WIROWYCH. Ćwiczenie: ĆWICZENIE BADANIE PRĄDÓW ZAKŁ AD ELEKTROENERGETYKI. Opracował: mgr inż. Edward SKIEPKO. Warszawa 2000

Transkrypt

1 SZKOŁA GŁÓWNA SŁUŻBY POŻARNICZEJ KATEDRA TECHNIKI POŻARNICZEJ ZAKŁ AD ELEKTROENERGETYKI Ćwiczenie: ĆWICZENIE BADANIE PRĄDÓW WIROWYCH Opracował: mgr inż. Edward SKIEPKO Warszawa 000 Wersja 1.0

2 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z prądami wirowymi oraz z metodami ograniczenia ich.. Wprowadzenie teoretyczne Prawo indukcji elektromagnetycznej podaje zależność między wartością napięcia indukującego się w przewodniku a prędkością zmian strumienia magnetycznego. Współcześnie konstruowane maszyny elektryczne mają obwody magnetyczne wykonane z materiałów erromagnetycznych, które sa przewodnikami. W obwodach tych jest przeważnie wykorzystywany zmienny strumień magnetyczny, co zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej powoduje powstanie w nich siły elektromotorycznej. Wynika z tego, że SEM powstaje nie tylko w przewodach używanych na uzwojenia, ale i masywnych ciałach stosowanych na obwód magnetyczny i elementy konstrukcyjne urządzenia. W masywnym przewodniku elektrycznym pod wpływem zaindukowanego napięcia powstają prądy, zamykające się w objętości przewodnika, a więc mogące przybierać stosunkowo duże wartości. Ze względu na kołowy kształt drogi ich przepływu, prądy te zostały nazwane prądami wirowymi, Prądy te wywołuję straty mocy, a więc obniżają sprawność urządzenia i w niektórych wypadkach mogę spowodować pożar. Szkodliwe działanie prądów wirowych można ograniczyć wykonując obwód magnetyczny z cienkich blach magnetycznych odizolowanych od siebie i ułożonych swe płaszczyznę prostopadle do drogi zamykania się tych prądów (rys. 1.1). W obwodach magnetycznych maszyn elektrycznych i metalowych elementach konstrukcyjnych tych urządzeń oprócz strat na prądy wirowe występują jeszcze straty na histerezę. Łączne straty w żelazie można zapisać: P FE = P h + P w ponieważ: ' P = k B P h h m ' w = kw Bm gdzie: k h i k w - jednostkowe straty na prądy wirowe i histerezę w czasie jednego okresu, B - maksymalna wartość indukcji magnetycznej w rdzeniu, - częstotliwość Wzór na straty w żelazie przyjmie postać: ' ' P = k B + k B Fe h m w m Przy stałej indukcji w obwodzie magnetycznym B m = const wzór można przedstawić: PFe = kh + kw Wykonując pomiary strat w obwodzie magnetycznym przy zmiennej częstotliwości można wykonać wykres: PFe = kw + kh k w P = Fe 1 kh 1 i rozdzielić straty na histerezę oraz prądy wirowe - -

3 Straty w obwodach magnetycznych urządzeń elektrycznych mogą być wykorzystane w procesach elektrotermicznych. Nagrzewanie wsadu pod wpływom indukowanych w nim prądów wirowych nazywa się nagrzewaniem indukcyjnym. W indukcyjnych urządzeniach grzejnych, podobnie Jak w transormatorach, występują dwa obwody prądowe. Obwód pierwotny na uzwojenie (zwane wzbudnikiem), wytwarzające zmienne pole magnetyczne. W obwodzie wtórny zamiast uzwojenia występuje nagrzewany przedmiot. Jedno konstrukcyjnych możliwych rozwiązań konstrukcyjnych nagrzewnicy indukcyjnej; pokazuje rysunek 1., W nagrzewaniu indukcyjnym duże znaczenie ma zjawisko naskórkowości, polegające na tym, że prąd przemienny, w odróżnieniu od prądu stałego, nie rozkłada się równomiernie w całym przewodniku. W warstwach przypowierzchniowych gęstość prądu jest większa niż w jego środku. Eekt naskórkowości wzrasta ze wzrostem częstotliwości Tę właściwość wykorzystano w celu nagrzewania przypowierzchniowych warstw metalu

4 3. Pomiary laboratoryjne Zadanie 1. Pomiar rezystancji wzbudnika. Laboratorium Elektroenergetyki Pomiar należy wykonać prądem stałym, stosując metodę techniczną (rys. 1.3). Wyniki zanotować w tabeli 1.1. Tabela 1.1. Wyniki pomiarów i obliczeń U-V V-W U-W U I R R śr U I R R śr U I R R śr [V] [A] [Ω] [Ω] [V] [A] [Ω] [Ω] [V] [A] [Ω] [Ω] Zadanie : Pomiar parametrów pracy jałowej nagrzewnicy. W celu wykonania pomiarów należy przyłączyć nagrzewnicę do sieci zgodnie ze schematem połączeń przedstawionym na rys Wyniki zanotować w tabeli 1. Tabela 1.. Wyniki pomiarów i obliczeń Rys.1.. Schemat układu pomiarowego U I 0 P 1 P P 0 cosø P Cu P Fe [V] [A] [W] [W] [W] --- [W] [W] Straty mocy czynnej w uzwojeniu wzbudnika P CU oraz straty mocy czynnej w rdzeniu nagrzewnicy P Fe należy obliczyć ze wzorów: P O P = P Cu P Fe ( I ) R Cu = 3 O Zadanie 3: Pomiar parametrów nagrzewnicy w stanie obciążenia Pomiary wykonać w układzie przedstawionym na rysunku 1.4. Badania przeprowadzić dla

5 różnych koniguracji materiału i różnych materiałów. Wyniki pomiarów zanotować w tabeli 1.3. Tabela 3. Wyniki pomiarów i obliczeń U I 0 P 1 P P 0 cosø Wsad [V] [A] [W] [W] [W] --- Zadanie 4; Badanie temperatury wsadu. W układzie jak na rysunku 1.4. miernikiem temperatury należy zmierzyć temperaturę nagrzewanych materiałów. Pomiary wykonywać, co 30 sek. do temperatury 100 C. Wyniki pomiarów umieścić w tabeli 1.4. Tabela 1.4 Wyniki pomiarów temperatury wsadu Wsad I Wsad II Wsad III czas Temp czas Temp czas Temp [s] [ O C] [s] [ O C] [s] [ O C] 4. Opracowanie wyników pomiarów: a) Uzupełnić tabela o odpowiednie obliczenia, b) Na podstawie wykreślnej charakterystyki θ=(t) określić przybliżoną temperaturę graniczną θ g, jaką osiągnąłby wsad po nieskończenie długim czasie nagrzewania, c) Przeprowadzić dyskusje wyników oraz podać wnioski z przeprowadzonych pomiarów. 5. Zawodnienia i pytania kontrolne: a) Przyczyny powstawania prądów wirowych, b) Od czego zależą straty mocy w obwodach magnetycznych maszyn elektrycznych? c) W jaki sposób można wykorzystać prądy wirowe? d) Na czym polega zjawisko naskórkowości? 6. Literatura 1. Praca zbiorowa: Laboratorium przemian energii elektrycznej. Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław