ИНФ11. Электромеханические системы. Лабораторные работы. Методические указания по лабораторным работам Электромеханические системы Набережные Челны 2013 содержание введение 4

• Название: Методические указания по лабораторным работам Электромеханические системы Набережные Челны 2013 содержание введение 4
• Анкор: ИНФ11
• Дата: 13.12.2022
• Размер: 1.12 Mb.
• Имя файла: Электромеханические системы. Лабораторные работы.doc
• Тип: Методические указания; #842604
• страница: 6 из 8

Лабораторная работа 5

«Исследование характеристик асинхронного электропривода»

Продолжительность работы 2 часа
1.Цель

Экспериментальное определение механической и рабочих характеристик асинхронного привода, изучение конструкции асинхронного двигателя (АД) с короткозамкнутым ротором, ознакомление с устройством электромагнитного тормоза, предназначенного для создания нагрузочного момента на валу двигателя, и фототахометром для измерения частоты вращения.

2.Основные сведения

Трехфазные АД находят широкое применение в нерегулируемом электроприводе в полиграфии. При подключении обмотки статора с тремя фазами (m=3), имеющими p пар полюсов, на симметричную систему трехфазных напряжении с фазным напряжением U_1ф и частотой f₁ в воздушном зазоре возникает вращающееся магнитное поле Ф_m, синхронная частота вращения которого зависит только от частоты питания и числа пар полюсов:

n₁=60f₁/p

Магнитный поток Ф_m наводит в короткозамкнутой обмотке ротора эдс и ток I₂ с частотой

f₂=f₁s,

где s - скольжение ротора, вращающегося с частотой n₂ относитель­но поля статора, имеющего синхронную частоту n₁:



При взаимодействии тока ротора с основным магнитным потоком возникает электромагнитный момент.

Наибольшее значение для оценки свойств асинхронного привода имеет механическая харак­теристика АД (рис.5.1), представляющая зависимость электромагнитного момента М от скольжения (или частоты вращения ротора). Механическая характеристика име­ет четыре характерные точки:

точка 1 s=0 (n₂=n₁), M=0 - идеальный холостой ход,

точка 2 s=s_н (n₂=n_н), M=M_н - номинальный режим,

точка 3 s=s_к (n₂=n_к), M=M_к - режим критического скольжения,

точка 4 s=1 (n₂=0), M=M_п - пуск.

Номинальное скольжение равно 0,02-0,05, а критическое – 0,06-0,40.



Рис.5.1 Механическая характеристика АД.

Номинальный момент двигателя определяют по формуле:

Mн=9,55P_2н/ n_н

На участке характеристики от s=0 до s=s_к частота вращения ротора незначительно снижается при изменении момента от нуля до максимального значения M_к, то есть механическая характеристика на участке 1-3 является жесткой (рабочая часть характеристики), в остальной своей части (нерабочей) она мягкая. При перегрузке свыше максимального момента M_к двигатель входит в область неустой­чивого режима (на участке 3-4) и останавливается.

Соотношение между критическим и номинальным моментами оце­нивается коэффициентом перегрузочной способности

_к=M_к/M_н,

а между пусковым и номинальным моментами – кратностью пускового момента

_п=M_п/M_н

Для двигателей средней мощности _к=1,7-2,2, _п=0,7-1,8.

К рабочим характеристикам АД (рис.5.2) относятся зависимости от полезной мощности на валу двигателя P₂ следующих величин: кпд , коэффициента мощности cos, вращающего момента на валу двигателя M, тока статора I₁, подводимой к статору мощности P₁, скольжения s и частоты вращения ротора n₂.

Каждая из этих характеристик имеет свои особенности.

Характеристика  (P₂)

%= 100P₂/P₁

При изменении нагрузки на валу изменяется соотношение меж­ду постоянными потерями (потери в магнитопроводе и механические потери) и переменными потерями, зависящими от нагрузки (электри­ческие потери в обмотках статора и ротора), которые пропорцио­нальны квадрату токов.



Рис.5.2 Энергетические характеристики АД.

Потери в обмотках относительно малы при небольших нагрузках, и поэтому кпд с увеличением P₂ сначала резко возрастает, затем рост его замедляется, так как увеличива­ется влияние потерь в обмотках и, особенно при нагрузке выше но­минальной. Кпд максимален при равенстве постоянных и переменных потерь. Затем при дальнейшем увеличении нагрузки кпд снижается из-за резкого увеличения потребляемого тока. Кпд современных АД достигает 80-90%.

Характеристика cos (P₂)

Коэффициент мощности определяется из выражения:



где U₁,I₁- линейные значения напряжения и тока.

При холостом ходе активная мощность P₁ расходуется только на покрытие постоянных потерь, поэтому коэффициент мощности не велик (менее 0,1). Следовательно, ток холостого хода является почти чисто реактивным и идет на создание магнитного потока. С увеличением нагрузки P₂ увеличивается активная мощность P₁, а вместе с ней растет и cos, достигая примерно при номинальной нагрузке наибольшего значения, равного 0,75-0,9. При дальнейшем увеличении нагрузки растет реактивная мощность и cos уменьша­ется.

Характеристика P₁(P₂)

Подводимая из сети мощность P₁ идет на покрытие потерь и создание полезной мощности P₂. При увеличении полезной мощности от нуля (холостой ход) до номинальной подводимая из сети мощ­ность возрастает от постоянных потерь до P_1н из-за роста пере­менных потерь и полезной мощности.

Характеристика M(P₂)

Вращающий момент M, развиваемый двигателем, складывается из полезного момента M₂ на валу и момента холостого хода M_o. Момент М_о затрачивается на покрытие механических потерь в подшип­никах и от вентиляции и добавочных потерь. M_o приближенно можно считать не зависящим от нагрузки.

Полезная мощность (M в Нм, n₂ в об/мин, ₂=2n₂/60 в 1/с):

Р₂=М₂=М2n₂/60=0,1047М n₂ Вт.

В пределах от холостого хода до номинальной нагрузки зависимость M(P₂) была бы линейной, если бы частота вращения ротора оставалась бы стро­го постоянной. Но частота вращения с увеличением P₂ немного уменьшается, поэтому кривая M(P₂) слегка отклоняется вверх. При P₂=0 зависимость M(P₂) пересекает ось ординат в точке, соответс­твующей M_o.

Характеристика n₂(P₂)

называется скоростной характеристикой и мало отличается по форме от механической характеристики.

Характеристика s(P₂)

Из выражения для скольжения следует, что с ростом нагрузки оно возрастает, так как частота вращения ротора n₂ уменьшается.

3.Домашняя подготовка

3.1 Принцип действия, устройство, особенности конструкции, схема замещения асинхронного двигателя, векторная диаграмма, опытное определение механической и рабочих характеристик.[1],с.60-85.

3.2 Запишите паспортные данные исследуемого асинхронного двигателя.

Табл. 5.1

U1н,В	f1, Гц	Мн, Нм	n2н, об/мин	I1н, А	cosн
220	50	0,12	1380	0,15	0,8

3.3 По паспортным данным оцените потребляемую и полезную мощности в номинальном режиме.

3.4 Определите синхронную частоту вращения и номинальное скольжение.

3.5 Оцените ожидаемый ток и потребляемую мощность в пуске.

По результатам расчетов подберите приборы с необходи­мыми пределами измерения.

4. Задание к экспериментальной части работы

4.1 Соедините двигатель с тормозом и фототахометром, про­верьте отсутствие биений при повороте ротора вручную. Соедините двигатель кабелем с платой коммутации на стенде.

4.2 Измерьте сопротивление обмоток трех фаз между клеммами 1 и 4, 2 и 5, 3 и 6.

4.3 Соберите схему испытаний по рис.5.3

4.4 Исследование механической и рабочих характеристики при трехфазном питании

4.4.1 Холостой ход. При отключенном тормозе подключить АД на номинальное напряжение. После разгона двигателя измерить час­тоту вращения n₂, ток I₁ и потребляемую мощность фазой двигателя P_1ф и занести в таблицу 5.2.

4.4.2 Режим нагрузки. Включить питание тормоза и, медлен­но увеличивая напряжение питания, снять 5...7 точек при разном моменте нагрузки, создаваемом тормозом. Одна из измеренных точек должна соответствовать номинальному моменту. Данные занести в таблицу 5.2.



Рис.5.3 Схема испытаний.

Таблица 5.2

Измерено					Вычислено
М, дел	n2, об/мин	U1ф, В	I1, А	Р1ф, Вт	М, Нм	Р1, Вт	s, о.е.	Р2, Вт	Р, Вт	, %	cos
0
2
4
..
12

В таблице: полезная мощность Р₂=0,1047Мn₂; полная потребляемая мощность Р₁=3Р_1ф; полные потери Р=Р₁-Р₂ ; ; кпд =100Р₂/Р₁

4.5 Рассчитать P₂, Р, s, , cos по данным экспериментов.

4.6 Построить механическую и рабочие характеристики.

5. Обработка результатов эксперимента

Отчет по работе должен содержать:

5.1 Рис.5.3, таблицу 5.1 и 5.2, номинальные данные АД.

5.2 График экспериментальной механической характеристики М(s) или М(n₂).

5.3 Графики опытных рабочих характеристик M, I₁, n₂, s, Р₁, Р, , cos=f(P₂).

6.Вопросы к защите лабораторной работы

1. Устройство, назначение и принцип действия электромагнитного тормоза для создания и измерения электромагнитного момента асинхронного двигателя.

2. Устройство, назначение и принцип действия фототахометра для измерения частоты вращения асинхронного двигателя.

3. С помощью каких устройств измеряли механическую характеристику асинхронного двигателя. Перечислите ваши действия при снятии механической характеристики.

4. Устройство АД с короткозамкнутым ротором. Как устроена обмотка статора и ротора АД? Почему сердечники статора и ротора выполняют шихтованными?

5. Устройство АД с фазным ротором. Как устроена обмотка статора и ротора АД? Почему сердечники статора и ротора выполняют шихтованными?

6. Трехфазный АД предназначен для сети с напряжением 220/380 В. Нарисуйте схему включения обмотки статора при напряжении сети 220 и 380 В.

7. Принцип действия АД. Условия образования кругового вращающегося поля статора. Частота вращения поля статора и частота вращения ротора.

8. Принцип действия АД. От чего зависит синхронная частота вращения магнитного поля статора? Частота вращения ротора.

9. От чего зависит синхронная частота вращения магнитного поля статора? Что такое скольжение? Диапазон изменения скольжения в двигательном режиме. Чему равно скольжение при пуске, идеальном холостом ходе и в номинальном режиме?

10. Частота токов в роторе, как она связана с частотой питания и скольжением? Что такое скольжение? Зависимость эдс и индуктивного сопротивления ротора от скольжения.

11. Механическая характеристика АД. Характерные точки и участки механической характеристики АД.

12. Характерные точки и участки механической характеристики АД. По­ясните особенности работы в них.

13. Какие характерные точки и участки механической характеристики исследовали в работе? По­ясните особенности работы в них.

14. Как влияет изменение напряжения питания на величину критического момента и скольжения?

15. От чего зависят максимальный момент и критическое скольжение?

16. Рабочие характеристики АД, перечислите. Дайте графики. Как по опытным данным рассчитывали полезную мощность?

17. Почему изменяется частота вращения АД при изменении нагрузки на валу ?

18. Почему с ростом полезной мощности возрастают потребляемая мощность и ток?

19. Поясните (по опытным данным), почему при холостом ходе значения тока и потребляемой мощности отличны от нуля.

20. При малой нагрузке АД уменьшаются кпд и cos, с чем это связано?

21. Энергетические характеристики АД. Кпд двигателя, постоянные и переменные потери.

22. Магнитные и электрические потери. В каких элементах двигателя выделяются. Как они зависят от нагрузки? Почему при рассмотрении энергетического баланса АД не учитывают магнитные потери в роторе?

23. Зависимость кпд от нагрузки. В каких режимах кпд равен нулю. При каком условии кпд максимален.

24. Как по Вашим опытным данным приближенно рассчитать электрические потери в обмотках статора, ротора и магнитные потери?

25. Перечислите способы регулирования частоты вращения асинхронного привода с короткозамкнутым ротором и дайте им сравнительную оценку.

26. Сущность частотного способа регулирования частоты вращения. Законы регулирования частоты и напряжения питания при частотном регулировании.

27. Почему при частотном регулировании частоты вращения одновременно с частотой регулируют напряжение питания? Законы регулирования частоты и напряжения питания при частотном регулировании.

28. Регулирование частоты вращения изменением напряжения питания. Как влияет изменение напряжения питания при регулировании на величину критического момента и скольжения?

29. Регулирование частоты вращения изменением числа пар полюсов.

30. влияет изменение добавочного сопротивления в цепи ротора при регулировании на величину критического момента и скольжения.

Задачи при защите

1.Определить частоту токов в роторе и число пар полюсов обмотки статора, если номинальная частота вращение 1400 об/мин, частота питания 50 Гц.

2.Синхронная частота вращения 3000 об/мин. Определить скольжение и частоту токов в роторе, если номинальная частота вращении ротора 2900 об/мин.

3.Электромагнитный момент – 1000 Нм, двигатель имеет 2 пары полюсов и работает от сети 50 Гц. Определить электромагнитную мощность и электрические потери в роторе, если скольжение равно 0,1.

4.Электромагнитная мощность равна 1кВт, электрические потри в роторе 100 Вт. Двигатель имеет 2 пары полюсов и работает от сети 50 Гц. Определить частоту вращения ротора, скольжение и электромагнитный момент.

5.Электромагнитная мощность равна 10кВт, скольжение ротора 0,1. Двигатель имеет 1 пару полюсов и работает от сети 50 Гц. Определить частоту вращения ротора, электрические потери в роторе и электромагнитный момент.

6.Определить электрические потери в двигателе, если ток в фазе статора 10А, активное сопротивление фазы 1 Ом, электромагнитный момент 1 кНм, синхронная частота вращения 1500 об/мин, скольжение 0,1.

7.Определить электрические потери в двигателе, если ток в фазе статора 20А, активное сопротивление фазы 1 Ом, электромагнитный момент кНм, номинальная частота вращения ротора 2900 об/мин, скольжение 0,1.

8.Кпд – 80%, момент на валу 1 Нм, частота вращения ротора 1400 об/мин. Определить мощность на валу, потребляемую мощность и полные потери.

9.Момент на валу 100 Нм, частота вращения ротора 2900 об/мин. Определить мощность на валу, потребляемую мощность и кпд, если полные потери равны 1500 Вт.

10.В опыте определили момент двигателя 10Нм, частоту вращения 1400 об/мин, то фазы 3 А. напряжение питания 220 В, частота 50 Гц, коэффициент мощности 0,9. Определить потребляемую и полезную мощности, кпд и полные потери.

11.Частота вращения ротора 1400 об/мин, момент на валу 10 Нм. Определить мощность на валу, электромагнитную мощность и потери электрические в роторе.

12.Частота вращения 2900 об/мин, то фазы 3 А. напряжение питания 220 В, частота 50 Гц, коэффициент мощности 0,9 момент двигателя 5Нм. Определить потребляемую и полезную мощности, кпд и полные потери.

13.Определить скольжение двигателя, электромагнитную мощность и частоту вращения ротора, если потери электрические в роторе 100 Вт, электромагнитный момент 1 Нм, синхронная частота вращения 3000 об/мин.

14.Электрические потери в статоре 100 Вт, магнитные – 50 Вт, потребляемая мощность 1 кВт. Определить электромагнитную мощность и момент для двигателя с 1 парой полюсов.

15.Постоянные потери – 200 Вт, частота вращения ротора 1400 об/мин, момент 10 Нм. Определить переменные потери, если для 3 фазного двигателя ток фазы 3А, при фазном U=220В и cos=0.9.