|
|
ИНФ11. Электромеханические системы. Лабораторные работы. Методические указания по лабораторным работам Электромеханические системы Набережные Челны 2013 содержание введение 4
Лабораторная работа 6
«Характеристики электропривода с асинхронным двигателем при однофазном питании»
Продолжительность работы 2 часа
Цель
Ознакомиться со схемами включения асинхронных двигателей с трехфазными обмотками статора при однофазном питании. По паспортным данным АД рассчитать емкость фазосдвигающего конденсатора для номинального режима работы (рабочий конденсатор), исследовать рабочие и механические характеристики при этом конденсаторе и их зависимость от изменения емкости, подобрать экспериментально конденсатор для обеспечения высоких пусковых свойств АД (пусковой конденсатор), исследовать экспериментально механические и рабочие характеристики при одновременном включении пускового и рабочего конденсатора. Сравнить характеристики асинхронного привода при трех- и однофазном питании.
Объект исследования
Однофазная сеть распространена в типографиях, издательствах, в автоматике и в быту. АД с трехфазной обмоткой на статоре является универсальным: он может работать как от трехфазной, так и от однофазной сети. Для получения кругового вращающего поля (т.е. симметричного режима) в трехфазном двигателе необходимо выполнить три условия:
пространственный сдвиг осей обмоток фаз на 120 электрических градусов (для двухфазных двигателей на 90 электрических градусов);
временной сдвиг токов в фазных обмотках на 120 электрических градусов (на 90);
равенство по амплитуде магнитодвижущих сил (мдс) фаз, т.е. Iфwф=const, где Iф – ток фазы с числом витков wф.
а б с
Рис. 6.1
При питании АД от однофазной сети последние два условия нарушаются. Вместо кругового вращающегося поля возникает эллиптическое поле (несимметричный режим), которое может быть разложено на прямое и обратное поля. Обратное поле вращается в сторону, противоположную вращению ротора, и создает в нем дополнительные потери и тормозной момент, что приводит к уменьшению кпд двигателя. При пуске двигателя – поле пульсирующее и пусковой момент такого АД равен нулю.
Для создания фазового сдвига между токами фаз к ним подключают фазосдвигающие элементы, наиболее часто – конденсаторы. Такие двигатели называют конденсаторными.
В работе исследуется АД с трехфазной обмоткой на статоре, основные схемы включения которого на однофазную сеть с фазосдвигающим конденсатором С показаны на рис.6.1а, б, с. Используются и специальные конденсаторные двигатели с двухфазными обмотками (рис.6.2).
Рис.6.2
Для получения наилучших рабочих свойств АД с конденсатором рассчитывают так, чтобы круговое поле получалось при номинальном режиме работы (при М=Мн и n2=n2н). Это обеспечивает высокие энергетические показатели двигателя при номинальной нагрузке, близкие к показателям симметричного АД.
Значение рабочей емкости Сраб (мкФ) при частоте переменного тока 50 Гц можно ориентировочно определить по одной из формул для схемы, изображенной на рис.6.1а,б,в:
схема а) Сраб2700I1/Uc,
схема б) Сраб2800I1/Uc,
схема в) Сраб4800I1/Uc,
где I1 – номинальный (фазный) ток АД (в А) – по данным лабораторной работы №5, Uc – напряжение однофазной сети, В.
Для двигателя с двухфазной обмоткой на статоре, оси фаз которой смещены в пространстве на 90 электрических градусов,
Сраб=1,6105 I1sin/(f1Uck2), мкФ,
где - угол сдвига фаз между фазными токами и напряжением при круговом поле, f1 – частота питания, Гц, k=wв/wа – коэффициент трансформации, представляющий собой отношение эффективных чисел витков вспомогательной (фаза В) и главной А (фаза А, подключенная к сети) обмоток статора.
Зависимость номинала рабочего конденсатора от тока в обмотке, а последнего от момента нагрузки и частоты вращения (см. работу №5), говорит о том, что круговое поле в конденсаторном АД можно обеспечить только для одной частоты вращения. Для получения кругового поля в различных режимах необходимо в соответствии с изменением тока (момента, частоты вращения) изменять емкость конденсатора. Поэтому при рабочем конденсаторе в пусковом режиме имеет место эллиптическое поле (так как пусковой ток в 5..8 раз превышает номинальный), что не позволяет получить достаточный пусковой момент - Мп: обычно Мп=(0,3..0,4)Мн. Для увеличения пускового момента увеличивают номинал конденсатора: параллельно с основной (рабочей) емкостью включают пусковую емкость Сп(2,5..3)Сраб. При этом существенно возрастает пусковой момент. Пусковой конденсатор после запуска двигателя необходимо отключить. Если это не сделать, то в рабочем режиме возникает эллиптическое поле, возрастают потери и кпд двигателя уменьшается.
Большое значение для надежной работы конденсаторного АД имеет правильный выбор конденсатора по напряжению. Габариты и стоимость конденсатора определяются не только его емкостью, но и рабочим напряжением. Поэтому выбор конденсатора с большим «запасом» по напряжению ведет к неоправданному увеличению габаритов и стоимости установки. Включение же конденсатора на напряжение, превышающее допустимое рабочее напряжение, приводит к преждевременному выходу из строя конденсаторов, а следовательно, всей установки. Напряжения на конденсаторе Uk при включении АД: по рис.6.1а Uk1,3Uc, по схемам б) и с) - Uk1,15Uc.
На практике степень несимметрии напряжений на фазах (их отличие по величине друг от друга и отличие фазовых углов сдвига между ними от 120 электрических градусов) можно приближенно оценить по векторной диаграмме, образованной тремя векторами, соответствующими напряжению сети Uc, напряжению на конденсаторе Uk, и напряжению на фазах без конденсатора U2. Эти напряжения просто замерить на работающем АД. На рис. 6.3 построены векторные диаграммы для номинального (а) и пускового (б) режимов конденсаторного АД с рабочей емкостью. Из рисунка следует большая несимметрия напряжений на АД при пуске, и как следствие малый пусковой момент. Включение пускового конденсатора улучшает симметрию напряжений (в) и приводит к увеличению пускового момента. Если же пусковой конденсатор не отключить в рабочем режиме, то это приводит к увеличению несимметрии напряжений (г), к росту потерь и снижению кпд в конденсаторном АД.
Рис.6.3 Векторные диаграммы
3.Домашняя теоретическая подготовка
Принцип действия, устройство, схемы включения, определение номинала конденсатора для конденсаторного АД [1],с.85-90.
4.Расчетное задание
4.1 Паспортные данные исследуемого двигателя такие же, как в работе №5, номинальный момент примем равным (0,7..0,8) номинального момента АД при трехфазном питании.
4.2 Определите необходимый номинал рабочего и пускового конденсатора для схемы конденсаторного АД, указанной преподавателем. При этом используются экспериментальные данные АД, полученные в работе №5. Оцените возможные напряжения на конденсаторе.
4.3 По расчетным данным подберите необходимые для испытаний приборы.
5. Задание к экспериментальной части.
5.1 Исследовать характеристики конденсаторного асинхронного двигателя.
5.1.1 Соберите схему по рис.6.4. Обмотка АД соединена в треугольник. Вольтметр Vc измеряет напряжение сети, Vк – напряжение на конденсаторе, а V2 – напряжение на фазе без конденсатора. Амперметр А измеряет ток, а ваттметр W - полную активную мощность, потребляемые АД из сети.
5.1.2 Характеристики конденсаторного АД при рабочем конденсаторе.
1) Включите рабочий конденсатор, рассчитанный в п.4.2.
2) Холостой ход. При отключенном тормозе подключить АД на номинальное напряжение. После разгона двигателя измерить частоту вращения n2, I1, P1, Uc, Uk, U2 и занести в таблицу 6.1.
Рис.6.4 Схема испытаний.
3) Режим нагрузки. Включить питание тормоза и, медленно увеличивая его напряжение питания, снять 4...5 точек при разном моменте нагрузки, создаваемом тормозом. Одна из измеренных точек должна соответствовать номинальному моменту. Данные занести в таблицу 6.1.
4) Пуск двигателя. Отключить питание тормоза и АД. Механически зафиксировать штифтом диск с ротором относительно магнитной системы тормоза. Придерживая магнитную систему тормоза, подать на двигатель номинальное напряжение и быстро снять показания приборов и измерить пусковой момент (отклонение магнитной системы тормоза).
5) Рассчитать P2, Р, s, по данным экспериментов.
6) Построить механическую и рабочие характеристики.
5.1.3 Характеристики АКД при пусковом конденсаторе.
1) Исследование влияния пусковой емкости на характеристики конденсаторного АД. Изменяя при заторможенном роторе (n=0) значение емкости (3-4 значения) вверх от Сраб определите емкость, при которой пусковой момент максимален. Данные занесите в табл.6.1.
2) При пусковой емкости, определенной в п.1, запустите двигатель и при М=Мн измерьте рабочие характеристики АД. Данные занесите в табл.6.1.
Таблица 6.1
|
Измерено
|
Вычислено
|
|
М, дел
|
n2, об/мин
|
Uс, В
|
I1,
А
|
Р1, Вт
|
Uк, В
|
U2, В
|
М, Нм
|
s, о.е.
|
Р2, Вт
|
Р, Вт
|
,
%
|
При Сраб=…
мкФ
|
0
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
..
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0(пуск)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При Сп=…
мкФ
|
|
0(пуск)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
..
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6.Обработка и анализ результатов эксперимента
6.1 По результатам экспериментальных исследований произвести расчеты и построить графики:
а) Механических характеристик конденсаторного АД при рабочей и пусковой емкости. Сравнить с механической характеристикой трехфазного АД из работы №5.
б) Рабочих характеристик I1, P1, M, n2, Р, (P2) конденсаторного АД при рабочей и пусковой емкости. Сравнить с рабочими характеристиками трехфазного АД из работы №5.
в) Для номинального режима для случая рабочей и пусковой емкости постройте систему векторов Uс, Uк, U2. При этом вектор Uс откладывается произвольно, из его концов делаются две засечки циркулем по длине соответствующие длинам векторов Uк, U2. Оцените степень несимметрии питания АД для указанных двух случаев.
г) Заполните сравнительную таблицу 6.2 для конденсаторного АД при рабочей, пусковой емкости и АД при трехфазном питании (по данным работы №5). Объясните, чем вызваны отличия в рабочих характеристиках АД.
Таблица 6.2
|
Мп, Нм
|
Мн, Нм
|
n2н, об/мин
|
Р1, Вт
|
Р2, Вт
|
Р, Вт
|
, %
|
Конденсаторный АД при Сраб
|
|
|
|
|
|
|
|
Конденсаторный АД при Сп
|
|
|
|
|
|
|
|
АД при трехфазном питании
|
|
|
|
|
|
|
|
7.Вопросы к защите лабораторной работы
1 Условия получения кругового вращающего поля в трехфазном и двухфазном двигателе.
2 Схемы двухфазных и трехфазных конденсаторных двигателей
3 Из каких условий выбирают номинал Сраб рабочего конденсатора? Почему увеличивается пусковой момент АКД при увеличении емкости конденсатора более Сраб?
4 Сравните механические характеристики АД при трехфазном и однофазном питании, используя опытные данные работ №5 и 6. С чем связано отличие номинальных скольжений при одном и том же номинальном моменте? Какой их двигателей имеет наибольший пусковой момент и почему?
5 Сравните рабочие характеристики АД при трехфазном и однофазном питании, используя опытные данные работ №5 и 6. С чем связано отличие в потребляемой мощности, полных потерях и кпд при одной и той же полезной мощности?
|
|
|
Скачать 1.12 Mb.