EGYENÁRAMÚ GÉP VIZSGÁLATA Laboratóriumi mérési útmutató

Átírás

1 BUDAPESTI MÛSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM VILLAMOSMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR VILLAMOS ENERGETIKA TANSZÉK Villamos gépek és hajtások csoport EGYENÁRAMÚ GÉP VIZSGÁLATA Laboratóriumi mérési útmutató Összeállította: Németh Károly, Kádár István, Hajdu Endre A méréssel kapcsolatos tananyag: Dr. Retter Gyula: Villamosenergia átalakítók 1. kötet. Tankönyvkiadó. Budapest, (Jegyzet): Egyenáramú gépek: 3.1, 3.3, 4.1, 6.1, 6.2. Mérési feladatok: 1. Külsõ gerjesztésû generátor üresjárási jelleggörbéjének (2. ábra) felvétele. 2. Egyenáramú generátor külsõ jelleggörbéjének (3. ábra) felvétele külsõ, kompaund, antikompaund és sönt gerjesztés esetén. 3. Külsõ gerjesztésû motor üresjárási veszteségeinek mérése (5. ábra). 4. Egyenáramú motor sebességi (fordulatszám-áram) jelleggörbéjének felvétele külsõ, kompaund és antikompaund gerjesztés esetén (6. ábra). A méréshez felhasznált eszközök: M vegyes gerjesztésû motor, EVIG gyártmány: EDM 56 L4, 220 V, 7 kw, 40 A, 850/min, külsõ gerj.: 220 V, 1 A, G vegyes gerjesztésû generátor: EDM 56 L V, 8 kw, 36 A, 960/min, külsõ gerj.: 220 V, 1 A, R i indító ellenállás és védelmi-leoldó egység, TG állandó mágneses egyenáramú tachométer-generátor. 35 V/l000 min -1, max. 40 ma és a hozzá tartozó DV digitális voltmérõ, V 1,V 2 voltmérõk: 600; 300; 130; 60; 30; 12; 6 V, A 1, A 4 ampermérõ: 6; 3; 1.2; 0.6 A, A 2,A 3 alapmûszer 60mV/5mA, hozzá tartozó sönttel: 10; 20; 50A/60mV, GSz1, GSz2 HPH típusú gerjesztés szabályozó 0-2,5 A, ÁI1 MENTOR II. típusú feszültség-szabályozott tirisztoros áramirányító egység 15 kw, ÁI2 MENTOR II. típusú áram-szabályozott tirisztoros áramirányító egység 15 kw. A mérés menete: A kapcsolási vázlat az 1. ábrán látható. A tengelykapcsolatban levõ két gép teljesen azonos, de a névleges adatok az egyiknél (M) motoros, a másiknál (G) generátoros üzemre vannak megadva. Az ábrán kompaund gerjesztésû motor (M) és antikompaund gerjesztésû generátor (G) kapcsolása látható. A motort változtatható nagyságú egyenfeszültséggel tápláljuk az armatúra áramkör ÁI1 tirisztoros szabályozott áramirányítójával. Az armatúra feszültsége ÁI1 potenciométerével változtatható V tartományban. Az M motor gerjesztõ áramát a GSz1 gerjesztés szabályozóval állítjuk. Az egyenáramú motor armatúra körébe az R i indító ellenállást védelmi célból kell bekötni. 1

2 GSz1 GSz V 0-40 A ÁI1 tirisztoros egység ÁI2 tirisztoros egység UaM IaG 3x200 V 3x200 V 1. ábra A mérés kapcsolási vázlata 2

3 A G generátor az ÁI2 tirisztoros szabályozott áramirányítón, mint veszteségmentes terhelésen keresztül az egyenáramú villamos teljesítményt a háromfázisú hálózatba visszatáplálja. A terhelés nagysága az ÁI2 potenciométerével változtatható 0-40 A armatúra áram tartományban. A gépcsoport fordulatszámát a TG tachométer-generátor feszültségébõl határozzuk meg. Az egyenáramú gépek kapcsainak jelölését szabvány rögzíti: armatúra (A), segédpólus (B), kompenzáló tekercs (C), soros gerjesztõ tekercs (D), mellékáramkörû gerjesztõ tekercs (E), külsõ gerjesztõ tekercs (F). A jobb menetûnek feltételezett tekercsek kezdetét a betûjel mellé írt 1, a végét a 2 szám jelzi. Ha a tekercsekben az áram az 1-bõl a 2 pont irányába folyik, akkor az armatúra ill. a segédpólus- és kompenzáló tekercs gerjesztése ellentétes, míg a fõpólus tekercsek gerjesztése azonos irányú, a motor tengelye a hajtás oldal felöl nézve jobbra (az óramutató járásával egyezõ irányban) forog (l. ábra). Az ábrán feltüntetett forgásirányok a tengelykapcsoló felöl nézve értendõk). 2. ábra Külsõ gerjesztésû generátor üresjárási jelleggörbéjének felvétele 1. A generátor üresjárási jelleggörbéjének felvételéhez ÁI2 vezérlését tiltsuk le. Elõször a (külsõ gerjesztésû) hajtó motor gerjesztését kapcsoljuk be, és névleges gerjesztõ áram mellett indítsunk. Célszerû az armatúra feszültséget nulláról fokozatosan növelni a kívánt fordulatszámig. Leálláskor az armatúra feszültséget fokozatosan csökkentsük. Elõször az armatúra feszültséget és utána a gerjesztõ áramot kapcsoljuk ki. Az üresjárási jelleggörbét, a szabvány szerint, felülrõl lefelé haladva vegyük fel (2. ábra), így a gép hiszterézis jelleggörbéjének leszálló ágát fogjuk megkapni. Ügyeljünk a mérés során a fordulatszám állandóságára és arra, hogy a gerjesztõ áramot fokozatosan csak csökkentsük (ne növeljük!), mert így kapjuk meg a leszálló ág pontjait. A gerjesztõ kört lekapcsolva mérjük meg a remanens feszültséget is. 2. A generátor külsõ jelleggörbéinek (3-4. ábra) felvételénél az üresjárási állapotból (I ag = 0) induljunk ki. A generátor áramát ÁI2 vezérlésével (I ag alapjelével) növelhetjük és az A3 ampermérõvel mérhetjük. A megengedhetõ armatúra áram 40 A. Ügyeljünk a fordulatszám és a gerjesztõ áram állandóságára. 3

4 3. ábra Egyenáramú generátor külsõ jelleggörbéje 4. ábra Egyenáramú generátor fluxusa az armatúraáram függvényében 3. A motor üresjárási mérésekor a generátor armatúraköri és gerjesztõköri táplálását is hatástalanítsuk. A motor kapocsfeszültségét változtatva a fordulatszámot a gerjesztõ áram változtatásával tarthatjuk állandó értéken. Mivel a gerjesztõ áramot erõsen le kell csökkenteni, az R i indító-ellenállást célszerû a kapcsolásból kiiktatni. Ebben az esetben tehát különösen kell ügyelni arra, hogy a feszültséget nulláról kiindulva fokozatosan növelve indítsuk a motort. A mért veszteségben (5. ábra) természetesen a G generátor súrlódási és ventillációs vesztesége is benne van. 5. ábra Külsõ gerjesztésû motor üresjárási veszteségei 4. A motor fordulatszám-armatúraáram jelleggörbéjének (6. ábra) felvételekor szintén az üresjárási állapotból indulunk ki. A generátor oldali ÁI2 (fékezõ) nyomaték I ag alapjelével, illetve a gerjesztõ áram növelésével növekszik a motor armatúraárama. A mérés során az armatúrafeszültséget és a motor gerjesztõ áramát állandó értéken kell tartani. 4

5 6. ábra Egyenáramú motor sebességi (fordulatszám-áram) jelleggörbéje A gép mágneses körének hiszterézis jelleggörbéjét tekintve (2. ábra) belátható, hogy mind a generátoros, mind a motoros jelleggörbéknél kis fordulatszám eltéréseket kaphatunk, attól függõen, hogy az üresjárási pontba a gerjesztõ áram nulláról történõ növelésével, vagy a maximális értékrõl való csökkentésével jutottunk, illetve az armatúraáramot nulláról növeljük a maximális értékig, vagy a maximális értékrõl nulláig csökkentve vesszük fel a jelleggörbéket. A mérés kiértékelése: 1. A mért értékek alapján rajzolja fel a jelleggörbéket. 2. Rajzolja fel a jelleggörbéket. A mért értékek alapján számítsa ki kφ G értékét, és ábrázolja az armatúraáram függvényében (4. ábra). A felhasználható összefüggés: kφ G UaG + Uk + IaGR =, ω ahol a kefe feszültségesése U k =2V-nak vehetõ, ω=2πn a szögsebesség és R az eredõ armatúraköri ellenállás. Mindkét gépnél 20 C-on az armatúra és segédpólus tekercs együttes ellenállása 0,38 ohm, a soros gerjesztõ tekercs ellenállása 0,032 ohm. 3. A mért értékek alapján rajzolja fel a jelleggörbéket. Számítsa ki a P=I 2 0M R a tekercsveszteséget, a P k = U ki 0M kefeveszteséget és az U i =U 0M -I 0M R a - U k indukált feszültséget. A felvett P 0M =U 0M I 0M teljesítménybõl levonva P t és P k értékét a P s súrlódási és P v vasveszteség összegét kapjuk. Ábrázolja P s + P v értékét az U i indukált feszültség négyzetének függvényében. A kapott görbét az U i = 0 tengelyig extrapolálva a gépcsoport P s súrlódási és ventillációs veszteségét kapjuk meg. 4. A mért értékek alapján rajzolja fel a jelleggörbéket és számítsa ki kφ M értékét az armatúraáram függvényében. Számítsa ki a gép belsõ nyomatékát az M=kΦ M I am összefüggés alapján és ábrázolja az armatúraáram függvényében (7. ábra). 5

6 7. ábra Egyenáramú gép belsõ nyomatéka az armatúraáram függvényében A mért értékek alapján számítsa ki a kompaund gerjesztésû motor veszteségeit a névleges üzemi pontban, 75 C-os üzemi tekercshõmérsékletet feltételezve. Írja fel a teljesítmény mérleget és határozza meg a hatásfokot. A járulékos veszteségeket a hálózatból felvett teljesítmény 1%-ára becsülhetjük szeptember 6

7 Ellenőrző kérdések és felkészítő feladatok 1. A kapcsolási vázlat alapján ismertesse az elrendezés működését. 2. Szerkezetileg hová építik az egyenáramú gép segédpólusát? 3. Szerkezetileg hová építik az egyenáramú gép kompenzáló tekercsét? 4. Mi a segédpólus mágneses szerepe? 5. Mi a kompenzáló tekercs mágneses szerepe? 6. Milyen árammal gerjesztik a segédpólust? 7. Milyen árammal gerjesztik a kompenzáló tekercset? 8. Mit jelent a külső, párhuzamos, soros, vegyes, kompaund és antikompaund gerjesztés? 9. Milyen összefüggést ábrázol a külső gerjesztésű generátor üresjárási jelleggörbéje, mi felvételének módszere? 10. Milyen összefüggést ábrázol az egyenáramú generátor külső jelleggörbéje, mi felvételének módszere? 11. Milyen összetevői vannak a külső gerjesztésű motor üresjárási veszteségének, mi mérésének módszere? 12. Milyen összefüggést ábrázol az egyenáramú motor sebességi (fordulatszám-áram) jelleggörbéje, mi felvételének módszere? 13. Mitől függ egy külső gerjesztésű motor fordulatszáma? 14. Mitől függ egy külső gerjesztésű motor nyomatéka? 15. Mitől függ egy külső gerjesztésű generátor indukált (belső) feszültsége? 16. Mitől függ egy külső gerjesztésű generátor armatúra árama? 17. Hogyan módosítja a külső gerjesztésű motor fordulatszám-nyomaték jelleggörbéjét az armatúra körébe iktatott külső ellenállás? 18. Mire vonatkozik az egyenáramú motor névleges teljesítménye? 19. Mire kell különös figyelmet fordítani egy önszellőző gép fordulatszám-szabályozott tartós üzeme esetén? 20. Egy külső gerjesztésű motor névleges adatai: U an = 220 V; I an = 40 A; n n = /perc. a) mekkora az M n névleges nyomaték névleges gerjesztés esetén? b) mekkora az üresjárási (I a = 0) fordulatszám névleges gerjesztés esetén, ha a teljes armatúra kör ellenállása R a = 0,2 ohm.? c) mekkora az üresjárási (I a = 0) fordulatszám a névleges gerjesztés 70%-a (mezőgyengítés) esetén? d) mekkora U a armatúra feszültségnél lesz a motor M nyomatéka - névleges I g gerjesztés mellett - álló állapotban névleges értékű? 7