Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ по разделу «Асинхронные машины» дисциплины «Электрические машины». Кононенко К.Е., Волчихин В.И

ГОУВПО

Воронежский государственный технический университет

Кафедра электромеханических систем и электроснабжения

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

по разделу «Асинхронные машины» дисциплины

«Электрические машины» для студентов направления

140400 «Электроэнергетика и электротехника»

профиля «Электромеханика»

очной и заочной форм обучения

В оронеж 2015

Составители: д-р техн. наук К.Е. Кононенко,

канд. техн. наук В.И. Волчихин,

канд. техн. наук Ю.В. Писаревский,

канд. техн. наук А.Ю. Писаревский

УДК 621.313.32(07)

Методические указания к выполнению лабораторных работ по разделу «Асинхронные машины» дисциплины «Электрические машины» для студентов направления 140400 «Электроэнергетика и электротехника» / ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. К.Е. Кононенко, В.И. Волчихин, Ю.В. Писаревский, А.Ю. Писаревский. Воронеж, 2013. 50 с.

Методические указания включают 4 лабораторные работы: одну по устройству и принципу действия двигателя и три по испытанию асинхронной машины. Содержат краткие теоретические пояснения, контрольные вопросы для письменного и устного ответов, список литературы, рекомендованной для изучения.

Табл. 7. Ил. 16. Библиогр.: 3 назв.

Рецензент канд. техн. наук, профессор Г.А. Пархоменко

Ответственный за выпуск зав. кафедрой канд. техн. наук, доц. В.П. Шелякин

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2015

Общие положения

Лабораторные занятия являются одним из важнейших элементов учебного процесса.

Выполнение лабораторных работ по курсу «Электрические машины» для студентов направления 140400 «Электроэнергетика и электротехника» имеет своей целью закрепление и углубление теоретических сведений, излагаемых в лекционных курсах и учебных пособиях.

При выполнении лабораторных работ студенты знакомятся с конструкцией, принципом действия и характеристиками электрических машин, с их условными обозначениями в электрических схемах, с правилами выполнения электрических соединений.

Объем каждого лабораторного занятия рассчитан на 2-4 академических часа работы в лаборатории и на 1,5-2 часа домашней работы.

Для выполнения каждой лабораторной работы необходима предварительная подготовка.

Предварительная подготовка включает в себя следующее:

• изучение соответствующих разделов по литературным источникам и конспекту лекций;

• тщательное ознакомление с содержанием лабораторной работы по методическим указаниям, усвоение её целевого назначения и программы;

• подготовку таблиц для занесения результатов испытаний;

• ознакомление с правилами оформления экспериментальных данных, с правилами построения графических зависимостей.

Студент допускается к выполнению лабораторной работы после представления преподавателю отчета за предыдущую работу и при удовлетворительных ответах на контрольные вопросы для домашней подготовки.

На первом лабораторном занятии студент должен изучить инструкции по технике безопасности и расписаться в журнале инструктажа по технике безопасности.

Перед началом выполнения лабораторной работы студент должен на рабочем месте подробно ознакомиться с необходимой схемой соединения, записать паспортные данные электрических машин, аппаратов, измерительных элементов и т.д. и только после этого приступить к оборке схемы. Сборку электрической схемы необходимо производить без напряжения при отключенных выключателях со стороны питающей сети. Рекомендуется сначала собирать силовую сеть, а затем цепи управления и сигнализацию. Собранная схема проверяется преподавателем, после чего дается разрешение на её включение.

Лабораторная работа выполняется а том порядке, какой указан в методических указаниях на выполнение лабораторной работы. Результаты измерений заносятся в соответствующие таблицы каждым членом бригады. По полученным данным выполняются необходимые предварительные расчеты и строятся графики.

Черновые материалы представляются преподавателю, и после подписи работа считается законченной.

После выполнения полного объема лабораторной работы с разрешения преподавателя схема разбирается, соединенные провода укладываются в отведенное место.

Окончательный отчет по выполненной лабораторной работе составляется во внеурочное время. Вычерчивание графических зависимостей и схем в отчете от руки, без применения чертежных принадлежностей не допускается.

Отчет должен снабжаться титульным листом, на котором указывается: наименование института, кафедры, лаборатории, номер и название работы, шифр группы, фамилия и инициалы студента.

Отчет должен содержать: цель работы, паспортные данные электрических машин, аппаратов, схему установки, экспериментальные и расчетные величины, графические зависимости, заключение.

Расчеты должны производиться в системе СИ с необходимыми пояснениями. Схемы и графики должны выполняться в соответствии с ЕСКД. Если в одних координатных осях строится несколько графиков в функции одной независимой переменной, то нужно строить дополнительные оси параллельно основной и каждую со своей масштабной шкалой.

В заключение студент в письменном виде дает ответы на вопросы, поставленные в описании к данной лабораторной работе.

Отчет подписывается исполнителем, указывается дата оформления отчета.

После выполнение лабораторной работы и представления по ней правильно оформленного отчета студент отчитывается за проделанную работу.

Студенты, у которых все отчеты приняты, получают зачет по лабораторному курсу.

Правила техники безопасности

1. При подведенном к стенду напряжении запрещается прикасаться к проводникам схемы и к металлическим частям стенда, находящимся под напряжением.

2. Приступая к работе, внимательно ознакомьтесь с заданием, правилами безопасности работ, оборудованием, проверьте исправность ограждений и предохранительных устройств.

3. Не загромождайте свое рабочее место оборудованием и аппаратурой, не относящимися к выполняемой работе, так как это может явиться причиной несчастного случая.

4. При работе в лаборатории выполняйте только то задание, которое Вам поручено.

5. Запрещается находиться в лаборатории в пальто, а также раздеваться и вешать пальто, кепи и платки на лабораторное оборудование.

6. По окончании работы приведите в порядок свое рабочее место. После уборки заявите ответственному по лаборатории об окончании работы и только после его разрешения можете оставить, лабораторию.

СТРОГО ВОСПРЕЩАЕТСЯ!

1. Включать и выключать силовые и осветительные рубильники без разрешения руководителя.

2. Включать схему под напряжение без предварительной проверки и разрешения руководителя.

3. Работать с неубранными или незаправленными (незакрепленными) косынками, кашне, галстуками и шарфами, которые могут попасть во вращающиеся части машины.

4. Оставлять без наблюдения схему, находящуюся под напряжением.

При возникновении аварийных режимов (перегрузка током, электрический пробой изоляции, короткое замыкание, чрезмерное увеличение частоты вращения и т.д.), лабораторная установка должна быть немедленно отключена.

Если произойдет несчастный случай, то лабораторную установку следует немедленно отключить, а пострадавшему оказать помощь, помня о том, что прикосновение к человеку, находящемуся под напряжением, опасно. Освобождать пострадавшего в этом случае можно только с помощью сухих деревянных или других изоляционных предметов.

ВНИМАНИЕ! Категорически запрещается прикасаться к элементам схемы при включенном напряжении.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 15

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1. Изучить принцип действия асинхронного двигателя.

1.2. Изучить конструкцию асинхронного двигателя.

2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕШЯ

На практике асинхронные машины используются главным образом в качестве электрических двигателей трехфазного тока, которые находят широкое применение в народном хозяйстве. По сравнению с остальными электрическими двигателями они обладают преимуществами с точки зрения их стоимости, габаритных размеров и надежности в работе. Асинхронные двигатели потребляют более 40 % всей электроэнергии, вырабатываемой в нашей стране.

Низковольтные (220, 380 и 660 В) трехфазные асинхронные двигатели общего назначения у нас в стране выпускаются в виде единых всесоюзных серий со строго нарастающими основными параметрами мощностью и геометрическими размерами. Это способствует внедрению прогрессивной технологии производства электрических машин и повышению уровня унификации сборочных единиц и деталей.

Первая серия асинхронных двигателей А-АО мощностью от 0,6 до 100 кВт была внедрена в 1949-51 годах. А в 1952-56 годах была разработана серия высоковольтных двигателей А-АК (с короткозамкнутым и фазным роторами) мощностью от 100 до 1000 кВт. С развитием электропривода возникла необходимость в увеличении числа ступеней шкалы мощностей и в улучшении массо-габаритных и энергетических показателей электрических машин. Это привело к созданию новых серий асинхронных двигателей А2-А02 мощностью от 0,6 до 100 кВт и А2-АК2 и АО2-АОК2 мощностью от 100 до 1000 кВт.

В настоящее время в России разработана и внедрена новая серия асинхронных двигателей «Российская асинхронная» (РА) общего назначения с высотами оси вращения 50  355 мм и мощностью от 0,06 до 400 кВт. Шкала мощностей и установочные размеры электродвигателей данной серии базируются на рекомендациях Международной электротехнической комиссии (МЭК).

Трехфазный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей  неподвижной и вращающейся. Неподвижная часть машины называется статором, а вращающаяся часть  ротором.

Обращенные друг к другу цилиндрические поверхности статора и ротора имеют пазы, в которых помещаются проводники обмоток.

Название асинхронных машин обусловлено тем, что ротор вращается несинхронно (асинхронно) по отношению к вращающемуся магнитному полю машины.

Работа асинхронного двигателя основана на принципе электромагнитного взаимодействия между вращающимся магнитным полем машины и токами, наводимыми в обмотке ротора при пересечении её проводников вращающимся полем.

Обмотка статора асинхронной машины при питании её трехфазным током создает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого:

где n₁ – синхронная частота вращения магнитного поля, об/мин;

f₁ – частота напряжения сети, Гц;

р  число пар полюсов обмотки статора.

Это поле при своем вращении, если ротор неподвижен, индуктирует в проводниках обмотки ротора электродвижущие силы. Если обмотка ротора замкнута, то в ней возникают токи, которые создают свое вращающееся магнитное поле. Магнитные поля статора и ротора вращаются синхронно и образуют общий вращающийся магнитный поток двигателя. В данном случае можно предполагать, что электродвижущая сила в обмотке ротора, индуктируется общим потоком. В результате взаимодействия токов ротора с потоком машины возникают действующие на проводники ротора механические силы и вращающий электромагнитный момент, который стремится повернуть ротор в направлении вращения поля.

Рис.1

Действительно, как показано на рис. 1, магнитное поле машины, вращаясь с частотой n₁, индуктирует в проводниках обмотки ротора электродвижущие силы. Направление электродвижущей силы определяется правилом правой руки. Если допустить, что проводник ротора замкнут и обладает только активным сопротивлением, то ток в проводнике будет совпадать, с направлением э.д.с. Взаимодействие этого тока с полем машины создает электромагнитную силу, действие которой направлено в сторону вращения поля. Сумма всех сил, действующих на проводники обмотки ротора, образует электромагнитный момент двигателя.

Частота вращения ротора должна быть меньше частоты вращения поля, так как при их равенстве отсутствует электромагнитное взаимодействие между статором и ротором и электродвижущие силы в проводниках обмотки ротора не индуктируются. Поэтому в асинхронных двигателях ротор вращается с некоторым отставанием относительно поля машины. Относительная разность частот поля и ротора называется скольжением и определяется выражением:

или

то есть двигательный режим асинхронной машины имеет место при скольжении 0 < s < 1.

При вращении ротора асинхронной машины (например, каким-либо двигателем) в сторону вращения поля, но с большей частотой вращения, изменится направление э.д.с. и токов в проводниках обмотки ротора, то есть асинхронная машина переходит в генераторный режим. В этом режиме асинхронная машина получает механическую энергию от первичного двигателя, преобразует её в электрическую и отдает в сеть. Генераторный режим в асинхронной машине наблюдается при скольжении s < 0.

Если ротор вращать в направлении, обратном направлению вращения поля, то направление э.д.с. и токов в проводниках обмотки ротора сохранятся. Электромагнитный момент будет действовать в направлении вращения поля, но будет тормозить вращение ротора. Такой режим называется режимом противовключения, или режимом электромагнитного тормоза. Он имеет место в асинхронной машине при скольжении s > 1.