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

Для определения скольжения проведем касательную ОQ к окружности в точке O и линию nm (параллельную OВ) до пересечения с продолжением линии ОК в точке m на таком расстоянии, чтобы отрезок nm был равен 200 мм. Продолжая вектор тока ротора до пересечения со шкалой скольжения, найдем скольжение для заданной нагрузки двигателя.

Мощность, потребляемая из сети, равна:

, кВт

Коэффициент полезного действия определяем расчетным путем по способу отдельных потерь:

где Р_э1 – электрические потери в обмотке статора;

Р_с – потери в стали статора;

Р_мех – механические потери;

Р_э2 – электрические потери в обмотке ротора;

Р_доб – добавочные потери.

Электрические потери в обмотке статора, кВт

Электрические потери в обмотке ротора, кВт

Добавочные потери, кВт:

Мощность на валу двигателя кВт. Результаты расчета свести в таблицу и построить рабочие характеристики. Объяснить вид полученных кривых.

3.8. Построить пусковые характеристики двигателя

Для построения пусковых характеристик I₁(s) и M(s) задаемся несколькими значениями скольжения (8-10 точек) от s = 0 до s = 1,0. Через заданные точки на шкале скольжения и точку 0 проводим прямые до пересечения с окружностью (точка N). Из точки пересечения опускаем перпендикуляр на линию ОД. Отрезок O₁N определяет ток статора, а отрезок NT электромагнитный момент:

где m_М – масштаб момента, Нм/мм.

Масштаб момента определяется так:

где n₁ –синхронная частота вращения, об/мин.

Чтобы определять максимальный момент, опускаем из центра С окружности перпендикуляр на линию ОВ и продолжаем его до пересечения с окружностью в точке N. Опускаем перпендикуляр из точки N на линию ОД до пересечения с линией ОВ. Максимальный момент равен:

, Нм

Определяем критическое скольжение (т.е. скольжение, характеризующее работу двигателя в точке N).

Результаты расчета свести в таблицу и построить пусковые характеристики. Объяснить вид полученных кривых.

В заключении отчета необходимо сформулировать выводы в виде ответов на следующие вопросы:

1. Почему в асинхронных двигателях необходимо знать точно обозначения начал и концов фазы? Что будет, если начало или конец одной из фаз поменять местами?

2. Чем объяснить, что при изменении порядка чередования фаз направление вращения ротора изменится на противоположное?

3. Чем объяснить, что при увеличении напряжения при снятии характеристики холостого хода cos уменьшается, а при снятии характеристики короткого замыкания остается постоянным?

4. При каких условиях к.п.д. двигателя будет максимальным?

5. Какова кратность пускового тока 1_п / 1_н и чем это объяснить?

Контрольные вопросы для домашней подготовки

1. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

2. Способы пуска в ход асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором? Как влияет форма паза ротора на пусковые характеристики двигателя? Двигатели с улучшенными пусковыми характеристиками?

3. Способы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором?

4. Как перевести асинхронную машину из режима двигателя в режим генератора?

5. Как изменяется электромагнитный момент асинхронной машины при изменении скольжения от s =  до s = ?

6. Схемы замещения и круговые диаграммы асинхронных двигателей.?

7. Как изменится круговая диаграмма при переключении обмотки статора с треугольника на звезду, если напряжение питания оставить неизменным?

8. Рабочие характеристики асинхронного двигателя и их построение по круговой диаграмме?

9. Как влияет величина активного сопротивления ротора на пусковые характеристики асинхронного двигателя? Объяснить при помощи круговой диаграммы?

10. Коэффициент мощности асинхронных двигателей? Влияет ли конструкция машины на его величину? Пути улучшения коэффициента мощности?

Библиографический список

1. Вольдек А.И. Электрические машины / А.И. Вольдек. Л.: Энергия, 1978, с.531-550, 563-583.

2. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины / А.В. Иванов-Смоленский. М.: Энергия, 1980, с.363-390, 429-442.

3. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов B.C. Электрические машины / Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович, B.C. Хвостов. М.: Высшая школа, 1979, ч.1, с.196-203, 211-222.

Лабораторная работа №17 испытание трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором методом непосредственной нагрузки

1. Цель работы

1.1. Изучить принцип работы и устройство асинхронного двигателя с фазным ротором. Ознакомиться с паспортными данными машины, приборами и аппаратурой, применяемой при испытании двигателя.

1.2. Осуществить пуск в ход двигателя и изменить направление его вращения.

1.3. Снять и построить рабочие характеристики двигателя при соединении фаз обмотки статора в треугольник.

1.4. Снять и построить рабочие характеристики двигателя при соединении фаз обмотки в звезду.

2. Теоретические пояснения

Асинхронные двигатели с фазным ротором применяются в тех случаях, когда короткозамкнутые двигатели по своим пусковым характеристикам не удовлетворяют требованиям электропривода или когда требуется регулировать частоту вращения ротора. От короткозамкнутых двигателей эти машины отличаются только конструкцией ротора и наличием щеточного узла. Трехфазная обмотка ротора выполняется из медных изолированных проводников. Она может быть однослойной или двухслойной. Как правило, фазная обмотка ротора соединяется в звезду. Выводные концы фаз присоединяются к контактным кольцам, расположенным на валу. При работе двигателя трехфазная обмотка ротора может быть замкнутой накоротко, соединенной с пусковым или регулировочным сопротивлениями.

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости потребляемой мощности Р₁, тока в обмотке статора I₁, коэффициента мощности cos, скольжения s (частоты вращения ротора n) и к.п.д.  от полезной мощности Р₂ при U₁ = const и f₁ = const.

По ряду причин некоторые асинхронные двигатели в условиях эксплуатации могут быть сильно недогружены. Если обмотки статора таких двигателей нормально соединены в треугольник, то для улучшения cos и к.п.д, двигателей может оказаться целесообразным переключение их в звезду.

Рабочие характеристики можно построить по расчетным данным при проектировании машины, по результатам опыта методом непосредственной нагрузки или по круговой диаграмме.

В данной работе характеристики строятся по результатам испытаний асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки.

3. Порядок выполнения работы

3.1. Собрать схему испытания асинхронного двигателя с фазным ротором при соединении обмотки статора в треугольник (рис. 1). Нагрузкой испытуемого двигателя является генератор постоянного тока параллельного возбуждения.

3.2. Пустить двигатель в ход и изменить направление его вращения.

Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет по сравнению с короткозамкнутым двигателем лучшие пусковые характеристики, так как при включении в цепь ротора активного сопротивления уменьшается пусковой ток, а пусковой момент увеличивается.

Рис.1

Величину пускового сопротивления выбирают из соображения ограничения пускового тока до

, но можно, так рассчитать R_п, что пусковой момент (при скольжении s = 1,0) будет равен максимальному моменту.

Пуск двигателя в ход производится по схеме рис. 1. При разомкнутых выключателях S1, S3 и S4 включением линейного пускателя Л1 на стенд подается трехфазное напряжение U₁ = 220 В. Пусковой реостат R_n устанавливаем в положение «пуск», соответствующее наибольшему сопротивлению в цепи ротора, и выключателем S1 пускаем двигатель в ход. При разгоне двигателя сопротивление пускового реостата плавно (с выдержкой времени на каждой ступени не менее 3 секунд) уменьшаем до нуля.

Остановить двигатель. Для этого обмотку статора отключаем от сети выключателем S1.

Для изменения направления вращения двигателя надо, при разомкнутых S1 и Л1, поменять местами два линейных провода (изменить порядок чередования фаз питающего напряжения) на клеммах выключателя S1. Вновь пустить двигатель и убедиться в изменении направления вращения.

ВНИМАНИЕ! При пуске в ход асинхронного двигателя с фазным ротором необходимо:

а) пусковой реостат установить в положение «ПУСК»;

б) выключатели S3 и S4 нагрузочного генератора разомкнуть, то есть включать двигатель без нагрузки.

3.3. Снять рабочие характеристики двигателя при соединении обмотки статора в треугольник.

Рабочие характеристики Р₁(Р₂), I₁(Р₂), cos(Р₂), n(Р₂), (Р₂) снимаются методом непосредственной нагрузки двигателя по схеме рис. 1. Для этого при разомкнутых S3 и S4 включаем асинхронный двигатель в сеть

U₁ = 220 В и производим его пуск. Убеждаемся в том, что ротор вращается в направлении, указанном стрелкой на корпусе двигателя. Частота вращения ротора при холостом ходе близка к синхронной. Показания приборов при холостом ходе двигателя записываем в табл.1.

Замыкаем выключатель S3 и, изменяя сопротивление регулировочного реостата R_р в цепи обмотки возбуждения, возбуждаем генератор до напряжения U_г = U_гн. Замыкаем выключатель S4. Изменяя величину сопротивления R, снимаем еще несколько показаний приборов и записываем в таблицу 1. Нагрузка двигателя и генератора не должна превышать номинальной.

Необходимые расчетные данные таблицы 1 определяются так:

Мощность, потребляемая асинхронным двигателем из сети