Лаба 4. ЛАБОР_4. Лабораторная работа 4 исследование исполнительного двухфазного асинхронного микродвигателя целью работы

• Название: Лабораторная работа 4 исследование исполнительного двухфазного асинхронного микродвигателя целью работы
• Анкор: Лаба 4
• Дата: 16.02.2022
• Размер: 144 Kb.
• Имя файла: ЛАБОР_4.doc
• Тип: Лабораторная работа; #363382

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО

ДВУХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО МИКРОДВИГАТЕЛЯ

Целью работы является проведение экспериментов с управляемым двухфазным асинхронным двигателем с полым ротором, нагруженным вспомогательным двигателем постоянного тока последовательного возбуждения, построение механических характеристик при трех емкостях конденсатора в цепи обмотки возбуждения, при четырех значениях напряжения управления, и регулировочных характеристик при трех значениях момента на валу.

Основные сведения

Двухфазные управляемые асинхронные двигатели (АД) с полым немагнитным ротором используются в качестве исполнительных двигателей переменного тока в следящих системах (в электрических рулевых машинках, в приводах радиолокационных антенн), в счетно-решающих устройствах, в электромеханических системах пространственной стабилизации приборных платформ.

Двигатели с полым ротором изготовляются с мощностью от сотых долей до нескольких сотен ватт при частоте питания от 50 до 1000 Гц.

Основными достоинствами АД с полым ротором являются: малый момент инерции ротора; большой пусковой момент и отсутствие «самохода» благодаря повышенному сопротивлению ротора; близкая к прямой механическая характеристика (малая нелинейность) при работе в двигательном режиме; возможность плавного регулирования скорости вращения в широких пределах.

Недостатками этого АД являются: сравнительно низкий КПД; наличие пульсации электромагнитного момента при эллиптическом магнитном поле.

Конструктивная схема управляемого АД с полым немагнитным ротором показана на рис. 4.1. Двигатель имеет наружный магнитопровод 1 с двухфазной обмоткой 2 и внутренний магнитопровод 3, установленные на корпусе 4 и на крышке 5, полый ротор 6, насаженный на вал 7, и подшипники 8.



Рис. 4.1. Конструктивная схема асинхронного двигателя

с полым ротором

Магнитопроводы неподвижны, для уменьшения потерь в стали они выполняются из электротехнической стали шихтованными (толщина листов – 0,5 мм или 0,35 мм). Фазы обмотки статора сдвинуты на угол π/2 рад (при числе пар полюсов p > 1 – на угол π/2p рад). Одна из фаз называется обмоткой возбуждения, а другая – обмоткой управления.

Принцип действия АД состоит в следующем. Если на обмотки возбуждения и управления подать напряжения, сдвинутые по фазе на угол π/2, например,



то получается магнитное поле, вращающееся с синхронной частотой ω₁. Оно называется круговым, так как вектор магнитного потока имеет постоянную длину, а его конец описывает окружность. Магнитное поле вращается относительно ротора, в нем наводится ЭДС и протекают вихревые токи (токи Фуко). Они взаимодействуют с магнитным потоком, и возникает электромагнитный момент

М = с Ф₀ I₂ cos φ₂,

где Ф₀ – основной магнитный поток; I₂ – ток фазы обмотки ротора; φ₂ – угол сдвига по фазе между ЭДС и током в обмотке ротора; с – конструктивный коэффициент.

Под действием электромагнитного момента ротор разгоняется и вращается со скоростью, зависящей от приложенного к валу момента сопротивления.

Механические характеристики при малом и большом сопротивлении обмотки ротора r₂ показаны на рис. 4.2. Как видно, при малом активном сопротивленииr₂ механическая характеристика существенно нелинейна, а зона устойчивой работы при постоянном моменте нагрузки лежит в пределах от син-хронной частоты вращения ₁ до критической частоты вращения _к.



Рис. 4.2. Механические характеристики: 1 – r₂мало; 2 – r­₂велико
При большом активном сопротивленииr₂ механическая характеристика в первом квадранте почти линейная, а зона устойчивой работы при постоянном моменте нагрузки лежит в пределах от нуля до синхронной частоты вращения.

При питании обмоток двигателя напряжениями



получается эллиптическое магнитное поле, которое можно разложить на два вращающихся в противоположных направлениях магнитных поля. При уменьшении напряжения управления магнитное поле, вращающееся в прямом направлении, т.е. с частотой ₁, уменьшается, а магнитное поле, вращающееся в обратном направлении, т.е. с частотой –₁, увеличивается. При U_уm= 0 эти магнитные поля будут одинаковыми, а при U_уm<0 обратное магнитное поле превышает прямое, и двигатель изменяет направление вращения.

Механические характеристики при различных значениях амплитуды напряжения управления U_уm показаны на рис. 4.3. Как видно, все характеристики имеют отрицательный наклон. Пусковой момент прямо пропорционален напряжению управления U_уm. При малом модуле амплитуды U_уm крутизна механической характеристики возрастает, т.е. жесткость уменьшается. При посто-янном моменте нагрузки M_cчастота вращения  уменьшается при уменьшении амплитуды U_уm. При увеличении момента M_c частота вращения  уменьшается.



Рис. 4.3. Механические характеристики

при различных напряжениях управления; M_c' < M_c''

Для получения угла сдвига по фазе между напряжениями управления и возбуждения, близкого к /2, последовательно с обмоткой возбуждения часто включают конденсатор.

Напряжением трогания называется минимальное напряжение управления, при котором ротор двигателя начинает вращаться. При этом электромагнитный момент равен статическому моменту при частоте вращения  = 0. Регулиро-вочной характеристикой называется зависимость частоты вращения от напря-жения управления при постоянном моменте на валу двигателя.

Вид регулировочной характеристики при трех значениях момента на валу показан на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Регулировочные характеристики:

1 – М₂ = 0; 2 – М₂ = 0,5М_н; 3 – М₂ = М_н

Видно, что при нулевом моменте на валу регулировочная характеристика смещена относительно начала координат в связи с наличием момента холостого хода в подшипниках.

Описание лабораторной установки

Установка предназначена для испытания микродвигателя типа ЭМ-4А, имеющего следующие технические данные.

Полезная мощность – 4 Вт;

напряжение возбуждения – 115 В, f= 400 Гц;

номинальное напряжение управления – 115 В;

емкость конденсатора в цепи возбуждения – 0,75 мкФ;

пусковой момент – 280 гсм;

номинальная скорость вращения – 2800 об/мин;

номинальный момент – 140 гсм;

напряжение трогания – 1,5 В.

Схема лабораторной установки показана на рис. 4.5. Испытуемый двигатель имеет обмотку возбуждения ОВ и обмотку управления ОУ на статоре и ротор Р.



Рис. 4.5. Схема лабораторной установки

В схеме имеются следующие элементы.

1. Потенциометр ПУ1 для регулирования напряжения U_у на обмотке управления.

2. Конденсаторы С1 – С4 для создания сдвига по фазе между напряжения-

ми управления и возбуждения, подключаемые с помощью выключателей В4 – В7.

3. Вспомогательный двигатель постоянного тока последовательного возбуждения с якорем (Я) и с двумя обмотками возбуждения ОВ1, ОВ2, включенными встречно.

4. Трансформатор (Т) для понижения переменного напряжения.

5. Выпрямительный мост (ВМ) с четырьмя диодами для преобразования переменного напряжения в пульсирующее напряжение постоянного знака.

6. Потенциометр ПУ2 для регулирования момента вспомогательного двигателя.

7. Тахогенератор (ТГ), вырабатывающий напряжение, пропорциональное частоте вращения ротора двигателя .

8. Выключатели В1 – В3 для подключения установки к сети, для подключения обмотки управления и вспомогательного двигателя.

9. Плавкий предохранитель (Пр).

10. Вольтметры V1, V2 для измерения напряжения сети и напряжения обмотки управления.

11. Указатель скорости (УС), подключенный к тахогенератору (ТГ), для измерения скорости вращения ротора двигателя.

12. Моментомер с маятником и указателем момента.

Одноименные зажимы обмоток возбуждения ОВ1, ОВ2 показаны жирными точками. Магнитный поток вспомогательного двигателя равен разности магнитных потоков, созданных обмотками ОВ1 и ОВ2. Если движок потенциометра ПУ2 находится в среднем положении, то токи обмоток ОВ1, ОВ2 одинаковы, а магнитный поток и момент вспомогательного двигателя равны нулю.

Если движок потенциометра ПУ2 смещен от среднего положения вверх, то ток обмотки ОВ1 превышает ток обмотки ОВ2, и вспомогательный двигатель создает положительный момент, под действием которого испытуемый двигатель вращается быстрее. Если движок потенциометра ПУ2 смещен от среднего положения вниз, то ток обмотки ОВ1 меньше тока обмотки ОВ2, и вспомогательный двигатель создает отрицательный момент, под действием которого испытуемый двигатель вращается медленнее.

Задание для подготовки к лабораторной работе

1. Познакомиться с конструкцией и принципом действия управляемого двухфазного асинхронного микродвигателя с полым ротором.

2. Изучить принципиальную электрическую схему лабораторной установки и назначение всех ее элементов.

3. Познакомиться с методикой разложения несимметричной двухфазной системы напряжений на две симметричные системы прямой и обратной последовательностей.

Задание на самостоятельную работу

и порядок проведения экспериментов

1. Познакомиться с лабораторной установкой.

2. Снять механические характеристики при номинальном напряжении управления и трех значениях емкости конденсатора в цепи обмотки возбуждения:

1) поставить выключатель В1 в положение «выкл», а выключатели В2, В3 – в положение «вкл»;

2) с помощью выключателей В4 – В7 набрать емкость 0,75 мкФ;

3) подать на установку напряжение с помощью выключателя В1;

4) поставить движок потенциометра ПУ1 в положение, при котором напряжение управления по вольтметру V2 равно 115 В;

5) поставить движок потенциометра ПУ2 в положение, при котором момент на валу равен нулю, и определить скорость холостого хода;

6) наметить значения скорости, при которых будут проведены эксперименты. Два значения принять больше скорости холостого хода (генераторный режим, отрицательный момент), несколько значений меньше скорости холостого хода (двигательный режим, положительный момент) и одно малое положительное значение (пусковой режим). Нарисовать без масштаба механическую характеристику, нанести на нее предполагаемые экспериментальные точки и показать преподавателю;

7) перемещая движок потенциометра ПУ2, установить выбранные значения скорости вращения и записать соответствующие значения момента на валу;

8) установить с помощью выключателей В4 – В7 емкости 0,65 мкФ и 0,5 мкФ и выполнить п.п. 4) – 7);

9) на одном рисунке начертить механические характеристики при трех значениях емкости конденсатора.

3. Снять механические характеристики при емкости конденсатора С = 0,75 мкФ и четырех значениях напряжения управления:

1) с помощью выключателей В4 – В7 набрать емкость 0,75 мкФ;

2) подать на установку напряжение с помощью выключателя В1;

3) поставить движок потенциометра ПУ1 в положение, при котором напряжение управления по вольтметру V2 равно 100 В;

4) перемещая движок потенциометра ПУ2, установить выбранные значения скорости вращения и записать соответствующие значения момента на валу;

5) поставить движок потенциометра ПУ1 в положение, при котором напряжение управления по вольтметру V2 равно 75, 50 и 25 В, и при каждом напряжении проделать п. 3.4;

6) начертить на одном рисунке четыре механические характеристики при четырех значениях напряжения управления.

4. Снять регулировочные характеристики двигателя при трех значениях момента на валу 0, 70 и 140 гсм:

1) поставить движок потенциометра ПУ1 в положение, при котором напряжение управления по вольтметру V2 равно 115 В;

2) перемещая движок потенциометра ПУ2, установить значение момента на валу, равное нулю, и записать значение скорости вращения;

3) поставить движок потенциометра ПУ1 в положения, при которых напряжение управления по вольтметру V2 равно 100, 80, 60, 40, … , а также при котором скорость вращения имеет положительное значение, близкое к нулю. При каждом напряжении записать значение скорости вращения;

4) выполнить п.п. 1) – 3), устанавливая в п. 2) момент на валу, равный 70 и 140 гсм;

5) на одном рисунке начертить три регулировочные характеристики;

6) пользуясь линейной интерполяцией, определить статический момент трогания. Воспользоваться напряжениями управления при малой частоте вращения и моментах на валу 0 и 70 гсм, считая пусковой момент пропорциональным напряжению управления.

Содержание отчета

Отчет должен содержать: номер и название лабораторной работы; цель и содержание работы (три-четыре предложения); основные формулы и расчетные соотношения; электрическую схему лабораторной установки; таблицу с экспериментальными данными; графики экспериментальных механических характеристик  (М₂) при трех значениях емкости конденсатора и номинальном напряжении управления U_у; механические характеристики  (М₂) при емкости конденсатора С = 0,75 мкФ и четырех значениях напряжения управления U_у; графики регулировочных характеристик  (U_у ) при трех значениях момента на валу М₂, значения напряжения и момента трогания.

Вопросы для самопроверки

1. Нарисовать конструктивную схему двухфазного асинхронного двигателя с полым ротором.

2. Указать и объяснить достоинства и недостатки двухфазного асинхронного двигателя с полым ротором по сравнению с трехфазными асинхронными двигателями общепромышленного исполнения.

3. Объяснить назначение всех элементов лабораторной установки.

4. Объяснить механические характеристики двухфазного асинхронного двигателя с полым ротором при различных напряжениях управления.

5. Объяснить регулировочные характеристики двухфазного асинхронного двигателя с полым ротором при различных моментах на валу.

6. Объяснить, что называется самоходом двигателя и напряжением трогания.

7. Привести пример разложения несимметричной двухфазной системы напряжений на симметричные системы прямой и обратной последовательности.