İNÖNÜ ÜNİERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖL. 26 ELEKTRİK MAKİNALARI LABORATUARI II ÜÇ-FAZ SİNCAP KAFESLİ ASENKRON (İNDÜKSİYON) MOTOR DENEY 26-04. AMAÇ: Üç-faz sincap kafesli asenkron motorun çalışmasının incelenmesi ve hız moment karakteristiğinin elde edilmesi. 2. UYGULAMALAR:. Yıldız bağlı üç faz asenkron motorun hız/moment karakteristiği. 2. Delta (üçgen) bağlı üç faz asenkron motorun hız/moment karakteristiği.. TEORİ:. Giriş Bir üç-faz sincap kafesli asenkron motorun çalışma prensibinin anlaşılması için iki faktörün anlaşılması gereklidir: Üç faz güç kaynağındaki fazların faz ilişkisi ve bunun nasıl motorun statorunda dönen bir manyetik alan oluşturduğunun anlaşılması Fleming in Şağ-El kurallı. Bu iki faktörden kendi kendine başlayan motorun temel dizaynı çıkartılabilir..2 Dönen Manyetik Alan Şekil deki stator alan sargılarını ele alalım. Alan sargıları üç çift halinde bağlanmıştır, çiftler karşılıklıdır ve her çift üç-faz güç kaynağının bir fazı ile beslenmektedir. Akım i a, i b, ve i c ile işaretli uçlardan bobinlere akmakta ve karşı bobinlerden ayrılmaktadır. Bu akımlar bobin ekseni ile aynı eksende manyetik alan oluştururlar. Manyetik alan yönü sağ el kuralı ile bulunabilir. Deney 26-04
Şekil : Stator alan sargıları Eğer üç kaynak akımı da DC olsaydı, akımların oluşturduğu manyetik alanlar Şekil 2 de gösterildiği gibi olur ve sonuç (net) manyetik alanı sıfır olurdu. H H H 2 Şekil 2: DC akım için manyetik alan fazörleri Ancak, kaynak akımları üç-faz AC dır ve L fazı maksimum pozitif değerindeyken L2 ve L fazları negatiftir (Şekil de 90 0 ). Bu andaki her fazın ve sonuç manyetik alanın fazörleri Şekil 4 te gösterilmiştir. 0.8 Ia Ib Ic 0.6 0.4 0.2 0-0.2-0.4-0.6-0.8-0 0 60 90 20 50 80 20 240 270 00 0 60 Şekil : Üç-faz AC akımlar Deney 26-04 2
Sonuç H H H 2 H Şekil 4: AC akımlar için manyetik alan fazörleri, L faz akımı maksimum pozitif değerinde L2 faz akımı maksimum pozitif değerdeyken (Şekil de 20 0 ), her fazın ve sonuç manyetik alanın fazörleri Şekil 5 de gösterilmiştir. H H H 2 Sonuç H Şekil 5: AC akımlar için manyetik alan fazörleri, L2 faz akımı maksimum pozitif değerinde Benzer olarak, sonuç manyetik alanı L faz akımı pozitif maksimum değerindeyken de elde edilebilir. Böylece değeri sabit ama kaynak frekansı ile aynı hızda dönen bir manyetik alan stator içinde oluşur. Fazlardan her hangi ikisinin bağlantı yerleri değiştirilerek dönme yönü ters çevrilebilir.. Hareket Şekil 6 daki iletken merdivenin üzerinde v hızıyla sabit bir mıknatısın sağa doğru hareket ettiğini varsayalım. Fleming in Sağ El kuralına göre merdivenin kollarında bir gerilim indüklenir ve bu gerilim şekilde gösterildiği gibi kollarda dolaşan bir akımın akmasına neden olur. Oluşan akım sonucu merdivende bir F kuvveti indüklenir. Mıknatısın hızıyla orantılı olan bu kuvvet merdiveni soldan sağa hareket ettirmeye çalışır. Merdiven mıknatısın yönünde hareket etmeye başladığında indüklenen kuvvet azalır ve merdivenin hızı mıknatısın hızına ulaştığında kuvvet sıfır olur (Merdiven mıknatısla aynı hıza yaklaştığında merdivende indüklenen gerilim ve akım sıfıra yaklaşır. Akım sıfır olursa kuvvet oluşmaz). Merdivenin iki ucunun Şekil 7 de gösterildiği gibi birleştirildiğini hayal ediniz. Bu bir sincap kafes şeklidir. Eğer bu sincap kafes ortasından geçen bir eksen etrafında dönecek şekilde yapılırsa ve daha önce açıklanan dönen alanın içine yerleştirilirse kafes dönen alanla birlikte kendi etrafında hareket eder. Eğer sürtünme kuvvetleri olmaz ise kafesin dönme hızı alanın hızına yaklaşır. Pratikte değişik nedenlerden dolayı oluşan kayıplar sincap kafesin hızının alanın hızından küçük olmasına neden olur. Bu sincap kafesli asenkron motorun çalışma prensibidir. Deney 26-04
Şekil 6: Merdiven üzerinde kuvvetin oluşması Şekil 7: Sincap kafes.4 Formüller Giriş gücü P= I cosθ () i cos θ giriş güç faktörü, hat gerilimi ve I hat akımıdır. I cosθ değeri sanal ölçümden elde edilebilir. Motor çıkış gücü 2π P0 = NT =ω T (2) 60 Burada N motorun rpm hızı, ω açısal hız ve T momenttir. Motor verimi P0 η = 00 P i () Deney 26-04 4
4. CİHAZ LİSTESİ -faz Kaynak Kontrolü 60-00 Değişken -faz AC/DC Kaynak 60-25 (Set için 60-05 deki ariable DC çıkışı kullanılacaktır) Üç-faz sincap kafesli Asenkron Motor 64-50 Moment ve Hız kontrol paneli 68-44 Dinamometre Makinası 67-502 Sanal Ölçme (Çoklu I/O ünitesi 68-500 ve bilgisayar) veya Tek ve Üç-faz ölçme 68-00 5. DENEYİN YAPILIŞI 5. Ön Kurulum -faz Kaynak Kontrolü 60-00 üzerindeki phase circuit breaker ve Single phase circuit breaker off durumuna getirerek güç kaynağının kapalı olduğundan emin olunuz. 60-25 Güç Kaynağı üzerindeki ayarlı kontrol çıkışını %0 konumuna getiriniz. Şekil 2 deki devreyi kurunuz. 64-50 motorun yıldız bağlandığına dikkat ediniz. Bunu için U 2, 2 ve W 2 kendi aralarında kısa devre edilecektir (Şekil ). Üç-faz Kaynak 60-25 L L 2 L + 0A AC I - 500 AC + I - 0A AC + - 500 AC + - W M ø U Dinamometre Şekil 2: Uygulama ve 2 için bağlantı devresi Şekil : Uygulama için 60-50 motorun yıldız bağlantı devresi Deney 26-04 5
Not: Sanal ölçme I, I ve, gösterildiği şekilde bağlanmalıdır. Gösterilen şekilde bağlanmadığında, ve I, I kullanan üç-faz Wattmetre doğru çalışmaz.,, I, I, AC ölçmeye ayarlanmalıdır. 5.2 Kontrol Ayarları 60-25 Güç Kaynağı -faz güç sigortalarının açık off durumda olduğunu kontrol ediniz. Ayarlı kontrol çıkışını %0 konumuna getiriniz. Değişken AC/DC güç kaynağının çıkış anahtarını AC konumuna getiriniz. 60-00 Kaynak Kontrolü phase circuit breaker ve Single phase circuit breaker anahtarının kapalı on durumunda olduğunu kontrol ediniz. 68-500 Çoklu I/O Ünitesi Yeşil on/off düğmesini kullanarak ana AC güç kaynağını (on) durumuna getiriniz. 68-44 Yeşil on/off düğmesini kullanarak ana AC güç kaynağını açınız (off). Yuvarlak düğmeleri saatin tersi yönünde dönebilecekleri en son konuma (zorlamadan) getiriniz. Dinamometreyi moment modu (torque mode) soketine takınız. Demand voltage anahtarını + e getiriniz. Güç (power) düğmesine basınız (yeşil yanacaktır). Dinamometre güç (Dynamometer power) on düğmesine basınız (bitişik kırmızı LED yanar). Güvenlik notu:. 68-44 e test motoru dönmüyor ise yük gereksinimi durumunda güç uygulamayınız. Bu dinamometrenin motorunun aşırı ısınmasına ve cihaza zarar vermesine neden olur. 2. Dinamometre 5 dakikadan uzun süre kullanılmadığında dinamometre güç off düşmesine basınız. Tekrar devam etmek için on düğmesine basınız. 68-92-USB Sanal ölçüm için bilgisayarınız açın ve sanal ölçüm yazılımını başlatınız. Deney 26-04 6
5. Uygulama - Yıldız bağlı üç faz asenkron motorun hız/moment karakteristiği - 60-25 ünitesindeki -faz sigortaları kapatınız (on). 2- Değişken AC güç kaynağının ayarlı kontrol çıkışını kullanarak çıkış hat-hat gerilimi 80 ta ulaşana kadar artırınız. Dengeli kaynak için her iki voltmetrede aynı değeri göstermelidir. - Minimum moment değerinden 0.Nm adımlar halinde 0.5 Nm kadar motora moment uygulayınız. Aşağıdaki tabloda uygulanan yük değerleri için hızı, çıkış hat akımını, güç faktörünü ve giriş gücünü sırasıyla kayıt ediniz. Hat Akımı I (A) -Faz Giriş Gücü (W) Güç Faktörü (cosθ) Moment (Nm) Hız (rpm) Çıkış Gücü (W) erim (%) 4- Sanal ölçüm yazılımını (veya voltmetre ve ampermetre ölçüm panelini kullanıyorsanız 68-44 panelini) kullanarak momenti sıfırlayınız. 5- Ayarlı kontrol çıkışını %0 konumuna getiriniz. 60-25 ünitesindeki -faz sigortaları açınız (off). 6- Dinamometre güç (Dynamometer power) off düğmesine basınız (bitişik kırmızı LED söner). 5. Uygulama 2- Delta (üçgen) bağlı üç faz asenkron motorun hız/moment karakteristiği Diğer bağlantı şekillerinde değişiklik yapmadan motor bağlantılarını aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi delta (üçgen) bağlayınız. Şekil 4: Uygulama 2 için 60-50 motorun delta (üçgen) bağlantı devresi - Dinamometre güç (Dynamometer power) on düğmesine basınız (bitişik kırmızı LED yanar). 2-60-25 ünitesindeki -faz sigortaları kapatınız (on). - Değişken AC güç kaynağının ayarlı kontrol çıkışını kullanarak çıkış hat-hat gerilimi 220 ta ulaşana kadar artırınız. Dengeli kaynak için her iki voltmetrede aynı değeri göstermelidir. Deney 26-04 7
4- Minimum moment değerinden 0. Nm adımlar halinde 0.5 Nm ye kadar motora moment uygulayınız. Aşağıdaki tabloda uygulanan yük değerleri için hızı, çıkış hat akımını, güç faktörünü ve giriş gücünü sırasıyla kayıt ediniz. Hat Akımı I (A) -Faz Giriş Gücü (W) Güç Faktörü (cosθ) Moment (Nm) Hız (rpm) Çıkış Gücü (W) erim (%) 5- Sanal ölçüm yazılımını (veya voltmetre ve ampermetre ölçüm panelini kullanıyorsanız 68-44 panelini) kullanarak momenti sıfırlayınız. 6- Ayarlı kontrol çıkışını %0 konumuna getiriniz. 60-25 ünitesindeki -faz sigortaları açınız (off). 7-60-00 Kaynak Kontrolü -faz ve Tek-faz sigortalarını (Single phase circuit breaker) sigortalarını açınız (off). 6. SONUÇLAR a) Uygulama için çıkış gücünü ve verimi hesaplayınız ve tabloya kayıt ediniz. b) Uygulama için hat akımını, hızı ve verimi yük (moment) değerlerine karşılık çiziniz. c) Uygulama 2 için çıkış gücünü ve verimi hesaplayınız ve tabloya kayıt ediniz. d) Uygulama 2 için hat akımını, hızı ve verimi yük (moment) değerlerine karşılık çiziniz. 7. SORULAR a) Motor hızının yüklemeyle değişimini gözlemlediğiniz belirtiniz. b) Motorun senkron hızı ne kadardır? Rotorun senkron hızda dönmemesinin nedenini kısaca belirtiniz. c) Her yük değeri için kaymayı hesaplayınız ve kayma ile kayıplar arasında bir ilişki olup olmadığını belirtiniz. Deney 26-04 8