X SIMPOZIJUM Energetska elektronika 10 th SYMPOSIUM on Power Electronics. Novi Sad, Yugoslavia,

Transcription

1 X SIMPOZIJUM Energetska elektronika 1 th SYMPOSIUM on Power Electronics Novi Sad, Yugoslavia, Ee'99 ANALIZA MERENE VREDNOSTI DODATNIH GUBITAKA KOD KAVEZNIH ASINHRONIH MOTORA Ištvan Sekula, Jožef Varga, Jovan Radaković SEVER Subotica, Jugoslavija Kratak sadržaj: U ovom radu prezentovani su eksperimenti i rezultati ispitivanja jednog visokonaponskog jednokaveznog asinhronog motora sa posebnim osvrtom na uticaj zakošenja žljebova i izolovanost kaveza na dodatne gubitke. Ključne reči: Asinhroni motor / dodatni gubici ANALYSIS OF MEASURED VALUES OF ADDITIONAL LOSSES WITHIN SQIRREL CAGE MOTORS Abstract: This work presents experiments and results of testing a high voltage onesquirrel cage induction motor with a review of slot chamfer and of cage isolation on additional losses. Key words: Induction motor / additional losses 1. UVOD Eksperimentalna merenja i ispitivanja koja će biti prezentovana u ovom radu sprovedena su na visokonaponskom jednokaveznom asinhronom motoru proizvodnje SEVER tipa 1.KZF 64 Sb 1s. Motor je projektovan sa sledećim naznačenim podacima: napon napajanja Un = Y 6V; učestanost f = 5Hz; snaga Pn = 15 kw; struja In = 21 A; broj obrtaja n = 591 min -1 ; klasa izolacije F; stepen mehaničke zaštite IP 55; oblik V1. U cilju rešavanja problema prevelikog zagrevanja namotaja statora i nezadovoljavajućeg polaznog momenta kod prototipa, nakon ispitivanja obavljene su i određene rekonstrukcije na limpaketu i na kratkospojnom kavezu rotora (promena zakošenja žljebova, izolacija štapova, izmena ventilatora, itd.). Ispitivanjem različitih varijanti u ovom radu izdvojili smo najkarakteristične dijagrame radi prezentovanja uticaja zakošenja žljebova rotora i izolacije kaveza na dodatne gubitke. Rad obrađuje rezultate ispitivanja motora u praznom hodu, pod opterećenjem i ispitivanja dodatnih gubitaka rotora metodom reverziranja obrtaja. Tokom eksperimenata izvedene su sledeće varijante: I varijanta: Nezakošeni žljebovi rotora i neizolovani štapovi kaveza rotora. II varijanta: Zakošeni žljebovi rotora i neizolovani štapovi kaveza rotora. III varijanta: Zakošeni žljebovi rotora i izolovani štapovi kaveza rotora. 355

2 Cilj ove analize je da konkretnim rezultatima merenja ukaže na značaj dodatnih gubitaka i da posluži kao podloga kod proračuna, konstrukcije i izrade tehnologije razvoja kaveznih asinhronih motora. 2. BILANS SNAGE ASINHRONOG MOTORA SA DODATNIM GUBICIMA Šematskim prikazivanjem bilansa snage sa specifikacijom vrsta i mesta nastanka dodatnih gubitaka kod asinhronih motora želimo obezbediti jednostavne podloge za analizu prezentovanih dijagrama, stručnih konstatacija i zaključaka. U ovom radu nećemo se udubiti u obradu prirode dodatnih gubitaka, to je detaljano opisano u stručnom radu [2]. Na Sl.1 nisu prikazani gubici usled rasipnih flukseva. Pulzacioni gubici u zubima i jarmovima statora i rotora prikazani su zajedno sa površinskim gibicima u statoru i rotoru. ULAZNA ELEKTRIČNA SNAGA P Fe Gubici u gvožđu LP statora STATOR VAZDUŠNI PROCEP ROTOR P Cu1 P d1 P dp1 P dp2 Džulovi gubici u namotaju statora Dodatni gubici u namotaju statora Dodatni gubici usled pulziranja fluksa i na površni LP i u zubima statora Dodatni gubici usled pulziranja fluksa i na površni LP i u zubima rotora P dvf2 P Cu2 P fv Dodatni gubici poprečnih struja u rotoru (usled osnovnih i viših harmonika) Džulovi gubici u kavezu rotora Gubici usled trenja i ventilacije IZLAZNA MEHANIČKA SNAGA Sl.1. Šematski prikaz bilansa snage asinhronog motora Kod određivanja bilansa snage propisi ne primenjuju parcijalno odbijanje pojedinih vrsta dodatnih gubitaka prema Sl.1., umesto toga preporučuju proračun sa 356

3 konvencionalnim gubicima s tim da na kraju od izlazne mehaničke snage oduzimaju i zbir dodatnih gubitaka. 3. UPOREĐIVANJE REZULTATA ISPITIVANJA I EKSPERIMENATA 3.1. Ispitivanja motora u praznom hodu Prilikom ispitivanja motora u praznom hodu merena je snaga, struja po fazama, napon i omski otpor namotaja statora. Tokom merenja menjan je napon u granicama od,4 Un do 1,15 Un. Na Sl. 2. prikazane su promene snage praznog hoda umanjene za gubitke u namotaju statora (P P Cu ) u funkciji od napona (U ). Krive su snimljene za sve varijante rotora. Upoređivanjem rezultata merenja snage praznog hoda (P P Cu ) pri naznačenom naponu Un = 6 V možemo zaključiti da su najmanji gubici kod III varijante rotora (zakošeni žljebovi, izolovani štapovi). Možemo uočiti i porast gubitaka u praznom hodu u zavisnosti od zakošenosti žljebova kod varijanti sa neizolovanim štapovima rotora (I varijanta i II varijanta). Na osnovu poznatih metoda odvajanja gubitaka u praznom hodu navedeni porast snage se tretira kao porast gubitaka u gvožđu statorskog limpaketa. Mi znamo da su u stvarnosti uzročnik povećanja snage dodatni gubici koji su nastali zbog zakošenja žljebova odnosno poprečnih struja između limpaketa i kaveza rotora. P o - P Cu (W) 25 2 II 15 I 1 5 III U o ( V ) Sl. 2. Promene snage praznog hoda u funkciji od napona kod varijante rotora I II III 357

4 3.2. Ispitivanja dodatnih gubitaka rotora metodom reverziranja Dodatni gubici rotora određeni su metodom reverziranja prema međunarodnom standardu IEEE 112 (USA) [1]. Kod ove metode namotaj statora napaja se sa regulisanog izvora napona sa smanjenim vrednostima, pri čemu se meri snaga, struja, broj obrtaja (sinhroni) i moment na vratilu između motora i dinamometra (mašine za opterećenje). Struja se menja u opsegu,25,5,75 1, 1,25 x In. Smer obrtanja rotora je jednak sinhronom broju obrtaja ali suprotan u odnosu na smer obrtnog polja statora. Dodatni gubici rotora određuju se prema formuli: LL R = (P m P fv ) (P 1 LL S - 1,5 I 2 1 R st ) (W) (1) LL R - dodatni gubici rotora,identični sa P dvf2, Pm Pfv - mehanička snaga na vratilu motora umanjena za gubitke trenja i ventilacije, P 1 - izmerena trofazna (električna) snaga, I 1 - izmerena srednja vrednost struje, Rst - izmerena srednja vrednost otpora namotaja u toku ispitivanja. LL R ( W ) 1 9 NEIZOLOVANI IZOLOVANI I 1 ( A ) Sl 3. Promena dodatnih gubitaka rotora u funkciji od struje opterećenja u zavisnosti da li su štapovi rotora izolovani ili neizolovani Upoređivanjem rezultata merenja koji su predstavljeni na krivama na Sl.3. možemo zaljučiti da izolovanjem štapova kaveza rotora dodatni gubici LL R se drastično smanjuju i uticaj poprečnih struja između limpaketa i kaveza rotora je neznatan. Zakošenje žljebova rotora kod neizolovanih štapova kaveza dovodi do povećanja dodatnih gubitaka rotora usled povećavanja poprečnih struja. 358

5 3.3. Ispitivanja motora pod opterećenjem Prilikom sprovođenja ispitivanja pod opterećenjem merene su: struje u svim fazama, napon na priključcima, električna snaga, broj obrtaja rotora, temperatura namotaja, omski otpor namotaja statora i mehanički moment na vratilu motora. Gubici trenja i ventilacije i gubici u gvožđu su određeni kod ispitivanja u praznom hodu. Stepen korisnog dejstva motora je određen prema standardu IEC 34 2 (indirektnom metodom). Vrednosti kod naznačene snage motora od 15 kw možemo očitati sa snimljenih krivi (Sl.4.). Upoređivanjem rezultata merenja stepena korisnog dejstva (η) kod III varijante rotora sa zakošenim žljebovima i izolovanim štapovima možemo utvrditi porast od 7,25% u odnosu na II varijantu kada štapovi nisu bili izolovani. Ovo povećavanje η je posledica smanjenja dodatnih gubitaka zbog eliminisanja poprečnih struja u rotoru tj. zbog smanjenja ukupnih gubitaka i usled smanjene temperature motora. Povišenje temperature namotaja statora motora kod II varijante (neizolovani štapovi i zakošeni žljebovi rotora) bila je daleko iznad zahtevane vrednosti za F izolacionu klasu (maksimalna dozvoljena vrednost za ppovišenje temperature namotaja je 15 K). Izmerena je neustaljena vrednost povišenja temperature od 129 K, pri čemu je došlo i do poplavljivanja na zubima limpaketa (LP) rotora što potvrđuje da je temperatura ovog dela bila iznad 3 C. Nakon izolovanja štapova rotorskog kaveza zagrevanje se smanjilo. Kod III varijante izmereno je povišenje temperature namotaja od 51,5 K što je značajno manje od dozvoljene vrednosti. η ( % ) IZOL ΣP G (W ) 2 NEIZOL gubici NEIZOL gubici IZOL P 2 (kw ) Sl.4. Promena stepena korisnog dejstva i ukupnih gubika motora u funkciji od mehaničke snage sa izolovanim i neizolovanim štapovima kaveza rotora 359

6 Izolovanje štapova rotora dovelo je do neznatnih promena u radnim karakteristikama motora, ali nisu bitno ugrožene zahtevane vrednosti. Rekonstrukcija nije dovela do promene buke, faktora snage, itd. samo je smanjen prevalni moment sa 3,4 x Mn na 2,9 x Mn (posledica zakošenja žljebova ). 4. REZIME I ZAKLJUČCI Zakošenje žljebova rotora kod asinhronih motora povećava dodatne gubitke zbog pojave poprečnih struja u rotoru. Ovo se ispoljava u povećanju snage praznog hoda i dodatnih gubitaka rotora. Na velike promene dodatnih gubitaka utiče i izbor broja žljebova statora i rotora. Izolovanjem štapova rotora smanjuju se dodatni gubici. Proračun asinhronih motora treba proširiti analizom i obradom dodatnih gubitaka stvorenih na osnovu prisutnosti višeharmoničnih komponeti i poprečnih struja između limpaketa i štapova rotora. Potrebno je izvršiti stručnu analizu uticaja vrednosti ugla zakošenosti žljebova rotora na dodatne gubitke asinhronih motora. Ovo treba proširiti i sa eksperimentalnim ispitivanjima. 5. LITERATURA [1] Elementi međunarodnog standarda IEEE (USA), [2] Dr.Varga J.: Naučni rad br. 4 Dodatni gubici u električnim mašinama, [3] Dr Smikal F.: Kalickás motorok járulékos veszteségei, Elektrotehnika 73. évf sz, Budapest [4] Rezultati merenja, metode ispitivanja i iskustva autora na drugim asinhronim mašinama sa sličnom problematikom kvaliteta 36