakrátko, zvláště při větších proudech I k, musíme uskutečnit ve velmi krátké době, protože motor se nechladí a hrozí nebezpečí poškození izolace přehřátím. 15

Z odečtených hodnot na přístrojích vypočteme příkon nakrátko P k, účiník cos φ k a spolu s proudem nakrátko I k a momentem nakrátko M k je vyneseme do grafu v závislosti na napětí U k. Záběrný proud při jmenovitém napětí I kn určíme z grafu extrapolací. V grafu záběrného proudu se projevují vlastnosti rozptylových magnetických cest. Pokus se rozptylové cesty nenasycují (např. u otevřených drážek na statoru) je závislost I k (U k ) lineární a extrapolace je jednoduchá. U drážek polozavřených nebo uzavřených se rozptylové cesty přesycují a závislost I k (U k ) má charakter magnetizační charakteristiky železa. Obr. 3.4. V tomto případě extrapolujeme charakteristiku I k (U k ) tečnou v koncovém bodě naměřené charakteristiky. Tato tečna vytíná na ose napětí hodnotu proudu při jmenovitém napětí I kn. Z prosté úměry na obr. 3.4. vyplývá že I kn U = Ik U n k U k U k Z takto získané hodnoty vypočteme poměrný záběrný proud I I U k, jež nám poslouží k výpočtu záběrného (3.4) kn z = (3.5) In který bývá v rozmezí 4-7. Záběrný moment M kn i příkon P kn při jmenovitém napětí se přepočítávají z maximální naměřené hodnoty při proudu I k se čtvercem poměru I I kn k (3.6) Přepočet se čtvercem poměru napětí nedává správné výsledky vzhledem k nelineární závislosti I k (U k ). Z takto získané hodnoty M kn vypočteme poměrný záběrný moment m M zn z = (3.7) M n Jmenovitý moment M n vypočteme ze štítkových hodnot výkonu a rychlosti. 16

Obr. 3.4. Charakteristika nakrátko [ 5 ] 3.4. Výpočet prvků náhradního obvodu. Náhradní obvod asynchronního motoru, který nerespektuje ztráty v železe je na obr. 3.5. Jeho použitelnost je velmi omezená, takže slouží pouze k vysvětlení základních vlastností indukčního motoru. Hodnoty jednotlivých prvků určíme z měření naprázdno při jmenovitém napětí a z měření nakrátko přepočteného na jmenovité napětí. Obdobně jako u transformátoru určíme z fázových hodnot měření naprázdno, kdy s = 0, při zanedbání odporu a rozptylu statoru magnetizační reaktanci. X U nf h = (3.8) Ion Z měření nakrátko, kdy s=1, určíme při zanedbání magnetizační reaktance součet odporů P Rk = R + R = kn 1 2 2 3 Ikn Odpor R 1 máme určen můstkem nebo Ohmovou metodou, takže můžeme vypočítat 2 k 1 (3.9) R = R R (3.10) Dále z hodnot nakrátko určíme součet rozptylových reaktancí U n 2 2 X = k X + 1 X = δ 2 δ ( ) Rk I (3.11) kn Rozdělit X1 δ a X 2 δ můžeme jen odhadem, obvykle na dva stejné díly. Všechny kontakty náhradního obvodu vyjádříme poměrnými hodnotami. Porovnáme je s hodnotami náhradního obvodu transformátoru a zdůvodníme rozdíly. 17

Obr. 3.5. Náhradní obvod asynchronního motoru [ 5 ] 4. Zatěžování asynchronního motoru. 4.1. Měření pracovních charakteristik na dynamometru. Při měření pracovních charakteristik zjišťujeme závislost příkonu P 1, proudu I, účiníku cos φ, skluzu s a účinnosti η na mechanickém výkonu na hřídeli P při jmenovitém napětí U n. Proud měříme ve třech fázích, příkon měříme dvěma wattmetry v Aronově zapojení, moment na hřídeli měříme dynamometrem a skluz měříme skluzovou cívkou nebo kmitočtem v rotoru. Účiník počítáme z příkonu, proudu a napětí, výkon na hřídeli z momentu dynamometru a skluzu, účinnost z výkonu a příkonu. Měříme v motorické i generátorické oblasti až do 1,2 P n. Naměřené výsledky porovnáme s hodnotami odečtenými z kruhového diagramu, rozdíly výsledků zdůvodníme a průběhy skutečných závislostí zhodnotíme. 4.2. Výpočet mechanického výkonu ze známých ztrát. Nemáme-li k dispozici vhodný dynamometr, můžeme mechanický výkon stroje určit z výkonové bilance. Tato metoda je přesnější pro stroje velkého výkonu. Na stroji změříme odpor statoru mezi dvěma svorkami R s, elektrický příkon P p, proud I, napětí U a skluz s. Odečtením ztrát od příkonu dostaneme výkon. Jednotlivé ztráty určíme takto: ztráty ve vinutí statoru 2 Pj1 = 1, 5 RS I (4.1) ztráty v železe ztráty mechanické PFE z měření naprázdno ztráty dodatečné dle ČSN jsou 0,005 Pm z měření naprázdno I ( ) 2 Pd = Pn (4.2) I n ztráty ve vinutí rotoru 2 = s (4.3) P j P δ 18

kde P δ = P PFe Pj1 Pd P δ 1 (4.4) je výkon točivého magnetického pole. Mechanický výkon stroje pak bude P = P1 Pj1 PFe Pd s Pδ Pm (4.5) Takto získané hodnoty mechanického výkonu porovnáme s hodnotami zjištěnými přímým způsobem z naměřeného momentu dynamometrem. 5. Měření otáček: 5.1. Měření otáček pomocí mechanického otáčkoměru. Kmitočet otáčení nebo otáčky se udávají za vteřinu nebo za minutu a měří se otáčkoměrem. Mechanický otáčkoměr se skládá z převodovky (kterou nastavujeme různé rozsahy otáček) a z měřícího systému (který je založen na působení odstředivé síly na rotující závažíčka jejichž výchylka se přenáší na ukazatel se stupnicí). K jeho vybavení patří tři snímací nástavce. Jeden je ukončen gumovým kuželem a běžně se používá k měření na volném konci hřídele s kuželovým vybráním. Druhý nástavec má tvar dutého kužele potaženého gumovou vrstvou (používá se při měření stroje s malým průměrem hřídele) a třetí je ukončen kolečkem potaženým gumovou vrstvou (slouží k měření otáček strojů, jichž oba konce hřídele jsou nepřístupné). Pro otáčky pak platí vztah n d 2 = not (5.1) d1 d 2 průměr kolečka nástavce otáčkoměru (mm), d 1 průměr hřídele nebo spojky (mm), n ot údaj otáčkoměru. Otáčkoměr se přikládá lehce k hřídeli v prodloužení jeho osy jen po dobu nezbytně nutnou pro měření. 5.2. Měření pomocí tachodynama s permanentním buzením nebo cizím buzením. Cejchování tachodynama. Tachodynamo s permanentními magnety je měřící prvek konstrukčně náročný, protože požadujeme malé zvlnění výstupního napětí, lineární vztah mezi výstupním napětím a otáčkami, malý vnitřní odpor a stálost otáčkové konstanty. Tachodynamo s permanentními magnety nebo s cizím buzením pracuje jako stejnosměrný stroj, jehož svorkové napětí je úměrné rychlosti v udaném rozsahu otáček. Místo tachodynama lze použít k měření otáček také tachogenerátoru, který pracuje na principu jednofázového generátoru s buzením nahrazeným permanentním magnetem a jehož výstupní napětí je střídavé. Přesnost tohoto zařízení je horší, konstrukčně je ale méně náročné. Na štítku těchto strojů je kromě základních údajů (výstupní napětí, zatěžovací odpor impedance, 19

rozsah otáček) uvedena převodní konstanta (u některých typů s velkou přesností celá křivka n = f (U)). Tachodynamo se cejchuje pomocí jiného přesného měřiče otáček. Na štítku tachodynama s permanentním buzením je udána konstanta a jmenovité zatížení. U tachodynama s cizím buzením je možné převod měnit změnou budícího proudu (proto se tento údaj na štítku neudává). Tachodynamo s cizím buzením (jehož obvod buzení připojíme přes ampérmetr a regulační odpor na napájecí zdroj, na kotvu připojíme voltmetr) ocejchujeme pomocí mechanického otáčkoměru, kterým si změříme rychlost otáčení. Výstupní napětí nastavíme buzením tachodynama tak, aby převodní konstanta (poměr otáček a výstupního napětí) byla celé číslo. Zapíšeme si hodnotu výstupního napětí a budícího proudu. Je vhodné si zapsat i čísla použitých měřících přístrojů s ohledem na další použití tachodynama. Po dobu měření musíme udržovat vždy budící proud na konstantní hodnotě určené při cejchování tachodynama. 5.3. Měření otáček pomocí stroboskopu a měření skluzu. Stroboskop je zařízení jehož výbojka nám dává počet krátkých záblesků (např. lµs), které lze plynule měnit. Při počtu záblesků stroboskopu shodném s počtem otáček se zdá, že točící se části stojí. Na tomto principu je založeno bezkontaktní měření otáček. Výhoda tohoto měření je v tom, že nezatěžuje měřený stroj přídavným momentem. Používá se především při měření rychlosti u malých strojů, nebo u strojů kde nelze použít jiných měřících přístrojů (těžko dostupný hřídel). Stupnice stroboskopu bývá cejchována v otáčkách za minutu. Při měření je nutno vycházet od vyšších otáček než jsou otáčky stroje. Při opačném postupu je nebezpečí nesprávného určení otáček, protože k zdánlivému zastavení točících se částí dojde i při počtu záblesku stroboskopu, které se rovnají ½, 1 3 atd. počtu otáček. Budeme-li mít na hřídeli stroje namalovanou značku a hřídel se bude otáčet rychlostí n, bude úhlová rychlost této značky 2π n ω = (5.2) 60 Jestliže budeme tuto značku osvětlovat záblesky ze stroboskopu s periodou 1 T = 2 f (5.3) 1 (doutnavka zapaluje b obou maximech napětí) protočí se tato značka za dobu t π n π α = ωt = = 60 f p 1 = T o úhel u dvoupólového stroje je α = π a značka bude stále ve stejné poloze. Na obr. 5.1. vidíme stroboskopické obrazce pro různé p a různý kmitočet světelných záblesků f 1 a 2f 1. (5.4) 20

obr. 5.1. Stroboskopické obrazce [ 5 ] K cejchování počtu záblesků se používá zvláštního zařízení jazýčku, který kmitá o kmitočtu 2f 1 a nachází se v osvětlovací parabole stroboskopu. Točí-li se stroj se skluzem s [skluz je dán poměrným rozdílem synchronní rychlosti n s točivého magnetického pole a rychlosti rotoru n vztahem ns n s = 100 (%) (5.5) n s nebo poměrem kmitočtu skluzového f 2 v rotoru a síťového f 1 ve statoru stroje s f f 2 = 100 (%) (5.6) 1 bude jeho rychlost otáčení n = (1 s) ns (5.7) Skluz určíme také na základě vztahu n s = 2 100 (5.8) n s kde n 2 jsou skluzové otáčky a n s otáčky synchronní vypočítané za stejný časový interval v jakém jsme měřili skluzové otáčky n 2. Pro skluzové otáčky platí vztah n2 = ns n (5.9) Skluzové otáčky jsou dány počtem otáček stroboskopického obrazce (vzhledem k značce na statoru stroje) při osvětlování rotoru počtem záblesků odpovídajících otáčkám točivého pole za časový interval t. Budou-li otáčky hřídele n<n s bude se stroboskopický obrazec (skluzové otáčky) otáčet proti smyslu a pro n>n s bude se obrazec pohybovat ve smyslu točení hřídele. Pro měření skluzu se dále používá měření rotorového kmitočtu f 2 pomocí ampérmetru v rotoru (magnetoelektrického), s nulou uprostřed zapojeného v sérii se spouštěcím odporem asynchronního stroje. Kmitočet v rotoru je pak dán výrazem f 2 z = (5.10) t tj. počtem kyvů za určitou dobu t. Jestliže dáme do rozptylového pole (např. na ložiskové štíty), snímací cívku, budou rozptylové toky statoru a rotoru v ní indukovat napětí o kmitočtu f 1 a f 2. 21

Galvanometr připojený k cívce nestačí sledovat napětí o kmitočtu f 1 a kýve v rytmu f 2. Skluz je pak pro f 1 = 50 Hz a kyvů za t = 20 s dán vztahem s = 0,1 z(%) (5.11) Těchto měřících metod se používá do hodnoty skluzu s 5% točivého magnetického pole a z naměřených otáček rotoru.. Větší skluzy se určí z otáček 6. Měření momentu: 6.1. Měření momentu pomocí dynamometru. Mechanický moment elektrických strojů je třeba měřit k zjištění momentových charakteristik a mechanického výkonu. Moment, který vyvozuje elektrický stroj je dán vzájemnou elektromagnetickou vazbou mezi statorem a rotorem. U momentu, podobně u jiných elektrických veličin měříme jeho střední nebo i okamžitou hodnotu. Pro měření středních hodnot momentu používáme dynamometr. Dynamometr je stejnosměrný nebo střídavý stroj, jehož stator je uložen v ložiskových stojanech. Na statoru je upevněno rameno, které se opírá o automatickou váhu, jež ukazuje velikost momentu v (Nm). Schématické uspořádání dynamometru s tachodynamem je na obr. 6.1. Chlazení stroje je cizí pomocí zvláštního ventilátoru poháněného asynchronním motorem. Pracuje-li dynamometr jako generátor, působí podle principu akce a reakce vnitřní elektromagnetický moment na stator a natáčí ho ve směru točení rotoru. Moment způsobený třením v ložiskách, třením na komutátoru v dynamometru a třením rotoru o vzduch se rovněž přenáší na stator neboť jej unáší ve směru točení. Měříme tedy dynamometrem celý mechanický moment na hřídeli zkoušeného motoru. Pracuje-li dynamometr jako motor, přenáší se mechanický moment na stator, který se natáčí proti směru točení rotoru. Moment způsobený třením v ložiskách, třením na komutátoru dynamometru a třením rotoru o vzduch se na statoru prakticky nenaměří. Moment vychylující stator proti směru točení je sice větší o tento moment mechanických ztrát, avšak tento moment unáší stator ve směru točení. Dynamometrem tedy měříme mechanický moment na hřídeli zkoušeného generátoru. Tachodynamo, které je na stejné hřídeli a stejném statoru měření středního momentu neovlivní. Náhlá změna výkonu tachodynama se projeví výkyvem ukazatele váhy, při ustálené hodnotě je výchylka nulová. Pro výkon platí vztah P = Mω W Nm (6.1) ( ;, 1 m s ) kde je ωm = π n / 30(1/ s; ot. / min.) (6.2) 22

obr. 6.1. Schéma dynamometru s tachodynamem [ 5 ] 6.2. Měření momentu pomocí cejchovaného stroje Moment se měří nepřímo cejchovaným strojem. Známe-li výkon dynama P a jeho účinnost η můžeme určit při známých otáčkách n měřeného motoru mechanický moment podle vztahu 1 P M = ( Nm; W,1/ s) (6.3) 2π η n Známe-li příkon cejchovaného motoru P p a jeho účinnost, měříme moment podle vztahu 1 P p η M = ( Nm; W,1/ s) (6.4) 2π n Pro méně náročné měření můžeme využít přibližně lineární závislosti momentu na proudu u stroje s cizím buzením a na základě měřeného proudu můžeme vypočítat velikost momentu podle vztahu M = k I ± M ( Nm; Nm / A, A, Nm) (6.5) z M z je moment mechanických ztrát a ztrát v železe cejchovaného stroje. Tento moment se od měřeného momentu odčítá při chodu cejchovaného stroje jako motor. Moment M z je nutno znát v závislosti na budícím proudu a otáčkách. Konstanta k se určí na základě měření a má rozměr Nm/A. 6.3. Měření momentu pomocí třecí brzdy U mechanických brzd vzniká brzdný moment mechanickým třením některé otáčející se části zkoušeného stroje. Na tomto principu jsou založeny brzdy pásové a lanové. Tyto brzdy se hodí k měření malých pomaloběžných motorů a pro krátkodobé zatížení. Brzdný moment je téměř nezávislý na otáčkách a závisí pouze na tlaku a součiniteli tření. Při brždění se značně zahřívají třecí plochy kotouče a špalků. Toto teplo se může přenést na ložiska a zničit je. Pro vyšší výkony a otáčky se musí brzda chladit vodou nebo vzduchem. Přesnost měření je mnohem menší než při 23

měření dynamometrem. Na obr. 6.2. je provedení takové brzdy. Pro velikost momentu za předpokladu, že G2 = G1 T = 0 (6.6) (tj. při dostatečném koeficientu tření je síla G 2 nulová). Pro moment platí vztah M = G ( ;, ) 1 r1 Nm kg m (6.7) Kromě této brzdy se ještě používají brzdy elektromagnetické (založené na brzdném účinku vířivých proudu), které se používají hlavně u malých motorků. obr. 6.2. Provedení brzdy [ 5 ] 6.4. Měření okamžitých hodnot momentu Pro některé jevy v elektrických strojích je nutné znát velikost okamžitých hodnot momentu. Okamžitou hodnotu momentu můžeme měřit buď během jedné otáčky stroje, nebo metodou zrychlení. Prvé měření je nesnadné a klade velké nároky na čidlo momentu a rychlosti. Metoda zrychlení je založena na principu přeměny elektrické energie při rozběhu (ztráty naprázdno zanedbáváme) na kinetickou energii rotoru. Pro takový rozběh platí M i dω = J (6.8) dt Tato metoda používá grafickou nebo elektrickou derivaci otáček. (Také lze vhodným konstrukčním řešením akcelerometru provádět magnetickou derivaci otáček). Přesto, že se zde vyskytuje řada obtíží, jak při volbě derivačního obvodu, tak při volbě čidla pro snímaní otáček, dává tato metoda uspokojivé výsledky. V poslední době byly vyvinuty různé metody na měření okamžité velikosti síly, která je úměrná velikosti momentu stroje. Jsou to různé tenzometrické hřídele s vhodnou kombinací tenzometrů zapojených v můstku (starší odporové nebo novější polovodičové), dále vhodné fotoelektrické a elektronické zařízení. 24

7. Měření naprázdno, nakrátko a pracovní charakteristiky asynchronního motoru Měření provedeno na: 3f asynchronní motor: Typ = 4AP112M4 P = 4KW f = 50Hz n = 1440 ot./min. U = 380 V I = 8,7 A 7.1. Schéma zapojení: obr. 7.1. Schéma zapojení 25

7.2. Naměřené a vypočítané hodnoty: Hodnoty pro měření naprázdno: Tab. 7.1. Hodnoty pro měření naprázdno U 1 (V) U 2 (V) U 3 (V) U 0 (V) I 1 (A) I 2 (A) I 3 (A) I 0 (A) 243,62 245,38 247,05 245,35 5,67 5,83 5,74 5,75 237,51 239,24 240,4 239,05 5,38 5,49 5,33 5,4 229,48 230,51 231,75 230,58 4,94 5,01 4,89 4,94 219,62 221,3 222,18 221,03 4,14 4,35 4,11 4,2 210,31 211,92 212,59 211,61 3,86 3,94 3,73 3,84 203,67 205,09 206,04 204,94 3,7 3,78 3,64 3,71 194,15 196,18 196,82 195,72 3,2 3,41 3,18 3,26 187,38 188,98 189,41 188,59 3,08 3,19 2,96 3,08 179,97 182,03 182,52 181,51 2,75 2,98 2,74 2,83 173,36 174,53 175,32 174,4 2,76 2,81 2,68 2,75 165,66 167,77 167,72 167,05 2,52 2,74 2,42 2,56 159,46 160,1 160,66 160,07 2,38 2,4 2,26 2,35 151,69 153,32 153,27 152,76 2,21 2,4 2,11 2,24 145,5 146,61 146,72 146,28 2,18 2,28 2,06 2,17 138,38 139,76 140,37 139,5 1,91 2,11 1,96 1,99 132,05 133,71 133,27 133,01 1,86 2,06 1,73 1,88 126,34 127,82 127,61 127,25 1,81 1,99 1,71 1,84 120,39 122,02 121,73 121,38 1,68 1,83 1,56 1,69 114,16 115,44 115,58 115,06 1,63 1,74 1,56 1,64 108,32 108,96 109,31 108,87 1,54 1,54 1,44 1,51 102,88 104,13 103,96 103,66 1,45 1,56 1,35 1,45 96,88 97,44 97,74 97,35 1,39 1,38 1,28 1,35 91,26 92,42 92,32 92 1,26 1,36 1,19 1,27 85,88 86,89 86,67 86,48 1,21 1,29 1,1 1,2 79,96 80,78 80,77 80,5 1,13 1,22 1,07 1,14 75,04 76,28 75,66 75,66 1,07 1,19 0,95 1,07 66,5 67,76 67,09 67,12 0,98 1,12 0,89 1 60,65 61,85 61,09 61,2 0,92 1,06 0,83 0,94 55,04 56,21 55,47 55,58 0,82 0,99 0,78 0,86 49,13 49,83 49,63 49,53 0,8 0,88 0,77 0,82 43,28 43,93 43,77 43,66 0,75 0,84 0,76 0,78 38,07 39,06 38,3 38,48 0,72 0,89 0,74 0,78 cosφ 1 cosφ 2 cosφ 3 cosφ 0 P 10 (W) P 10 (W) P 10 - P 10 (W) P fe (W) 0,12 0,11 0,13 0,12 498,29 122,99 375,30 325,30 0,11 0,12 0,12 0,12 461,23 108,48 352,75 302,75 0,12 0,12 0,13 0,12 421,19 90,78 330,41 280,41 0,11 0,12 0,15 0,12 345,4 65,62 279,78 229,78 0,11 0,14 0,13 0,13 313,64 54,85 258,79 208,79 0,13 0,13 0,14 0,13 305,18 51,20 253,98 203,98 0,11 0,13 0,17 0,14 263,73 39,53 224,20 174,20 0,12 0,15 0,16 0,14 247,33 35,29 212,04 162,04 0,11 0,14 0,19 0,15 226,24 29,79 196,45 146,45 0,14 0,16 0,16 0,15 219,84 28,13 191,71 141,71 26

0,1 0,17 0,2 0,16 203,06 24,38 178,68 128,68 0,15 0,18 0,17 0,16 184,54 20,54 164,00 114,00 0,11 0,18 0,22 0,17 175,55 18,67 156,88 106,88 0,14 0,19 0,2 0,18 169,17 17,52 151,65 101,65 0,15 0,16 0,24 0,18 152,92 14,73 138,19 88,19 0,11 0,21 0,26 0,19 145,51 13,15 132,36 82,36 0,13 0,21 0,26 0,2 140,12 12,59 127,53 77,53 0,14 0,23 0,27 0,21 129,15 10,62 118,53 68,53 0,18 0,22 0,26 0,22 125,36 10,01 115,35 65,35 0,21 0,25 0,24 0,23 114,76 8,48 106,28 56,28 0,18 0,26 0,29 0,25 111,21 7,82 103,39 53,39 0,24 0,28 0,27 0,26 104,01 6,78 97,23 47,23 0,21 0,29 0,34 0,28 97,66 6,00 91,66 41,66 0,23 0,32 0,35 0,3 92,87 5,36 87,51 37,51 0,26 0,33 0,37 0,32 87,73 4,83 82,90 32,90 0,23 0,38 0,43 0,35 83,71 4,26 79,45 29,45 0,27 0,41 0,49 0,39 78,42 3,72 74,70 24,70 0,3 0,46 0,54 0,43 74,46 3,29 71,17 21,17 0,36 0,49 0,62 0,49 70,42 2,75 67,67 17,67 0,49 0,56 0,62 0,56 67,24 2,50 64,74 14,74 0,57 0,61 0,7 0,63 64,28 2,26 62,02 12,02 0,58 0,67 0,79 0,68 61,83 2,26 59,57 9,57 Hodnoty pro měření nakrátko : Tab. 7.2. Hodnoty pro měření nakrátko U 1 (V) U 2 (V) U 3 (V) U k (V) I 1 (A) I 2 (A) I 3 (A) I k (A) 43,47 44,08 44,25 43,93 7,67 7,99 7,71 7,79 57,35 58,62 58,48 58,15 10,54 11,14 10,59 10,75 76,29 76,85 77,65 76,93 15,03 15,77 15,07 15,29 88,17 88,85 88,96 88,66 18,14 19,07 18,07 18,42 cosφ 1 cosφ 2 cosφ 3 cosφ (-) f (Hz) P 1 (W) M (Nm) 0,47 0,48 0,49 0,48 50,00 490,75 0,98 0,47 0,49 0,51 0,49 49,98 920,94 2,16 0,50 0,52 0,54 0,52 49,98 1827,97 4,51 0,52 0,54 0,56 0,54 50,00 2639,75 6,67 P k (W) P fe (W) P j2k (W) 233,03 14,28 243,44 443,76 22,46 454,72 897,73 33,71 896,53 1302,90 43,13 1293,72 27

Hodnoty pro měření pracovní charakteristiky: Tab. 7.3. Hodnoty pro měření pracovní charakteristiky U 1 (V) U 2 (V) U 3 (V) U p (V) I 1 (A) I 2 (A) I 3 (A) I p (A) 218,18 219,64 221,27 219,7 4,13 4,34 4,26 4,24 218,06 219,47 221,17 219,57 4,25 4,44 4,41 4,37 219,21 220,68 221,96 220,62 4,55 4,75 4,62 4,64 219 220,49 221,78 220,42 4,66 4,86 4,77 4,76 218,24 220,26 221,51 220 5,21 5,42 5,37 5,33 218,33 219,88 221,23 219,81 5,95 6,13 6,12 6,07 218,2 219,75 221,04 219,66 6,62 6,8 6,79 6,74 217,51 219,62 220,46 219,2 7,96 8,21 8,13 8,1 217 218,85 219,87 218,57 9,62 9,79 9,74 9,72 216,9 218,92 220,03 218,62 9,76 9,94 9,93 9,87 cosφ 1 cosφ 2 cosφ 3 cosφ p f (Hz) P 1 (W) M (Nm) 0,21 0,19 0,23 0,21 50,02 591,09 1,47 0,36 0,33 0,37 0,35 50,02 1010,95 3,92 0,38 0,37 0,41 0,39 50 1195,41 4,91 0,49 0,47 0,5 0,49 50 1528,71 6,87 0,62 0,6 0,63 0,62 50 2172,96 10,79 0,71 0,69 0,71 0,7 50,01 2808,94 14,71 0,76 0,75 0,77 0,76 50,01 3369,3 18,15 0,82 0,81 0,82 0,82 49,97 4350,62 23,54 0,86 0,85 0,86 0,85 49,97 5441,64 29,43 0,86 0,85 0,86 0,86 49,98 5541,62 29,92 n (ot/min) s (%) P 2 (W) P 2 (%) η (%) 1496 0,27 230,53 5,76 39 1493 0,47 613,5 15,34 60,69 1490,5 0,63 765,6 19,14 64,04 1487 0,87 1069,32 26,73 69,95 1479 1,4 1671,32 41,78 76,91 1472 1,87 2268,28 56,71 80,75 1465 2,33 2784,24 69,61 82,64 1451 3,27 3577,47 89,44 82,23 1437 4,2 4428,69 110,72 81,39 1434 4,4 4493,11 112,33 81,08 28

7.3. Příklad výpočtu: a) měření naprázdno f = 50Hz n = 1440 ot / min R = 2, 48Ω R R 12 23 13 = 2,48Ω = 2, 48Ω 2 2 P j = 1,5 R I = 1,5 2,48 5,75 122, 99W 1 = PFe = P0 Pj1 PM = 498,29 122,99 50 = 325, 3W P M = 50W I1 + I2 + I3 5, 67 + 5,83 + 5, 75 I0 = = = 5,75A 3 3 U1 + U 2 + U3 243,62 + 245,38 + 247,05 U0 = = = 245, 35V 3 3 P0 = 498, 29W 0 498, 29 cos ϕ = P 0 0,12 3 U I = 3 245,35 5,75 = 0 0 b) měření nakrátko R R R 12 23 13 = 2,56Ω = 2,56Ω = 2,57Ω 2 P1 k = 1,5 R I k = 1,5 2,56 339,3 = 1302, 9W P = P P P = 2639,75 1302,9 43,13 j2 k 1k j1k Fe = 1293, 7 I1 + I2 + I3 18,14 + 19,07 + 18,07 Ik = = = 18, 42 A 3 3 U1 + U2 + U3 88,17 + 88,85 + 88, 96 Uk = = = 88,66V 3 3 = 2639, 75W Pk 2639, 75 cos ϕ = Pk k 0, 54 3 U I = 3 88,66 18, 42 = k k W c) měření pracovní charakteristiky U = konst. R R R 12 23 13 = 2,78Ω = 2,78Ω = 2,78Ω ϕ = P = 591, 09 = 1 cos p 0, 21 3 U1 I1 3 219,7 4,24 29

7.4. Grafy: a) měření naprázdno 7 0,8 6 0,7 5 0,6 I [A] 4 3 2 0,5 0,4 0,3 0,2 cosφ I0 (A) cosφ0 1 0,1 0 0 0 50 100 150 200 250 300 U [V] obr. 7.2. Měření naprázdno 600 500 P10 [W] 400 300 200 100 P10 (W) Pfe (W) 0 0 50 100 150 200 250 300 U [V] obr. 7.3. Měření naprázdno 30

b) měření nakrátko I [A] 20,00 18,00 8,00 7,00 16,00 14,00 6,00 12,00 5,00 10,00 4,00 8,00 3,00 6,00 4,00 2,00 2,00 1,00 0,00 0,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 U [V] M [Nm] Ik (A) M (Nm) obr. 7.4. Měření nakrátko 3000,00 0,90 P [W] 2500,00 2000,00 1500,00 1000,00 500,00 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 cosφ [-] P1 (W) cosφ (-) 0,00 0,10 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 U [V] obr. 7.5. Měření nakrátko 31

c) měření pracovní charakteristiky 12 10 8 I [A] 6 4 Ip (A) 2 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 P [W] obr. 7.6. Pracovní charakteristika 6000 90 5000 80 70 4000 60 P1 [W] 3000 50 40 η [%] P1 (W) η (%) 2000 30 1000 20 10 0 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 P [W] obr. 7.7. Pracovní charakteristika 32

5 1 4,5 0,9 4 0,8 3,5 0,7 s [%] 3 2,5 2 0,6 0,5 0,4 cosφ [-] s (%) cosφp 1,5 0,3 1 0,2 0,5 0,1 0 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 P [W] obr. 7.8. Pracovní charakteristika 8. Měření momentové charakteristiky asynchronního motoru: Měření provedeno na: 3f asynchronní motor: Typ = 4AP112M4 P = 4KW f = 50Hz n = 1440 ot./min. U = 380 V I = 8,7 A 8.1. Schéma zapojení: obr. 8.1. Schéma zapojení 33

8.2. Naměřené a vypočítané hodnoty: Tab. 8.1. Hodnoty pro měření momentové charakteristiky U 1 (V) U 2 (V) U 3 (V) U p (V) I 1 (A) I 2 (A) I 3 (A) I p (A) 69,21 70,7 69,9 69,94 1,79 2,06 1,9 1,92 68,46 69,98 69,22 69,22 3,32 3,59 3,45 3,45 68,07 69,59 68,84 68,83 4,45 4,73 4,56 4,58 67,55 68,9 68,17 68,21 6,23 6,5 6,31 6,35 67,07 68,44 67,68 67,73 7,83 8,1 7,86 7,93 66,88 68,35 67,55 67,59 8,85 9,14 8,87 8,95 66,7 68,08 67,38 67,39 9,48 9,75 9,48 9,57 66,24 67,71 66,96 66,97 10,24 10,52 10,22 10,32 66,38 68,01 67,27 67,22 10,63 10,92 10,59 10,72 66,79 68,34 67,62 67,59 11,1 11,39 11,08 11,19 cosφ 1 cosφ 2 cosφ 3 cosφ p f (Hz) P 1 (W) M (Nm) 0,82 0,82 0,88 0,84 50,02 337,88 1,47 0,89 0,88 0,91 0,89 49,99 638,85 2,94 0,88 0,87 0,89 0,88 49,99 831,77 3,73 0,83 0,83 0,84 0,83 50 1083,61 4,71 0,77 0,77 0,78 0,77 50,01 1243,97 4,91 0,72 0,72 0,73 0,72 50,02 1315,3 4,91 0,69 0,69 0,69 0,69 50 1337,15 4,41 0,64 0,64 0,65 0,65 50,01 1339,14 3,73 0,62 0,63 0,63 0,63 50 1352,9 3,43 0,6 0,6 0,6 0,6 50,02 1367,13 3,24 n (ot/min) s (%) P 2 (W) P 2 (%) η (%) M 1 (Nm) I p1 (A) 1464 2,4 225,6 5,64 66,77 17,45 6,04 1423 5,13 438,55 10,96 68,65 32,75 10,97 1385 7,67 540,67 13,52 65 41,29 14,64 1311 12,6 646,46 16,16 59,66 52,42 20,48 1218 18,8 625,63 15,64 50,29 55,55 25,76 1130 24,67 580,42 14,51 44,13 56,08 29,13 1045 30,33 483,09 12,08 36,13 51,41 31,24 903 39,8 352,51 8,81 26,32 45,43 33,90 813 45,8 292,32 7,31 21,61 42,45 35,08 678 54,8 229,85 5,75 16,81 41,09 36,42 34

R R 12 23 8.3. Příklad výpočtu: = 2,78Ω = 2,77Ω R13 = 2,77Ω Un 220 I p1 = I p = 1,92 = 6, 04A U 69,94 PM 50 60 M m = = = 0,326Nm ω 2π 1464 2 Un 50 60 220 50 60 M1 = ( M ± M m ) M m 1, 47 17,44Nm U ± = + = 2π 1464 69,94 2π 1464 Pn 4000 60 M n = = = 26,53Nm ω 2π 1440 n 2 8.4. Graf: 60 50 40 M [Nm] 30 20 10 M1 (Nm) 0 0 500 1000 1500 2000 n [ot/min] obr. 8.2. Momentová charakteristika 35

9. Závěr V bakalářské práci jsem popsal funkci, konstrukci a princip činnosti asynchronních strojů. Zaměřil jsem se na spouštění a měření asynchronních motorů. Zkoušky podávají důkaz o tom, že vyráběný stroj je kvalitní, že charakteristiky stroje odpovídají vypočteným a že stroj vyhovuje po mechanické a elektrické stránce všem požadavkům platných norem, popřípadě i dalším požadavkům dohodnutým mezi výrobcem a odběratelem. Asynchronní stroje se musí podrobit zkouškám před odesláním z výrobního závodu. Asynchronní stroje se také zkoušejí před uvedením do provozu, po běžných a generálních opravách a také při periodických a profylaktických kontrolách. Všechna praktická měření byla provedena na třífázovém asynchronním motoru typu: 4AP112M4 o výkonu 4 kw. Při měření naprázdno jsem změřil odpor statorového vinutí R= 2,48 Ω, dále jsem pro jmenovité napětí vypočítal ztráty Jouleovy P j1 = 65,62 W. Ze závislosti P Fe = f (U o ) byly určeny mechanické ztráty P m = 50 W. Poté byly spočteny pro jmenovité napětí ztráty v železe P Fe = 229,78 W a výkon naprázdno při jmenovitém napětí se rovnal P 0 = 345,4 W. Měření pracovní charakteristiky jsem prováděl při konstantním napětí. Měření momentové charakteristiky jsem prováděl při sníženém napětí, proto jsem musel přepočítat proud i moment. Jmenovitý moment u štítkových hodnot motoru je M n = 26,53 Nm a odečtený moment z grafu pro otáčky n= 1440 ot./min. je M= 26 Nm. Pro praktická měření jsem převážně čerpal z normy ČSN 35 0301 Zkoušky asynchronních motorů. 36

10. Seznam použité literatury [ 1 ] BAŠTA, J.; KULDA, V.; PAVLÁSEK, F. A KOL. Měření na indukčních strojích. Praha: SNTL, 1962. 312 s. ISBN 04-544-62. [ 2 ] ČSN 35 0301. Zkoušky asynchronních motorů. Praha: Úřad pro normalizaci a měření, 1988. 55 s. [ 3 ] CHMELÍK, K. Asynchronní a synchronní elektrické stroje. Ostrava: VŠB TU Ostrava, 2002. 136 s. ISBN 80-248-0025-X [ 4 ] MĚŘIČKA, J.; ZOUBEK, Z. Elektrické stroje. Praha: ČVUT, 1971. 295 s. [ 5 ] MICHALEC, J.; PEŘINA, J. Elektrické stroje I. Praha: ČVUT, 1989. 93 s. č. publikace 6730 [ 6 ] PETROV, G. N. Elektrické stroje 2. oprav. a dopl. vyd. Praha: Akademia 1982. 732 s. ISBN 509-21-857. [ 7 ] Pslib.cz [online]. 2004 [cit. 2010-05-03]. Oficiální stránky Střední průmyslové školy strojní a elektrotechnické a vyšší odborné školy v Liberci. Dostupné z WWW: <http://www.pslib.cz/pe/skola/studijni_materialy/motory/indukcni_motor/asynchr_motor_teori e.pdf>. 37