Технички факултет Чачак

Технички факултет Чачак

ДИПЛОМСКИ МАСТЕР РАД

Мерење и визуализација обртног магнетног поља статора трофазног и двофазног асинхроног мотора

Студент:

Марко Шућуровић867/2011

Ментор:

др Мирослав Бјекић

Технички факултет Чачак

Циљ овог дипломског мастер рада је да на један сасвим други начин омогући визуализација облика магнетног поља побудног (статорског) намотаја асинхроне машине.

Рад се састоји из низа теоријских и практичних делова везаних за облик магнетног поља код трофазног и двофазног асинхроног мотора.

Као резултат рада настале су две нове лабораторијске вежбе. Њихов циљ је да помогну студентима да лакше разумеју начин формирања магнетног поља код трофазних и двофазних асинхроних машина.

Садржај

Дипломски мастер рад се састоји из следећих поглавља:

Теорија обртног магнетног поља

Коришћена опрема при реализацији рада

Мерење и визуализација обртног магнетног поља статора трофазног асинхроног мотора

Одређивање параметара и визуализација фазних ставова струја двофазног кондензаторског асинхроног мотора

Нове лабораторијске вежбе

Закључак

Теорија обртног магнетног поља - пулсационо поље

Технички факултет Чачак

/ 2T

/12T

/4T

/3T

5 /12T

7 /12T

2 /3T

3 /4T

5 /6T

11 /12TT0

B

/6T

Када се кроз један намотај пропусти струја:

2 sin ωi t I t

Добија се магнетног поља облика:

m sin ωB t B t

Вектор магнетне индукције тада пулсира нормално на осу намотаја.

Анимација пулсационог магнетног поља

Теслино обртно магнетно поље

Када се кроз трофазне намотаје статора асинхроне машине пропусте струје:

a m

b m

c m

sin ω

2π sin ω

3

4π sin ω

3

i t I t

i t I t

i t I t

формираће се обртни магнетни вектор са константном амплитудом и брзином обртања:

A

BC

A'

B' C'

BB

CB

AB

B

A

BC

A'

B' C'BB

CB

AB

B

A

BC

A'

B' C'

BB

CB

AB

B

A

BC

A'

B' C'

BB CB

AB

B

A

BC

A'

B' C'

BB

CB

AB

B

A

BC

A'

B' C'

BBCB

AB

B

Анимација Теслиног обртног магнетног поља

Трофазни асинхрони мотор;Двофазни кондензаторски мотор;Једнофазни аутотрансформатори.

Коришћене електричне машине:

Компактни сDAQ-9172 систем за аквизицију са модулима NI 9225 за мерење напон и NI 9227 за мерење струје;Аквизициона картица NI USB-6009;Тродимензиони сензор за мерење магнетне индукције MFS-3A;Универзални дигитални инстумент SANWA-RD700.

Коришћена мерно-аквизициона опрема:

Технички факултет Чачак

Мерење и визуализација обртног магнетног поља статора трофазног асинхроног мотора

Технички факултет Чачак

Принцип мерења магнетног поља у шупљини статора трофазног асинхроног мотора.

р=1 р=2A'

A A

A'

B' B'B BОО

Могућност мерења магнетног поља у тачки О – МОГУЋЕ.

Могућност мерења магнетног поља у тачки О – НЕ МОГУЋЕ.

Принцип мерења магнетног поља и повезивање сензора

За мерење магнетног поља користи се сензор MFS-3A:

За мерење вектора магнетног поља користе се x и y - оса.z - оса се користи за позиционирање сензора унутар статора мотора.

B

Принцип мерења магнетног поља и повезивање сензора

Положај сензора у шупљини статора трофазног асинхроног мотора:

2 2 2 2 2 2x y z x y z

1

SB B B B V V V

Вредност укупне магнетне индукције у тачки мерења:

S = 280 mV/mT - константа сензора

Принцип мерења магнетног поља и повезивање сензора

Аквизиција напонских сигнала са сензора магнетног поља:

MFS – 3A

COM +5V Z

COM

Y

NI 9225

+5V

X

Повезивање мотора на аутотрансформаторе и аквизиција струје

РачунарСензор

NI 9227

NI 9225

NI cDAQ-9172

Аквизициони систем за мерење магнетног поља и струја статора мотора:

Реализација апликације у програмском пакету LabVIEW

Блок дијаграм који се користи за реализацију визуализације обртног магнетног поља код трофазног асинхроног мотора:

Реализација апликације у програмском пакету LabVIEW

Front Panel који је реализован за потербе мерења струје мотора и визуализацију мегнетног поља статора трофазног асинхроног мотора:

Пример 1: Прикључен намотај прве фазе

Пример 2: Прикључен намотај друге фазе

Пример 3: Прикључен намотај треће фазе

Пример 4: Прикључени намотаји прве и друге фазе (прекидач P1 затворен)

Пример 5: Прикључени намотаји прве и треће фазе (прекидач P1 затворен)

Пример 6: Прикључени намотаји друге и треће фазе (прекидач P1 затворен)

Пример 7: Прикључена сва три намотаја (прекидач P1 затворен)

Пример 8: Прикључени намотаји прве и друге фазе (прекидач P1 отворен)

Пример 9: Прикључени намотаји прве и треће фазе (прекидач P1 отворен)

Пример 10: Прикључени намотаји друге и треће фазе (прекидач Р1 отворен)

Пример 11: Прикључена сва три намотаја (прекидач Р1 отворен)

Пример 12: Приказ различитих облика магнетних поља на једном дијаграму

Облици магнетних поља при затвореном прекидачу Р1

Облици магнетних поља при укључивању и искључивању

прекидача Р1

Пример 13: Приказ прелазних процеса током укључивања и искључивања асинхроног мотора

Укључивање фаза мотора у различитим малим временским

периодима

Искључивање фаза мотора у различитим малим временским

периодима

Укључивање друге фазе

Укључивање треће фазе

Искључивањедруге фазе

Искључивање треће фазе

Пример 14: Приказ облика магнетног поља при извлачењу сензора из статора

Облик магнетног поља након извлачења сензора

Облик магнетног поља пре извлачења сензора

Након брзог извлачења сензора из статора мотора добија се магнетни поље у облику спирале

Мерење и визуализација обртног магнетног поља статора трофазног асинхроног мотора – видео запис

http://www.empr.tfc.kg.ac.rs/5%20AM/am01/AMpolja.mov

Одређивање параметара и визуализација фазних ставова струја двофазног кондензаторског асинхроног мотора

Технички факултет Чачак

p=2p=12

Коришћени кондензаторски мотор Намотаји за мању брзину

Намотаји за већу брзину

Одређивање параметара и визуализација фазних ставова струја двофазног кондензаторског асинхроног мотора

Идентификација крајева мерењем отпорности намотаја:

p=2p=12

12345

1 2 3 4 5

1 - - - - - 2 13,3 Ω - - - - 3 62,5 Ω 75,8 Ω - - - 4 62,5 Ω 75,8 Ω 70 Ω - - 5 27,5 Ω 40,7 Ω 90 Ω 90 Ω -

Реализација апликације у програмском пакету LabVIEW

Блок дијаграм који се користи код двофазног кондензаторског мотора за мерења и визуализацију:

Реализација апликације у програмском пакету LabVIEW

Front panel за приказ измерених величина код двофазног кондензаторског мотора:

Одређивање просторног угла намотаја

Просторни угао између два намотаја је једнак углу између вектора магнетних поља које стварају та два намотаја:

Одређивање просторног угла намотаја

А

1I

2I

1

2

3

AT

PМРЕЖА

x 16,5 mTB

y 45,5 mTB 45,5 mT

arc tg 70,06716,5 mT

Одређивање просторног угла намотаја

Просторни угао дефинисан хомологним крајевима:

1

2

3

3

70

1

2

3

3

110

70 110

Који од ова два угла представља просторни угао намотаја одређује се помоћу мерења магнетног поља једносмерне струје:

Одређивање просторног угла намотаја

Одређивање просторног угла намотаја помоћу једносмерне струје:

110

Одређивање параметара упрошћене еквивалентне шеме и фазног става струја

1

2

3

Cu1R

Cu2R Fe2R

Fe1R

2L

1L

Fe i CuP P P

На основу измереног напона, струје и снаге добија се вредност за индуктивност:

2Cu Cu iP R I

FeFe 2

i

PR

I

i

i

UZ

I

22Cu Fe

1

2πf 2πf

XL Z R R

Одређивање параметара упрошћене еквивалентне шеме и фазног става струја

Обављена су мерење параметара на намотају прве фазе, намотају друге фазе, паралелне везе намотаја, првог и другог намотаја при паралелној вези намотаја, при редној вези намотаја. Затим мерење параметара првог намотаја при редној вези намотаја и мерење параметара другог намотаја при редној вези намотаја:

а) б) в) г) д) ђ) е) U [V] 10,0082 10,001 10,0059 10,0011 10,0011 10,0018 3,7531 6,2874 I [A] 0,1918 0,1011 0,3698 0,2497 0,1471 0,0548 0,0549 0,0552 R [Ω] 13,458 27,9 9,0787 13,458 27,9 41,358 13,458 27,9 P [W] 1,694 0,8928 3,3954 2,2445 1,3467 0,4664 0,1733 0,2967 cosφ 0,8824 0,8827 0,9177 0,8989 0,9154 0,8503 0,8415 0,8552

а) б) в) г) д) ђ) е) L [H] 0,0781 0,1479 0,0342 0,0559 0,0871 0,3055 0,1176 0,188

Фазорски дијаграм струја мотора са и без кондензатора

Фазори струја када на ред са другом фазом није прикључен

кондензатор

Фазори струја када је на ред са првом фазом прикључен

кондензатор

Прорачун међуиндуктивности намотаја – са ротором

Из табеле индуктивност:

1

2

3

Cu1R

Cu2R Fe2R

Fe1R

2L

1LL

N

2I

U

1I12M

1 78,1mHL

На основу једначине напонске равнотеже се може написати једначина:

21 12

1

IL M L

I

Из табеле параметара за паралелну везу намотаја (г-мерење):

1 0,2497 AI

1 0,2497 AI

55,9mHL

Прорачун међуиндуктивности намотаја – са ротором

Уколико се постави једначина по другом намотају добија се:

12

12

0,147178,1 55,9

0,2497

37,68mH

M

M

12 12

2

IL M L

I

12

12

0,2497147,9 87,1

0,1471

35,82mH

M

M

Провера вредности за међуиндуктивност помоћу редне везе намотаја:

red 1 2 122 78,1 147,9 2 36,75 299,5mHL L L M

12 36,75mHM

red, i red305,5mH 299,5mHL L

Прорачун међуиндуктивности намотаја – са ротором

Помоћу међуиндуктивности се може израчунати индукована емс:

2 12 1ωE j M I

При напону на првом намотају од U≈10 V на другом намотају се очекује емс од 2,21 V.

При напону од U≈10 V на првом намотају, на другом је измерена емс Е=3,223 V.

Закључак: Утицај на емс има израчуната међуиндуктивност јер при прорачуну међуиндуктивности није узет у обзир утицај ротора.

1

2

3

Cu1R

Cu2R Fe2R

Fe1R

2L

1LL

N

U

1I12M

2EV

+

+

32 12 12 2 50 36,75 10 0,1918 2,21VE f M I

Прорачун међуиндуктивности намотаја – без ротора

Измерени параметри за различите везе намотаја када нема ротора:

  а) б) в) г) д) ђ) е)U [V] 10,0084 10,0006 10,0014 10,0069 10,0069 10,0001 3,5490 6,5912I [A] 0,6173 0,3110 0,6451 0,6461 0,3473 0,1924 0,1948 0,1947R [Ω] 13,458 27,9 9,0787 13,458 27,9 41,358 13,458 27,9P [W] 5,1627 2,7045 5,7321 5,7422 3,2696 1,5347 0,5146 1,0568cosφ 0,8357 0,8696 0,8885 0,8881 0,9407 0,7976 0,7443 0,8236

Израчунате индуктивности:  а) б) в) г) д) ђ) е)

L [H] 0,0283 0,0505 0,0227 0,0227 0,0311 0,0998 0,0387 0,0611

21 12 12 12

1

0,3473 28,3 22,7 10,42mH

0,6461

IL M L M M

I

На основу израза за напонску равнотежу и вредности из табела добија се међуиндуктивност када нама ротора:

12 12 12 12

2

0,6461 50,5 31,1 10,43mH

0,3473

IL M L M M

I

Прорачун међуиндуктивности намотаја – са ротором

Провера вредности за међуиндуктивност помоћу редне везе намотаја:

red 1 2 12 red2 28,3 50,5 2 10,4 99,6mHL L L M L

red, i red99,8mH 99,6mHL L

Очекивана емс у другом намотају при напону од 10,0084 V у првом намотају је:

32 12 12 2 50 10,425 10 0,6173 2,02VE f M I

Измерена вредност емс на другом намотају при напону првог намотаја од 10,098 V је 2,097 V.

Закључак: Овим је потврђена чињеница да ротор утиче на вредност индуковане емс у намотају статора.

Приказ облика магнетног поља и фазора струја кондензаторског мотора

а) Облик магнетног поља двофазног кондензаторског мотора без кондензатора:

Приказ облика магнетног поља и фазора струја кондензаторског мотора

б) Облик магнетног поља двофазног кондензаторског мотора са кондензатором

Нове лабораторијске вежбе

Технички факултет Чачак

На основу практичног дела рада настале су две лабораторијске вежбе:

1. Мерење и визуализација магнетног поља статора трофазног асинхроног мотора

2. Визуализација фазних ставова струја двофазног кондензаторског асинхроног мотора

Нове лабораторијске вежбе су постављене на сајту Лабораторије за машине, погоне и регулацију (www.empr.tfc.kg.ac.rs).

Закључак

Технички факултет Чачак

Дипломском мастер рад „Мерење и визуализација обртног магнетног поља статора трофазног и двофазног асинхроног мотора“ представља један нови приступ у визуелизацији облика магнетног поља асинхроних мотора.

Помоћу релативно јефтине и приступачне опреме за мерење и аквизицију је могуће остварити визуелизацију облика магнетног поља и струја асинхроног мотора.

Лабораторијске вежбе омогућавају студентима да сами изврше визуализацију магнетних поља и струја код трофазог и двофазног асинхроног мотора.

Технички факултет Чачак

ДИПЛОМСКИ МАСТЕР РАД

Мерење и визуализација обртног магнетног поља статора трофазног и двофазног асинхроног мотора

ХВАЛА НА ПАЖЊИ!