Měření na asynchronním motoru: postupy, zkoušky a vyhodnocení

Měření na asynchronním motoru slouží ke kontrole jeho technického stavu, ověření konstrukce, stanovení elektrických a mechanických parametrů a posouzení kvality výroby nebo opravy. U třífázového asynchronního motoru se provádějí kontrolní zkoušky hotových nebo opravených motorů a typové zkoušky nových výrobků.

Praktické měření obvykle zahrnuje kontrolu vzhledu, měření izolačního odporu a stejnosměrného odporu vinutí, zkoušku odolnosti proti napětí, zkoušku meziotáčkové izolace, zkoušku naprázdno, zkoušku nakrátko, zkoušku překročení rychlosti, zatěžovací zkoušku a zkoušku nárůstu teploty. Z naměřených údajů lze určit například proud, elektrický a mechanický výkon, účinnost, účiník, otáčky, skluz a jednotlivé ztráty motoru.

Účel měření a druhy zkoušek

Zkouška třífázového asynchronního motoru se dělí na dva druhy kontrolní zkoušky a typové zkoušky. Kontrolní zkouška má prověřit kvalitu hotových výrobků a opravených motorů výrobce motoru. Typová zkouška je komplexní zkouška pro každý nový výrobek výrobce motoru podle normy, k ověření konstrukce, technických problémů v procesu, ke zjištění, zda nový výrobek splňuje příslušné normy.

Asynchronní motor po generální opravě je obvykle pouze pro revizní zkoušku. Tématem této diplomové práce je výpočet a měření parametrů asynchronního motoru. Další obsah práce pojednává o metodě konečných prvků, simulaci a měření asynchronních motorů k získání parametrů ze zkoušky naprázdno a nakrátko.

Konstrukce asynchronního motoru zahrnuje popis jednotlivých částí asynchronního motoru, které tvoří stator a rotor. Princip funkce využívá točivé magnetické pole, které je u třífázových motorů kruhové, zatímco jednofázové motory mají pole eliptického tvaru.

Bezpečnost při měření

Pracujete v blízkosti nebezpečného napětí a rotačních částí stroje, proto důsledně dodržujte bezpečnostní předpisy. K měřenému stroji je nutno připojit všechny fázové vodiče, chod na 2 fáze není přípustný a vede ke zničení.

Před zapojením je nutné ověřit správnost měřicího obvodu, stav vodičů, dotažení svorek a bezpečné upevnění motoru i dynamometru. Při zatěžování je třeba sledovat proudy, otáčky, vibrace, hlučnost a případné nadměrné zahřívání.

Kontrola vzhledu a mechanického stavu

Při kontrole vzhledu se ověřuje, zda je vzhled úplný, zda je označení výstupního konce správné, zda jsou dotaženy šrouby, šrouby a matice pro upevnění, zda je rotace rotoru pružná, zda hřídel motoru rozšiřuje radiální výchylku a jaké jsou vibrace.

U motoru s vinutým rotorem je třeba zkontrolovat kvalitu montáže kartáče, držáku kartáče a sběrného kroužku a zda je kontakt mezi kartáčem a sběrným kroužkem dobrý. U uzavřeného motoru s vlastním chlazením ventilátorem je třeba zkontrolovat systém odvodu vzduchu.

Kontrola mechanického stavu před měřením pomáhá odhalit závady, které by mohly ovlivnit výsledky elektrických zkoušek nebo způsobit poškození zařízení. Zvláštní pozornost je třeba věnovat volnému otáčení rotoru, stavu hřídele, ložisek, ventilátoru, svorkovnice a případného kartáčového ústrojí.

Měření izolačního odporu

Izolační odpor se dělí na horký stav a studený stav. U opraveného motoru a motoru z výroby se měří pouze izolační odpor fáze vinutí vůči fázi a fáze vůči zemi ve studeném stavu při pokojové teplotě.

Izolační odpor vinutí rotoru by měl být měřen u motoru s vinutým rotorem. U vícerychlostního vinutí motoru by se měl izolační odpor každého vinutí měřit jeden po druhém. U velkých motorů lze měřit izolační odpor a určit, zda je vinutí vlhké nebo ne.

U motorů pod 500 V by izolační odpor neměl být menší než 0,5 MΩ. Naměřené hodnoty je nutné posuzovat v souvislosti se stavem motoru, teplotou, vlhkostí a účelem prováděné zkoušky.

Měření stejnosměrného odporu vinutí

Stanovení stejnosměrného odporu vinutí motoru se obvykle provádí za studena. Jeho měřicím přístrojem je můstek, pro hodnoty menší než 1 Ω se použije dvouramenný můstek a pro hodnoty větší než 1 Ω je dostupný jednoramenný můstek.

Chyba mezi naměřenou hodnotou odporu každé fáze a poměrem průměrné hodnoty tří fází nesmí být větší než 5 %.

(Rmax − Rmin) / Rprůměr ≤ 5 %

Průměrná hodnota odporu se určí podle vztahu:

Rprůměr = (Ru + Rv + Rw) / 3 Ω

Pokud je rozdíl v hodnotě odporu příliš velký, znamená to, že došlo ke zkratu ve vinutí, přerušenému obvodu, špatnému svařování nebo kontaktu, případně jsou závity vinutí chybně provedené. Pokud je třífázový odpor mimo stanovený rozsah, znamená to, že drát vinutí je příliš tenký.

Zkouška odolnosti proti napětí

Poté, co je vinutí statoru motoru izolováno fáze od fáze a fáze od země, může odolat určitému napětí bez poruchy. Zkouška ověřuje elektrickou pevnost izolace mezi jednotlivými částmi vinutí a mezi vinutím a kostrou motoru.

Když je jmenovité napětí vysokonapěťového motoru 2000-10000 V, zkušební napětí je 2,5násobek jmenovitého napětí. Zkoušku je nutné provádět pouze na správně připraveném a odpojeném motoru, protože zkušební napětí může být životu nebezpečné.

Zkouška meziotáčkové izolace

Při zkoušce meziotáčkové izolace se napájecí napětí zvýší na 130 % jmenovitého napětí a motor se nechá běžet 5 minut naprázdno, přičemž by nemělo dojít ke zkratu.

Účelem je posoudit izolační výkon mezi závity. Zkouška může odhalit nedostatečnou izolaci jednotlivých závitů, chyby ve vinutí a závady, které nemusí být zřejmé při běžném měření izolačního odporu vůči zemi.

Stanovení napětí naprázdno rotoru

Při měření napětí naprázdno rotoru je rotor nehybný, vinutí rotoru je přerušeno a startovací reostat je odpojen. Na vinutí statoru se přivede jmenovité napětí a napětí mezi vedeními se měří mezi rotorovými kolektorovými kroužky.

Je-li jmenovité napětí vyšší než 500 V, napětí přivedené na statorové vinutí lze přiměřeně omezit. Měření se týká především motorů s vinutým rotorem.

Zkouška naprázdno

Zkouška naprázdno spočívá v přivedení třífázového symetrického napětí na vinutí statoru motoru a v jeho provozu bez zatížení. Účelem je určit proud naprázdno a ztrátu naprázdno a oddělit spotřebu železa a mechanické ztráty včetně spotřeby tření větrem ze ztráty naprázdno.

Během zkoušky naprázdno by měl být motor pozorován a poslouchán, zda se nevyskytuje abnormální zvuk, zda není jádro přehřáté, zda není zvýšená teplota ložiska a zda je provoz normální. U motoru s vinutým rotorem je třeba zkontrolovat jiskření a přehřátí kartáčů.

U opraveného asynchronního motoru se při zkoušce naprázdno obvykle měří pouze proud naprázdno, aby se ověřila kvalita opraveného motoru. Podrobnější měření se provádí pouze tehdy, je-li to nutné pro zkoušku naprázdno.

Zkouška nakrátko neboli zkouška blokování

Při zkoušce nakrátko se motor zasekne bez otáčení a pomocí regulátoru napětí se z nulové hodnoty postupně zvyšuje napětí tak, aby proud statorového vinutí dosáhl jmenovité hodnoty. Napětí přivedené na statorové vinutí v tomto okamžiku se nazývá zkratové napětí Uk.

Další metodou je metoda měření pevného napětí, při které se rotor nepohybuje a na pevné vinutí se přivede konstantní napětí, obecně mezi 95-100 V. Měřený proud se nazývá zkratový proud Ik.

Hodnotu Ik mezi 1-1,4 IN lze považovat za kvalifikovanou, přičemž výkon malého motoru je také malý Ik. Pokud je naměřený zkratový proud příliš malý, může to být způsobeno příliš malým počtem sériových závitů a malým svodovým odporem.

V takovém případě může být proud motoru naprázdno velký, startovací proud velký, ztráta velká, účiník a účinnost nemusí být vyhovující, nárůst teploty je vyšší a výstupní výkon je snížen.

Pokud je zkratový proud nesymetrický ve třech fázích, znamená to zkrat statorového vinutí, špatné zapojení nebo přerušení obvodu rotorového vinutí a další podobné jevy.

Zkouška překročení rychlosti

Ve stavu bez zatížení by měl motor být schopen odolat 1,2násobku zkoušky překročení jmenovitých otáček po dobu 2 minut. Účelem je posoudit mechanickou pevnost rotující části.

Ke zvýšení rychlosti se používají dva způsoby: zvýšení frekvence napájení testovaného motoru nebo použití pomocného motoru k tažení testovaného motoru. Rotor lze také vyjmout samostatně pro zkoušku překročení rychlosti.

Po zkoušce překročení rychlosti by měl být rotor zkontrolován na škodlivé deformace. Kontrolují se také případné změny, které by mohly ovlivnit bezpečnost, vyvážení a další provoz motoru.

Zátěžová zkouška

Zátěžová zkouška má určit ztrátu každé části motoru, tedy spotřebu mědi statoru, spotřebu mědi nebo hliníku rotoru, spotřebu železa, mechanickou spotřebu včetně spotřeby třením a větrem a další ztráty.

Při laboratorním měření lze motor zatěžovat pomocí dynamometru v podsynchronním i nadsynchronním režimu. Z naměřených elektrických a mechanických veličin se následně sestavují pracovní charakteristiky stroje.

Zkouška nárůstu teploty

Zkouška nárůstu teploty motoru je důležitou položkou v typové zkoušce, protože výstupní výkon většiny motorů je omezen nárůstem teploty.

Nárůst teploty se obecně měří dvěma způsoby: odporovou metodou a metodou teploměru. Výsledek zkoušky poskytuje podklad pro posouzení tepelného zatížení vinutí, ložisek a dalších částí motoru.

Laboratorní měření na trojfázovém asynchronním stroji

Zadání úlohy

Na daném trojfázovém asynchronním stroji proveďte zatěžovací zkoušku v podsynchronním režimu pro zatížení 1,50; 1,25; 1,00; 0,75; 0,50; 0,25 a 0 násobku jmenovitého momentu stroje a v nadsynchronním režimu pro zatížení 1,50; 1,25; 1,00; 0,75; 0,50; 0,25 a 0,10 násobku jmenovitého momentu stroje pomocí trojfázového komutátorového dynamometru, který může pracovat v režimu brzdy nebo motoru.

Pro každé zatížení stroje mechanickým momentem nastaveným na stupnici dynamometru při konstantním jmenovitém síťovém napětí změřte pomocí měřicí soupravy QN 10 proudy ve všech fázích a elektrický výkon stroje. Mechanickým otáčkoměrem určete skutečné otáčky stroje.

Z naměřených hodnot vypočtěte mechanický výkon, účinnost, účiník a skluz stroje, který určete z naměřených otáček a pro menší hodnoty také stroboskopickou metodou.

Z naměřených a vypočtených hodnot sestrojte pracovní charakteristiku stroje vynesením grafických závislostí elektrického výkonu, fázového proudu, mechanického momentu, otáček, účinnosti, účiníku a skluzu na mechanickém výkonu v lineárních stupnicích na všech osách.

Z této charakteristiky určete hodnoty změřených veličin při jmenovitém mechanickém výkonu stroje a porovnejte je. Rozdíly zdůvodněte a měření zhodnoťte.

Použité přístroje

• 1 ks 3f asynchronní stroj s kotvou nakrátko
• 1 ks 3f komutátorový dynamometr
• 1 ks 3f měřicí souprava QN 10
• 1 ks 3f indukční regulátor
• 1 ks mechanický otáčkoměr
• 1 ks stroboskopická výbojka
• 1 ks stopky

Mechanické a elektrické zapojení

Asynchronní stroj je mechanicky pružnou spojkou spojen s dynamometrem. Jeho statorové vinutí připojte přes měřicí soupravu QN 10 k regulovatelnému zdroji 3f napětí.

Zapnutím do sítě se přesvědčte o správnosti směru otáčení stroje podle červené šipky na kostře dynamometru. Před zahájením měření musí být ověřeno správné fázové připojení a úplnost všech tří fázových vodičů.

Určení pólů a synchronních otáček

Po rozběhu na plné otáčky se na rotoru stroje, tvořeném černým kotoučkem s bílou značkou, při osvětlení stroboskopem objeví značky, jejichž počet odpovídá počtu magnetických pólů stroje.

Počet magnetických pólů je nutno znát pro výpočet synchronních otáček podle vztahu z elektrotechniky. Synchronní otáčky slouží jako základ pro určení rozdílu mezi teoretickými a skutečnými otáčkami, tedy skluzových otáček.

Stanovení jmenovitého momentu

Stroj odpojte od sítě, ze štítku stroje odečtěte jmenovité hodnoty výkonu a otáček, ze kterých vypočtěte podle vztahu z fyziky jmenovitý mechanický moment a jeho násobky podle zadání měření.

Stupnice dynamometru je dělena ve starších jednotkách, na které musíte vypočtený moment převést.

1 kp = 9,81 N

Postup vlastního měření

Při vlastním měření nejdříve roztočte dynamometr na přibližně synchronní otáčky, pak teprve připojte stroj k indukčnímu regulátoru a nastavte jmenovité statorové napětí podle QN 10.

Napětí udržujte po celé měření konstantní. Regulací otáček dynamometru nastavte vypočtené hodnoty momentu od největšího zatížení po nejmenší v obou režimech.

Po ustálení hodnot odečtěte na QN 10 všechny fázové proudy I1, I2 a I3, výchylku α a konstantu k wattmetru. Otáčkoměrem změřte skutečné otáčky stroje n.

Pokud lze změřit i rychlost otáčení značek kotoučku rotoru stroboskopicky, proveďte určení časového intervalu t pro zvolený počet otáček značky s pomocí stopek.

Výpočet mechanického výkonu, účinnosti a účiníku

Ze skutečných změřených hodnot vypočtěte podle známých vztahů z elektrotechniky a fyziky chybějící údaje v tabulce. Mezi vyhodnocované veličiny patří elektrický výkon, mechanický výkon, účinnost, účiník, moment, otáčky a skluz.

Mechanický výkon se určuje z mechanického momentu a skutečných otáček. Účinnost se stanoví porovnáním mechanického výkonu s elektrickým příkonem. Účiník se určuje z elektrických veličin naměřených při konstantním jmenovitém napětí.

Výsledné hodnoty je vhodné zapisovat pro každý nastavený násobek jmenovitého momentu zvlášť, aby bylo možné zpracovat pracovní charakteristiky pro podsynchronní i nadsynchronní režim.

Určení skluzu

Při stroboskopickém měření rychlost otáčení značek odpovídá rozdílu synchronních teoretických a asynchronních skutečných otáček stroje, které se nazývají skluzové otáčky neboli skluzová rychlost.

Pro skluzové otáčky platí vztah:

n₂ = 60 · z / t

Ve vztahu je z zvolený počet otáček značky a t časový interval měřený stopkami. Z takto určených skluzových otáček se následně stanoví skluz podle základního vztahu.

Přesnost měření skluzu stroboskopem ovlivňuje počet otáček značky a jejich čas otáčení. Proto při rychlém pohybu značek, tedy při velkém skluzu, volte větší počet otáček značky.

Zpracování výsledků

Ze získaných údajů sestrojte grafické charakteristiky v lineárních osách. Na vodorovnou osu se vynáší mechanický výkon a na svislé osy se vynášejí elektrický výkon, fázový proud, mechanický moment, otáčky, účinnost, účiník a skluz.

Charakteristiky se zpracují pro všechny body měření v podsynchronním i nadsynchronním režimu. Z grafů se následně určují hodnoty měřených veličin při jmenovitém mechanickém výkonu stroje.

Interpretace výsledků měření

Výsledky měření je nutné porovnat s hodnotami očekávanými pro daný motor a s údaji uvedenými na jeho štítku. Rozdíly mohou souviset s nepřesností měřicích přístrojů, kolísáním otáček, nastavením mechanického momentu, odchylkami síťového napětí a teplotním stavem vinutí.

Při hodnocení je třeba rozlišovat chyby měření a skutečné vlastnosti motoru. Proud ve fázích nemusí být při praktickém měření zcela shodný, avšak výrazná nesymetrie může upozorňovat na chybu zapojení, vadný kontakt nebo závadu ve vinutí.

Stejně tak se skutečné otáčky asynchronního motoru liší od synchronních otáček, protože rotor při zatížení za točivým magnetickým polem zaostává. Velikost tohoto rozdílu je vyjádřena skluzem.

Náhradní schéma a určování parametrů motoru

Další část problematiky měření asynchronních motorů se týká náhradního schématu. Analytické početní zjištění velikostí parametrů motoru pomocí příslušných vzorců je obsahem části, ve které jsou definovány postupy k získání parametrů náhradního schématu asynchronního motoru.

Pomocí dodané dokumentace lze provést postup výpočtu parametrů náhradního schématu třífázového asynchronního motoru pro konkrétní typ. Srovnání výsledků z měření, analytického výpočtu a ze simulace umožňuje posoudit přesnost jednotlivých metod.

Významnou součástí vyhodnocení je porovnání parametrů získaných ze zkoušky naprázdno a nakrátko s hodnotami získanými zatěžovací zkouškou. Tím lze lépe posoudit elektrické ztráty, mechanické ztráty, magnetizační proud a závislost účinnosti na zatížení.

Dokumentace měření

Dokumentace měření má obsahovat schéma zapojení, tabulku naměřených a vypočtených hodnot, grafy pracovních charakteristik a slovní zhodnocení výsledků.

1. Schéma zapojení.
2. Tabulka naměřených a vypočtených hodnot.
3. Grafy závislostí elektrického výkonu, fázového proudu, mechanického momentu, otáček, účinnosti, účiníku a skluzu na mechanickém výkonu.
4. Porovnání hodnot při jmenovitém mechanickém výkonu.
5. Zdůvodnění rozdílů mezi měřenými a očekávanými hodnotami.
6. Zhodnocení přesnosti a průběhu měření.

Stroboskopickou výbojku je nutno připojit k síti přibližně 10 minut před měřením, aby dávala dostatečně silné záblesky. Při měření je nutné zajistit dostatečně dlouhý časový interval a vhodný počet otáček značky, protože krátký interval zvyšuje relativní chybu měření.

Výsledné grafy musí být vytvořeny v lineárních stupnicích na všech osách. Z charakteristik se určují hodnoty měřených veličin při jmenovitém mechanickém výkonu stroje a následně se provádí jejich vzájemné porovnání.

tags: #mereni #na #asinychronnim #motorku