Мет 1. Практикум для студентов электротехнических специальностей. Электрические машины Сост. И. В. Новаш и др. под ред. Ю. А. Куварзина, Ю. В. Бладыко. Минск бнту, 2008. 100 с
 Скачать 0.49 Mb.
|
Содержание отчета
Контрольные вопросы
Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 2.2 ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С короткозамкнутым ротором Цель работы: изучение устройства и принципа действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором; освоение расчета основных электрических и механических величин; снятие и анализ рабочих характеристик двигателя. Общие сведения Асинхронный двигатель (АД) с короткозамкнутым ротором – наиболее распространенный в народном хозяйстве тип электрического двигателя. Он имеет простую конструкцию, сравнительно недорог, надежен и удобен в эксплуатации. АД преобразует электрическую энергию переменного тока в механическую энергию, отдаваемую посредством вала рабочей машине. Основными частями АД являются неподвижный статор и вращающийся ротор, разделенные воздушным зазором (0,25…1 мм). Статор состоит из литого корпуса (стального, чугунного или алюминиевого), внутрь которого вмонтирован сердечник статора – полый цилиндр, набранный из отдельных пластин (колец) электротехнической стали, толщиной 0,5 мм. Для уменьшения потерь от вихревых токов пластины изолируют друг от друга. Сердечник статора имеет пазы, в которые помещена трехфазная обмотка из медного или алюминиевого изолированного провода. Фазы обмотки (А, В, С) смещены друг относительно друга по окружности статора на 120 и могут соединяться звездой или треугольником (в зависимости от номинального напряжения фаз обмотки и питающей сети). Ротор представляет собой цилиндр, собранный из тонких изолированных дисков электротехнической стали, насаженный и закрепленный на валу. В дисках выштампованы пазы, в которые закладывают медные или заливают алюминиевые стержни обмотки, соединяемые по торцам накоротко кольцами из того же материала. Полу-ченная таким образом короткозамкнутая обмотка ротора напоминает по конфигурации «беличье колесо» (ее часто так называют). Работа АД основана на способности трехфазной системы токов, протекающей по трем катушкам, оси которых смещены в пространстве на 120°, возбуждать вращающееся магнитное поле. Подобные условия созданы в статоре АД, подключенном к трехфазной сети (рис. 2.1, а).  а б Рис. 2.1 Протекание в фазах обмотки статора трех синусоидальных токов, сдвинутых во времени на 1/3 периода, возбуждает в АД магнитное поле, бегущее вдоль окружности статора (вращающееся) с постоянной скоростью. Число магнитных полюсов вращающегося поля зависит от конструкции обмотки статора (числа катушек в фазе обмотки). При выполнении каждой фазы в виде одной катушки, вращающееся поле будет двухполюсным (число пар полюсов р = 1). Для получения вращающегося поля с р парами полюсов окружность статора разбивают на р частей и на каждой из них размещают три катушки разных фаз. В этом случае одна пара полюсов образуется на каждой части окружности, занятой тремя катушками, поле вцелом имеет p пар полюсов, каждая фаза обмотки состоит из р последовательно соединенных катушек. Направление вращения поля совпадает с направлением чередования токов по фазам обмотки. Для изменения направления вращения достаточно переключить (поменять местами) провода, подающие токи в любые две фазы обмотки. Частота вращения магнитного поля, называемая синхронной, вы-ражается формулой  где f1– частота питающего тока, Гц; р – число пар полюсов статора. При промышленной частоте тока f1 = 50 Гц синхронная частота вращения определяется числом пар полюсов:
Принцип действия АД. В обмотку статора от трехфазной сети подается трехфазная система токов, возбуждающая вращающееся магнитное поле. Магнитные линии вращающегося поля пересекают обмотки статора и ротора и по закону электромагнитной индукции индуктируют в них синусоидальные ЭДС Е1 и Е2. ЭДС Е1 уравновешивает основную часть напряжения питающей сети U1, а Е2вызывает в проводниках короткозамкнутой обмотки ротора токи I2. Взаимодействие токов ротора и вращающегося магнитного поля создает электромагнитный вращающий момент M, приводящий ротор в движение в направлении вращения поля. Частота вращения ротора n меньше частоты вращения поля n1, так как ЭДС Е2, ток I2и момент М появляются только при условии перемещения магнитного поля относительно ротора, т.е. при n n1.В связи c этим рассматриваемый двигатель называют асинхронным. Относительную разность частот вращения магнитного поля и ро-тора называют скольжением:  . (2.1)При холостом ходе двигателя частота вращения ротора n близка к частоте вращения магнитного поля n1 и S 0, с увеличением нагрузки на валу скольжение возрастает (п уменьшается), при номинальной нагрузке Sном =0,02...0,08 (малые значения относятся к мощным двигателям). В момент пуска п = 0 и S = 1. Скольжение играет важную роль в теории АД. Частота вращения ротора n выражается через S формулой, вытекающей из (2.1):  .При неизменных частоте и напряжении питающей сети вращаю-щий момент М однозначно определяется скольжением. График зависимости М(S) показан на рис. 2.1, б. Наибольшему вращающему моменту Мmaxсоответствует критическое скольжение Sк, которое делит график М(S) на два участка: устойчивой работы  и неустойчивой работы  . На устойчивом участке двигатель автоматически развивает вращающий момент М, равный моменту сопротивления Мсрабочей машины. При возрастании Мс скольжение S и вращающий момент М будут увеличиваться до тех пор, пока не наступит новое равновесие М = Мс. При уменьшении Мс скольжение S и вращающий момент М соответственно уменьшаются. Это свойство АД называют саморегулированием вращающего момента.На неустойчивом участке M(S)двигатель, не обладая свойством саморегулирования, работает кратковременно и, как правило, в условиях неравенства моментов М и Мс. При этом, если М > Мс, двигатель увеличивает скорость (уменьшает S) и переходит на устойчивый участок (таков процесс пуска АД), если же М Mс, скорость АД уменьшается до полной остановки. В установившемся режиме вращающий момент М (Нм), механическая мощность на валу Р (Вт) и частота вращения n (мин–1) связаны соотношением  .Момент и мощность на валу, которые двигатель может длительно развивать, не перегреваясь сверх допустимой температуры, называют номинальными (Мном, Рном). Номинальный режим характеризуют также номинальная частота вращения nном, номинальный КПД  , номинальный коэффициент мощности  , номинальное линейное напряжение сети Uном, номинальный линейный ток: .При кратковременных перегрузках (Мс Мном)АД работает устойчиво при условии, что наибольший момент сопротивления рабочей машины Мс.max не превышает Мmax АД. Отношение  называют перегрузочной способностью АД. Kмприводится в каталогах (K= 1,8...2,5) и используется для вычисления Мmax: .Пусковые свойства АД характеризуют пусковой момент Мпи пус-ковой ток Iпв начальный момент пуcка (при n = 0, S = 1). Для короткозамкнутых АД Мп = (1…1,5) Мном, Iп = (5…7) Iном. Пусковой момент должен быть достаточным, чтобы преодолеть Мсрабочей машины и обеспечить быстрый (в течение нескольких секунд) разгон до рабочей скорости. Начальный пусковой ток по мере разгона АД быстро уменьшается и поэтому не опасен для двигателя. Зависимость M(S)приближенно выражается упрощенной формулой Клосса:  ,где критическое скольжение  .Рабочие характеристики отражают эксплуатационные свойства АД и представляют зависимости величин n, М, I1, , cos от мощности на валу Р. Выразив эти величины в относительных единицах (n = n/n1, М = М/Мном, I1 = I1/I1ном, Р = Р/Рном), можно построить рабочие характеристики в общей системе координат (рис. 2.2).  Рис. 2.2 В данной работе в качестве короткозамкнутого используется АД с фазным ротором, обмотка которого замыкается накоротко. Нагрузку на валу АД создает генератор постоянного тока, работающий на регулируемый нагрузочный резистор. Предварительное задание к эксперименту Для трехфазного асинхронного двигателя заданы следующие номи-нальные величины: мощность на валу Pном = 750 Вт; частота вращения ротора nном = 900 мин–1; коэффициент мощности cosном = 0,7; КПД ном = 0,7; а также перегрузочная способность, Kм = Мmax/Мном = = 2,0 и зависимость  , где  .Необходимо определить: 1. Синхронную частоту вращения n1 (при частоте питающего тока f1 = 50 Гц) и число пар полюсов р вращающегося магнитного поля. 2. Номинальную мощность Р1ном, потребляемую двигателем, и номинальный ток I1ном (линейное напряжение сети Uл = 220 В). 3. Номинальный Мном и максимальный Мmax моменты на валу, номинальное Sном и критическое SК скольжение. 4. Для режима со скольжением S,заданным по вариантам из табл. 2.1, определить частоту вращения ротора n, момент М (по формуле Клосса), мощность на валу Р, потребляемую мощность P1 = Р/. Т а б л и ц а 2.1
Результаты расчета занести в табл. 2.2. Т а б л и ц а 2.2
Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с оборудованием, приборами, электрической схемой лабораторной установки. 2.Собрать электрическую цепь по схеме рис. 2.3. Пригласить преподавателя для проверки правильности сборки.  Рис. 2.3 3. Подготовить установку к работе: а) вывести реостат Rp (кроме последней ступени, оставляемой для небольшого ограничения пускового тока); б) ввести реостат возбуждения генератора постоянного тока (ГПТ) Rв (ручку Rвповернуть в крайнее левое положение); в) переключатель обмотки ОВС ГПТ установить в положение «Вкл. согл.» (по шкале G); г) переключатель нагрузки ГПТ Rн2 установить в положение «0»; д) подать напряжение на лабораторный стенд, включив трехфазный автомат на питающем щитке; е) включить источник питания ИП1и контактор К3, регулятором ИП1 установить ток, подаваемый в ротор при его синхронизации с вращающимся полем, Iр = 10 А (по амперметру A2); ж) контактором К2 подключить к цепи ротора реостат Rp. 4. Запустить АД включением контактора К1, проследить за броском пускового тока I1 (по амперметру А1). Вывести последнюю ступень реостата Rр. Перевести ротор в синхронное вращение с полем, включив контактор К3, подающий в ротор постоянный ток. Сравнить измеренную синхронную частоту вращения n1 с вычисленной. Вернуть двигатель в асинхронный режим (включить контактор К2). 5. Снять рабочие характеристики АД. Для этого возбудить рео-статом RвГПТ до наибольшего напряжения и, увеличивая нагрузку от нуля до максимальной (переключателем Rн2), записать показания приборов в табл. 2.3. В числе устанавливаемых режимов должны быть номинальный (установить nном) и заданный в п. 4 предварительного задания (установить требуемую n). Плавная регулировка нагрузки в небольших пределах осуществляется реостатом Rв. Т а б л и ц а 2.3
Примечание. Мощность Р навалу АД вычислить приближенно по формуле, исходящей из равенства потерь в АД и ГПТ: Р = 0,5(Р1 + Р2), где Р2 = U2I2 – мощность, отдаваемая ГПТ нагрузке. 6. Построить в общей системе координат графики рабочих характеристикАД n(P), M(P), (P), cos(P). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||