Details zum E-Book

Badania laboratoryjne maszyn elektrycznych

Badania laboratoryjne maszyn elektrycznych

Adam Biernat, Grzegorz Kamińśki, Włodzimierz Przyborowski, Jan Szczypior

E-book

Podręcznik obejmuje badania maszyn w stanach ustalonych, czyli wyznaczanie charakterystyk maszyn dla podstawowych stanów, do których zalicza się: stan jałowy, stan zwarcia, obciążenie i charakterystyki, określane umownie mianem charakterystyk eksploatacyjnych. Podjęto w nim próbę przedstawienia korelacji wyznaczanych charakterystyk, parametrów i wielkości fizycznych z badanymi stanami pracy maszyn, przyjętymi metodami, układami i technikami pomiarowymi.
 
Książka jest przeznaczona dla studentów Wydziału Elektrycznego wykonujących ćwiczenia z laboratorium maszyn elektrycznych. Przy jego opracowaniu uwzględniono merytoryczne przygotowanie studentów z ogólnej teorii oraz konstrukcji i właściwości badanych maszyn w ramach wykładów z maszyn elektrycznych. Ograniczono się zatem do podania krótkich wprowadzeń, objaśnień i interpretacji przeprowadzonych badań i uzyskanych wyników. Jednocześnie w rozdziale pierwszym omówiono szerzej podstawowe metody badań i sposoby przeprowadzania pomiarów. W przypadku niektórych problemów badawczych poszerzono wprowadzenie do tematu, przedstawiając wybrane zagadnienia z teorii maszyn elektrycznych, aby ułatwić przygotowanie do ćwiczeń i wyeksponować związek zależności teoretycznych z procedurami badawczymi tych maszyn i wynikami eksperymentalnymi.
 
Materiał zawarty w książce został potraktowany w sposób ogólny, niezwiązany z wyposażeniem laboratorium, co pozwala na pewną dowolność w wyborze metod pomiarowych w zależności od wyposażenia laboratorium.
 
Opracowanie zostało zmienione w stosunku do skryptu pt. „Laboratorium maszyn elektrycznych”, przede wszystkim przez dołączenie informacji i schematów dotyczących systemów pomiarowych ze wspomaganiem komputerowym pomiarów. Rozszerzono opis modeli matematycznych maszyn, np. silnika jednofazowego z fazą kondensatorową, silnika szeregowego komutatorowego prądu przemiennego, silnika liniowego, silnika skokowego i silnika przełączalnego prądu stałego z magnesami trwałymi, które w małym zakresie są omawiane w podręcznikach z maszyn elektrycznych. Rozszerzono także interpretacje charakterystyk i wyników pomiarów niektórych maszyn. Dołączono ponadto informacje o nowych miernikach, układach pomiarowych i urządzeniach zasilania, stosowanych w laboratoryjnych badaniach maszyn elektrycznych.

Przedmowa9

1. WIADOMOŚCI OGÓLNE 13

1.1. Oględziny zewnętrzne maszyny 14

1.2. Pomiary wielkości elektrycznych 15

1.2.1. Pomiar rezystancji izolacji uzwojeń 15

1.2.2. Pomiar rezystancji uzwojeń 18

1.2.3. Pomiary prądów, napięć i mocy czynnej 27

1.2.4. Pomiary mocy biernej i współczynnika mocy 31

1.2.5. Pomiary częstotliwości 32

1.2.6. Pomiary indukcji magnetycznej 33

1.3. Pomiary maszyn za pośrednictwem systemu pomiarowego i akwizycja sygnałów po­miarowych 35

1.3.1. Przetworniki napięcia i prądu 35

1.3.2. Blok akwizycji sygnałów pomiarowych 37

1.4. Pomiary wielkości nieelektrycznych3 9

1.4.1. Pomiary temperatury 39

1.4.2. Pomiar prędkości obrotowej 41

1.4.3. Pomiar momentów rozruchowych 42

1.5. Urządzenia laboratoryjne 43

1.5.1. Źródła energii 43

1.5.2. Hamownice 47

1.5.3. Rejestratory 49

1.6. Uwagi o metodyce i systematyce pomiarów 50

2. BADANIE TRANSFORMATORÓW TRÓJFAZOWYCH 54

2.1. Wprowadzenie 54

2.2. Stan jałowy transformatora 56

2.2.1. Pomiar przekładni 56

2.2.2. Próba stanu jałowego transformatora przy f=fN = const 59

2.2.3. Wyznaczenie grupy połączeń transformatora 61

2.2.4. Straty w rdzeniu transformatora 63

2.2.5. Rozdział strat w rdzeniu na straty spowodowane histerezą i prądami wirowymi przy B=BN= const 65

2.2.6. Zależność strat w rdzeniu transformatora od częstotliwości U=UN = const 67

2.2.7. Zależność strat w rdzeniu transformatora od kształtu krzywej napięcia zasilają­cego 68

2.3. Badanie procesu magnesowania 70

2.3.1. Badanie transformatora jednofazowego 72

2.3.2. Wpływ układu połączeń na przebiegi prądu magnesującego w transformatorach trójfazowych 73

2.4. Próba zwarcia trójfazowego ustalonego symetrycznie79

2.5. Pomiar impedancji składowej zerowej 83

2.6. Próba stanu obciążenia transformatora 85

2.6.1. Wyznaczanie charakterystyk zewnętrznych metodą bezpośrednią 85

2.6.2. Wyznaczanie sprawności transformatora 88

2.7. Praca równoległa transformatorów trójfazowych 90

2.8. Próba nagrzewania transformatora 96

3. BADANIE MASZYN PRĄDU STAŁEGO 101

3.1. Wprowadzenie i informacje ogólne .101

3.2. Identyfikacja i oznaczenie końcówek tabliczki zaciskowej 103

3.3. Badanie komutacji 105

3.3.1. Wyznaczanie strefy neutralnej 105

3.3.2. Ocena stopnia iskrzenia 106

3.3.3. Wyznaczanie zakresu komutacji beziskrowej 107

3.4. Badanie silników prądu stałego 109

3.4.1. Charakterystyki rozruchowe 110

3.4.2. Charakterystyki eksploatacyjne 114

3.5. Badanie prądnic 122

3.5.1. Próba stanu jałowego 122

3.5.2. Charakterystyki eksploatacyjne 129

3.6. Wyznaczanie strat i sprawności maszyn prądu stałego 136

3.6.1. Wyznaczanie strat jałowych metodą pracy silnikowej 136

3.6.2. Wyznaczanie strat jałowych metodą pracy prądnicowej 138

3.6.3. Wyznaczanie sprawności metodą strat poszczególnych 139

3.6.4. Metoda bezpośrednia wyznaczania sprawności 141

3.7. Pole magnetyczne w maszynach prądu stałego 141

3.7.1. Analityczny opis rozkładu indukcji magnetycznej 142

3.7.2. Stanowisko i układ pomiarowy 145

3.7.3. Pomiary rozkładu indukcji magnetycznej 147

3.7.4. Badanie rozkładu pola magnetycznego w maszynie bocznikowej prądu stałego metodą CAM 150

4. BADANIE MASZYNY ASYNCHRONICZNEJ TRÓJFAZOWEJ 153

4.1. Wprowadzenie 153

4.2. Badanie trójfazowego silnika asynchronicznego pierścieniowego 153

4.2.1. Pomiar przekładni 154

4.2.2. Próba biegu jałowego 155

4.2.3. Próba zwarcia 161

4.2.4. Wyznaczenie statycznego początkowego momentu rozruchowego 164

4.2.5. Próba nagrzewania silnika 167

4.2.6. Próba obciążenia 173

4.3. Badanie silników klatkowych 175

4.4. Badanie silnika zasilanego z regulowanego źródła napięcia i częstotliwości 177

4.5. Wyznaczanie przebiegu momentu obrotowego silnika asynchronicznego w funkcji po­ślizgu 180

4.6. Badanie prądnicy asynchronicznej 182

4.6.1. Warunki pracy prądnicy asynchronicznej 182

4.6.2. Eksperymentalne wyznaczanie zakresu pojemności baterii kondensatorów 184

4.6.3. Próba stanu jałowego 185

4.6.4. Wyznaczanie charakterystyk zewnętrznych i regulacyjnych 187

4.6.5. Badanie prądnicy przy współpracy z siecią sztywną 190

5. BADANIE SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO DWUFAZOWEGO 193

5.1. Wprowadzenie 193

5.2. Podstawowe badania silnika 194

5.3. Wyznaczanie i opracowanie charakterystyk mechanicznych 195

5.4. Wyznaczanie i opracowanie charakterystyk regulacyjnych 200

6. BADANIE SILNIKAASYNCHRONICZNEGO JEDNOFAZOWEGO 202

6.1. Wprowadzenie 202

6.2. Uproszczony model matematyczny silnika jednofazowego 204

6.3. Badanie silnika z kondensatorową fazą pomocniczą 208

6.3.1. Próba biegu jałowego 208

6.3.2. Próba stanu zwarcia 209

6.3.3. Pomiar momentu rozruchowego początkowego i prądu w funkcji pojemności kondensatora 211

6.3.4. Próba obciążenia 212

7. BADANIE INDUKCYJNEGO SILNIKA LINIOWEGO 215

7.1. Wprowadzenie 215

7.2. Parametry i zasada działania oraz struktura pola magnetycznego 218

7.3. Wyznaczanie parametrów i charakterystyk eksploatacyjnych 223

7.3.1. Próba stanu jałowego 223

7.3.2. Próba stanu zwarcia 227

7.3.3. Próba obciążenia w stanie pracy ustalonej 231

7.4. Wyznaczanie parametrów pola magnetycznego 234

7.4.1. Wyznaczanie rozkładu wartości maksymalnej indukcji magnetycznej 234

7.4.2. Wyznaczanie rozkładu wartości chwilowej indukcji magnetycznej 237

7.4.3. Wyznaczanie wartości chwilowej indukcji magnetycznej w punktach xi 240

7.5. Pomiary parametrów w stanach dynamicznych 242

7.6. Sposoby i badania układów chłodzenia silników liniowych 247

8. BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA KOMUTATOROWEGO SZEREGOWEGO 252

8.1. Wprowadzenie 252

8.2. Podstawowe zależności 252

8.3. Identyfikacja i oznaczanie zacisków uzwojeń 254

8.4. Charakterystyka magnesowania 255

8.5. Próba biegu jałowego 256

8.6. Charakterystyki regulacyjne 259

8.7. Próba obciążenia 260

9. BADANIA MASZYN SYNCHRONICZNYCH 263

9.1. Wprowadzenie 263

9.2. Badanie prądnicy synchronicznej 263

9.2.1. Próba stanu jałowego 263

9.2.2. Próba zwarcia 267

9.2.3. Synchronizacja maszyny z siecią sztywną 272

9.2.4. Regulacja mocy 273

9.2.5. Charakterystyki eksploatacyjne 274

9.2.6. Charakterystyki zewnętrzne 276

9.2.7. Charakterystyki regulacyjne 277

9.2.8. Charakterystyki obciążenia 279

9.3. Badanie silnika synchronicznego 282

9.3.1. Rozruch silnika synchronicznego 282

9.3.2. Wyznaczanie krzywych V 284

9.3.3. Charakterystyki obciążenia 287

9.4. Wyznaczanie strat i sprawności 288

9.5. Wyznaczanie wybranych parametrów eksploatacyjnych i obwodowych maszyny syn­chronicznej 291

9.5.1. Metoda wykresu szwedzkiego wyznaczania znamionowego prądu wzbudzenia i zmienności

napięcia 292

9.5.2. Obwodowe parametry maszyny synchronicznej 294

10. BADANIE SILNIKA SKOKOWEGO 309

10.1. Wprowadzenie 309

10.2. Budowa, parametry i zasada działania 309

10.3. Stanowisko pomiarowe 312

10.4. Wyznaczenie charakterystyk momentów synchronicznych w stanie statycznym 314

10.4.1. Charakterystyki kątowe statycznego momentu synchronicznego 314

10.4.2. Charakterystyki maksymalnego statycznego momentu synchronizującego 317

10.5. Wyznaczanie częstotliwości granicznych na charakterystykach częstotliwościowo ­momentowych 318

10.6. Badanie pojedynczego skoku silnika 320

10.7. Określanie błędu statycznego skoku 323

11. BADANIE SILNIKA BEZSZCZOTKOWEGO PRĄDU STAŁEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI (PM BLDC) 325

11.1. Wprowadzenie 325

11.2. Model matematyczny silnika PM BLDC 330

11.2.1. Równania silnika w stanie quasi-statycznym 336

11.3. Badania silnika 338

11.3.1. Badanie silnika w stanie zahamowanym 339

11.3.2. Badanie silnika w stanie jałowym 352

11.3.3. Charakterystyki eksploatacyjne silnika 354

Literatura 357

  • Titel: Badania laboratoryjne maszyn elektrycznych
  • Autor: Adam Biernat, Grzegorz Kamińśki, Włodzimierz Przyborowski, Jan Szczypior
  • ISBN: 978-83-781-4951-4, 9788378149514
  • Veröffentlichungsdatum: 2020-10-16
  • Format: E-book
  • Artikelkennung: e_1s73
  • Verleger: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej