Материал: 5327
Основные выражения для расчёта трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Асинхронный двигатель является простейшей машиной из всех электрических машин. Принцип действия асинхронного двигателя основан на использовании вращающегося магнитного поля и основных законов электротехники. Электрическая схема трёхфазного асинхронного двигателя представлена на рисунке 1.
У асинхронного двигателя на статоре расположена трёхфазная обмотка. При питании этой обмотки от трёхфазной сети она образует вращающееся магнитной поле, частота вращения которого, об./мин:
n |
60 f1 |
, |
1 |
p |
|
|
|
|
где f1 – частота тока питающей сети, f1 |
50 Гц; p – число пар полюсов |
|
обмотки статора.
В пазы ротора двигателя уложена короткозамкнутая обмотка, имеющая вид беличьего колеса. Обычно это медные или алюминиевые стержни в пазах ротора, замкнутые накоротко по концам кольцами из этого же металла.
Вращающееся поле статора пересекает обмотки статора и ротора, индуктируя в них ЭДС. В обмотке статора ЭДС – E1 , в обмотке ротора – E2 .
ЭДС ротора E2 создаёт в обмотке ток I 2 , который, взаимодействуя с маг-
нитным потоком статора, создаёт вращающий электромагнитный момент M . Этот момент заставляет вращаться ротор в том же направлении, что и магнитное поле статора, но с меньшей скоростью. Отношение разности между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора машины переменного тока к частоте вращения магнитного поля (в процентах):
|
|
|
|
|
|
s |
|
n1 n2 |
100% , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
n1 |
|
|
|
где |
n2 – частота вращения ротора, об./мин. |
|
|
||||||||
|
Критическое скольжение – это скольжение, при котором асинхронная |
||||||||||
машина |
развивает |
максимальный |
вращающий |
момент |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sкр |
sн ом |
2 |
1 , где |
|
М макс / М ном – коэффициент, определяющий |
||||||
|
|
|
|||||||||
перегрузочную способность двигателя; sном |
– скольжение при номиналь- |
||||||||||
ной нагрузке.
Частота вращения ротора n2 n1 1 s .
Активная мощность, потребляемая двигателем из сети
51
P |
3U |
ф |
I |
ф |
cos |
3P |
|
, |
1 |
|
|
|
Ф |
|
|||
где U ф – фазное значение напряжения, В; I ф |
– фазное значение тока, А; |
|||||||
cos – угол сдвига фаз между током и напряжением (коэффициент мощ-
ности) |
|
|
|
|
|
|
|
cos |
|
Pф |
|
. |
|||
U ф Iф |
|
||||||
|
|
|
|||||
Активная мощность генератора |
Pг |
Uг Iг , |
|||||
где U г – напряжения на зажимах генератора, В; I г – тока генератора, А. |
|||||||
Полезная мощность на валу двигателя |
|
|
|||||
P2 |
|
Pг |
|
|
, |
||
пер |
г |
||||||
|
|
|
|||||
где пер – КПД передачи, пер 1; |
г – КПД генератора, г 0,8. |
||||||
КПД двигателя |
|
|
|
|
|
|
|
P2 .
P1
2. Задание
2.1. Под рабочими характеристиками асинхронного двигателя понимают
зависимость n , S , cos , M , I , P , |
f P . |
1 |
2 |
Для снятия рабочих характеристик необходимо собрать схему, представленную на рисунке 1.
В качестве механической нагрузки на двигатель служит генератор постоянного тока параллельного возбуждения, имеющий электрическую нагрузку – лампы накаливания. Первое измерение параметров двигателя и генератора сделать при холостом ходе, затем последующие – при изменении нагрузки.
Показания приборов записать в таблицу 1.
Таблица 1 – Результаты измерений и вычислений
№ |
|
|
Измерено |
|
|
|
Вычислено |
|
||||||
U г , |
I г , |
U ф , |
I ф , |
Pф , |
ns , |
P2 , |
P1 , |
, |
cos , |
n , |
M , |
|
||
опыта |
s |
|||||||||||||
В |
А |
В |
А |
Вт |
об/мин |
Вт |
Вт |
% |
о.е. |
об/мин |
Н·м |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
52
2.2. Скоростная характеристика – это зависимость s f P2 .
При холостом ходе, когда P2 0 , ротор вращается с частотой близкой к частоте магнитного поля n1 . По мере увеличения нагрузки частота враще-
ния |
ротора уменьшается, а скольжение |
s |
увеличивается. Зависимость |
||
n |
f P2 |
представляет собой |
линию |
с |
небольшим наклоном, т.к. |
s% |
1 |
6 % . |
|
|
|
Частота вращения ротора n2 |
определяется стробоскопическим мето- |
||||
дом. Для этого на вал ротора помещается диск с нанесёнными на него секторами, число которых равно числу полюсов двигателя. Если освещать диск вращающегося ротора газоразрядной лампой, то создаётся эффект вращения секторов на диске в обратную сторону. Вращение столь медлен-
ное, что их частоту можно подсчитать визуально: ns n1 n2 , зная n1 |
и ns , |
|
определяют n2 n1 ns . |
|
|
Скольжение определяется соотношением s |
ns n1 . |
|
2.3. Механическая характеристика показывает зависимость M f P2 |
, где |
|
M – полезный момент на валу двигателя; P2 |
– полезная мощность на валу |
|
двигателя.
Вращающий момент на валу асинхронного двигателя M 9,55P2 / n2 . Так как с увеличением P2 скорость вращения ротора уменьшается не-
значительно, то зависимость M f P2 будет почти линейной с некоторой
вогнутостью.
2.4. По результатам опытов и расчётов построить рабочие характеристики
двигателя n , S , cos , M , I , P1 , |
f |
P2 в одной системе координат и |
механическую характеристику M |
f P2 |
– в другой. |
2.5. Сформулировать выводы по работе. |
|
|
3. Контрольные вопросы
3.1.Объясните принцип действия трёхфазного асинхронного двигателя. Какие законы лежат в основе работы?
3.2.Какие виды асинхронных двигателей существуют?
3.3.Как влияет изменение питающего напряжения на вращающий момент асинхронного двигателя?
3.4.Перечислите способы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей.
3.5.Что такое номинальное и критическое скольжение?
3.6.Назовите способы пуска асинхронных двигателей?
53
|
|
Лабораторная работа № 13 |
|
|||
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА |
||||||
Цель работы: Исследование напряжения и тока диода при прямом и об- |
||||||
|
ратном смещении р-n перехода, построение и исследование |
|||||
|
вольтамперной характеристики (ВАХ) полупроводникового |
|||||
|
диода и определение по ней основных параметров диода. |
|||||
1. Схема опыта |
|
|
|
|
||
Схема для исследования представлена на рисунке 1. |
|
|||||
|
|
|
R1 |
|
|
|
|
|
S1 |
10 кОм |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
- |
|
S2 |
+ |
Еобр |
|
Епр |
5 B |
A1 |
V2 |
|||
|
||||||
|
100 B |
|||||
|
+ |
|
|
- |
||
|
|
VD |
V1 |
|
|
|
Рисунок 1 – Электрическая схема измерения вольтамперной характеристики |
||||||
|
|
полупроводникового диода |
|
|||
Основные понятия о полупроводниковом диоде и его характеристиках
Полупроводниковый диод представляет собой двухэлектродный прибор на основе электронно-дырочного перехода в кристалле полупроводника (рисунок 2) и предназначен для преобразования переменного тока в пульсирующий ток одной полярности.
|
|
n |
p |
|
котод |
|
|
анод |
|
+ |
|
Обратное |
|
|
- |
смещение |
A |
||
|
||||
|
|
|
||
- |
|
Прямое |
|
|
|
смещение |
|
||
|
+ |
|
Рисунок 2 – Схема включения р-n перехода в электрическую цепь
54
Если к диоду приложить напряжение в прямом направлении, когда положительный полюс источника энергии соединён с р-областью (анодом), а отрицательный – с n-областью (катодом), то потенциальный барьер p-n- перехода понижается и через диод протекает большой прямой ток даже при невысоком приложенном напряжении. При смене полярности приложенного к диоду напряжения потенциальный барьер повышается и через диод протекает очень малый ток неосновных носителей заряда (обратный ток) даже при высоких значениях обратного напряжения.
Вольтамперная характеристика (ВАХ) диода вследствие этого является резко несимметричной, и её типичный вид представлен на рисунке 3.
|
|
|
Iпр , А |
|
N |
|
|
|
|
|
|
Uпр |
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
Iпр |
|
|
|
|
|
|
K |
|
Uобр , В |
1,5Iпр |
Iпр |
0,5Iпр |
|
Uпр |
Uпр , мВ |
|
|
|
О |
М |
||
Iобр |
|
|
|
|
||
P |
|
|
|
|
|
|
|
Uобр |
|
|
|
||
Q |
|
Uпорог. |
|
|||
Uпробоя |
|
|
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iобр , мкА |
|
|
Рисунок 3 – Вольтамперная характеристика диода |
|
|||||
При анализе электрических цепей, содержащих диоды, нелинейные ВАХ последних во многих случаях заменяют отрезками прямых, т.е. проводят кусочно-линейную аппроксимацию ВАХ. На рисунке 3 прямая ветвь ВАХ диода аппроксимирована отрезками ОМ и MN. Отрезок MN проходит через точки K и L ВАХ, которые определяются по значению максимального прямого тока диода Iпр . Отрезок ОМ соответствует пороговому напря-
жению диода Uпорог. .
Обратная ветвь ВАХ диода заменяется отрезками прямых линий OQ и QV . Отрезок OQ выходит из начала координат и проходит через точку P ,
положение которой на ВАХ диода определяется наибольшим обратным напряжением Uобр 
0,6 0,8 Uпробоя , где U пробоя – напряжение пробоя диода. Отрезок QV параллелен оси тока и смещён относительно её на величину напряжения пробоя.
55