AC 인덕션 모터 특성
Overview
출처: 알리 바지, 코네티컷 대학교 전기 공학학과, 스토스, CT.
이 실험의 목적은 변압기 특성화에 사용되는 것과 유사한 위상 동등한 회로 및 테스트를 사용하여 3상 유도 모터의 동등한 회로 매개 변수를 찾는 것입니다. 전기 공학에서, 상기 회로(또는 이론회로)는 주어진 시스템에 대해 결정될 수 있다. 동등한 회로는 원래 시스템의 모든 특성을 유지하며 계산을 단순화하는 모델로 사용됩니다. 또 다른 목적은 선형 토크 속도 영역에서 모터를 작동하는 것입니다.
Principles
3상 유도 모터는 3상 전압 또는 전류로 공급되어 3개의 자기장을 유도합니다. 이 필드는 누적 자기장을 합산하여 일정한 진폭으로 공간에서 회전하며 고정자 자기장이라고 합니다. 자기장은 금속 로터 바 또는 코일에서 전류를 유도하여 자신의 자기장을 유도하여 로터 자기장이라고 합니다. 로터는 스테이터 내부에 걸려 있고 로터 자기장은 회전하는 스테이터 자기장에 고정하여 로터가 회전합니다. 로터는 일반적으로 "다람쥐 케이지"라고 불리는 것을 형성하는 끝 고리로 묶인 로터 바로 만들어집니다.
상별 등가회로모델은 각각 고정기 및 로터측 권선 저항 R1 및 R2를모델링하며, 로터와 스테이터 간의 유출 유동으로 인한 누설 유도(L1은 고정자 누설 유도제, L2는 로터 누설 유도제), 상호 자화 인덕스(Lm 또는 반응성 Xm)및 코어 손실및 코어 손실.. 이들은 변압기의 동등한 회로 모델과 유사하지만, 미끄러라고 하는 고정자 뒤에 로터 자기장 지연의 효과를 포함한다.
모터의 동등한 회로 모델을 찾기 위해 여러 테스트(로드 없음, 잠긴 로터, DC 및 부하 테스트)를 수행해야 합니다. 이러한 테스트는 모터 등급에 대한 지식이 필요합니다. 60Hz에서 208 V의 정격 전압의 경우 등급 출력(마력 및 W, 1마력 = 746W), 정격 전류(A), 정격 속도(RPM 및 래드/s)와 같은 명판에서 아래를 기록해야 합니다. 이러한 등급에서, 정격 토크(N·m)는 명판에 표시되지 않는 라드/s(1RPM = 2π/60 rad/s)의 정격 속도보다 와트의 정격 전력을 분할하여 찾을 수 있다.
유도 기계 샤프트를 로드하기 위해 DC 발전기(동력계 설정)가 기계적으로 샤프트에 결합됩니다. 유도 모터는 발전기의 주요 무버 역할을 합니다. 발전기의 전기 부하가 증가함에 따라 유도 모터에서 기계 전력이 증가하여 유도 모터 샤프트의 하중이 증가합니다.
Procedure
1. DC 테스트
다람쥐 케이지 유도 기계에는 고정기 터미널만 액세스할 수 있습니다.
- 저전력 DC 전원 공급 장치를 켜고 전류를 1.8A로 제한합니다.
- 공급을 끕니다.
- 유도 모터 터미널(라벨이 붙은 A, B 및 C)의 두 가지 에 걸쳐 공급 단자를 연결합니다.
- 공급을 켜고 출력 전압과 전류를 기록합니다.
- 두 개의 다른 위상 조합에 대해 반복합니다.
- 측정된 저항은 2단계 연속이므로 위상별 저항은 절반의 측정입니다.
2. 로드 없음 테스트
이 테스트의 경우, 부하 동력계에 전원이 공급되지 않고 부하를 지원하지 않는 모든 단자 연결이 끊어졌는지 확인하여 위상별 자화 분기 매개변수 Xm 및 RC.를 찾기 위해 부하가 없는 유도 기계를 테스트합니다.
- 3단계 소스가 꺼져 있는지 확인합니다.
- VARIAC가 0%에 있는지 확인한 다음 VARIAC를 3상 콘센트에 연결하고 설정(도 1)을 연결합니다.
- 회로 연결이 도 1에 표시된 대로 다시 확인한 다음 3상 소스를 켭니다.
- 각 디지털 파워 미터가 208V 경에 판독될 때까지 VARIAC 출력을 빠르게 늘립니다.
- 두 미터에서 전력, 전압 및 전류 판독값을 기록합니다.
- 스트로브 라이트를 사용하여 속도를 측정하고 스트로브 라이트를 합리적인 속도로 조정하고 측정값을 ωo로레이블을 지정합니다.
- N·m 또는 lb·ft에서 토크 판독값을 기록하고 토크 트랜스듀서 또는 토크 측정 장치가 잘 보정되지 않은 경우를 대비하여 측정값을 To로 레이블을 지정합니다. 이것은 로드가 없는 토크입니다.
- VARIAC를 다시 0%로 설정한 다음 3상 소스를 끕니다. 회로의 나머지 부분을 그대로 둡니다.
그림 1: 부하 없음 테스트를 위한 전기 설정입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
3. 잠긴 로터 테스트
변압기의 단락 테스트와 유사한 방식으로 잠긴 로터로 유도 기계를 테스트합니다. 이 테스트를 사용하여 위상별 계열 저항 및 누설 유도를 찾습니다. 이 테스트의 경우 부하 동력계에 모든 터미널연결이 끊어졌는지 확인합니다.
- 3단계 소스가 꺼져 있는지 확인합니다.
- VARIAC가 0%에 있는지 확인합니다.
- 동력계가 디지털 방식으로 제어되는 경우 기계식 클램프 또는 제로 토크 설정을 사용하여 동력계 측의 로터를 잠급니다.
- 설정은 잠긴 로터를 제외하고 도 1의 설정과 여전히 유사합니다.
- 도 2에 도시된 회로 연결이 있는지 다시 확인합니다.
- 3상 소스와 유도 기계 스위치를 켭니다.
- 디지털 파워 미터 중 하나 또는 둘 다에서 정격 전류에 도달할 때까지 VARIAC를 천천히 조심스럽게 늘립니다.
- 두 미터에서 전력, 전압 및 전류 판독값을 기록합니다.
- VARIAC를 다시 0%로 설정한 다음 3상 소스를 끕니다. 회로의 나머지 부분을 그대로 둡니다.
그림 2: 부하 테스트를 위한 설정입니다.
4. 로드 테스트
이 테스트를 사용하여 유도 기계의 선형 토크 속도 특성을 추적합니다. 이 테스트의 경우 션트 필드가 있는 동력계를 생성기로 사용합니다(이 작동 조건에 대한 자세한 내용은 DC 컴퓨터 비디오에서 나중에 제공되지만 아마추어는 발전기 출력 포트입니다).
- 3상 소스 및 유도 기계 스위치가 꺼져 있는지 확인합니다.
- VARIAC가 0%에 있는지 확인합니다.
- 로터 샤프트에서 잠금 클램프를 제거합니다.
- 회로를 연결합니다(그림 2). RL=300Ω을 사용하지만 SD를 유지합니다.
- 계열 필드를 사용하지 마십시오.
- 회로를 확인한 다음 3상 소스와 유도 기계 스위치를 켭니다.
- 각 디지털 파워 미터가 208V 경에 판독될 때까지 VARIAC 출력을 빠르게 늘립니다.
- 두 미터에서 전력, 전압 및 전류 판독값을 기록합니다.
- 속도를 측정하고 ω1로레이블을 지정합니다. 속도를 측정하려면 스트로브 라이트의 "거친" 주파수 노브를 조정하여 샤프트가 거의 고정된 것처럼 보일 때까지 조정한 다음 "Fine" 노브를 사용하여 주파수 설정을 미세 조정합니다.
- 토크 판독값을 기록하고 T1로레이블을 지정합니다.
- 필드 권선이 또한 아마추어와 병렬로 부하 역할을하기 때문에 이 작동 점(ω1,T1)은부하가 없는 것과 같지 않습니다. SD가 나중에 전환되고 RL이 감소함에 따라 RL이 감소함에 따라 부하 전류가 증가하므로 부하가 증가합니다.
- SD를켭니다. 속도를 측정하고 ω2로레이블을 지정합니다.
- 토크 판독값을 기록하고 T2로레이블을 지정합니다.
- SD를끕니다. RL을 Ω 200으로 변경한 다음 SD를켭니다.
- 속도를 측정하고 ω3로레이블을 지정합니다.
- 토크 판독값을 기록하고 T3로레이블을 지정합니다.
- SD를켭니다. RL을 100 Ω 변경합니다. SD를켭니다.
- 속도를 측정하고 ω4로레이블을 지정합니다.
- 토크 판독값을 기록하고 T4로레이블을 지정합니다.
- VARIAC를 0으로 설정하여 3상 소스를 끄고 회로를 분해합니다.
Results
유도 기계의 동등한 회로 매개 변수를 찾는 일반적인 실수는 위상별 등가 회로의 계산에 3상 측정 전력을 사용하는 반면, 전력의 3분의 1은 측정된 전력을 소비하므로 전력의 3분의 1이 한 단계에 있습니다.
동등한 회로 매개 변수의 계산은 변압기의 계산과 유사하지만 기계의 NEMA 프레임당 X1 및 X2'를 분할하는 것이 일반적입니다. 예를 들어, 모터가 NEMA 프레임 A 또는 D인 경우 X1 및 X2'는 동일하게 가정되고, 모터가 NEMA 프레임 B인 경우 X1 및 X2'는 각각 Xeq의40% 및 60%로 분할되고 모터가 NEMA 프레임 C인 경우 X1과 X 2'는 각각 30% 및 X 2%로 분할됩니다. X1과 X2'는 Xm,R 1 및 R 2의 1-10%가 모터 전력 등급에 따라 여러 Ω mΩ 순서에 있고 R C는 R1 및 R2보다큰 크기의 수주이기 때문에 수십~수백 개의 Ω 순서로 있을 것으로 예상된다.
유도 모터 토크 속도 곡선의 선형 영역은 부하 테스트를 사용하여 발견되며 부하 가없는 조건에서 전체 또는 속도 부하 조건으로 추정될 수 있습니다. 전형적인 토크 속도 곡선은 여러 NEMA 프레임에 대해 도 3에 나타내며 선형 영역은 90-100% 속도에 가까운 가장 올바른 영역이다.
그림 3:다양한 NEMA 프레임에 대한 일반적인 토크 속도 곡선.
Application and Summary
3단계 유도 기계, 특히 유도 모터는 현대 산업의 주력 기계입니다. 유도 모터를 적절하게 특성화하면 엔지니어와 기술자에게 모터의 효율성과 토크 속도 특성에 대한 정보를 제공합니다. 이는 응용 분야에 가장 적합한 모터 크기와 프레임을 결정하는 데 필수적입니다. 모터가 특징지어지고 토크 속도 곡선이 설명된 테스트를 사용하여 동등한 회로 매개변수로부터 알려지면, 다른 NEMA 프레임은 곡선 모양이 다릅니다. 예를 들어, 엘리베이터 응용 프로그램에는 고시작 토크가 필요합니다. 따라서 NEMA 프레임 D와 같은 프레임은 A 또는 B보다 더 적합합니다. 모터의 동등한 회로 매개 변수를 알면 상당한 양의에너지(예:냉각기)를 소비하는 대형 시스템의 유도 모터의 일체형 부품을 다룰 때 모터의 효율성과 더 큰 시스템에서 에너지 소비에 대한 기여도를 양호한 추정치로 제공할 수 있습니다.
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