Исследование асинхронного двигателя с фазным ротором. Лабораторная работa № 2. 3

Цель работы: изучение конструктивных особенностей, способов пуска и регулирования частоты вращения двигателя с фазным ротором; построение естественной и реостатной механических характеристик двигателя по его паспортным данным; снятие естественной и реостатной механических характеристик.

 

Общие сведения

 

Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют лучшие пусковые свойства (больший пусковой момент, меньший пусковой ток), чем короткозамкнутые АД, позволяют сравнительно просто (изменением сопротивления реостата в цепи ротора) регулировать частоту вращения. Вместе с тем, эти двигатели конструктивно сложнее и дороже короткозамкнутых, менее надежны и более трудоемки в эксплуатации. Поэтому двигатели с фазным ротором применяют лишь в случаях, оправданных необходимостью: для привода оборудования с большим начальным моментом сопротивления и большим моментом инерции (молоты и прессы, снабженные маховиками), при частых пусках, грозящих перегреть двигатель пусковыми токами, при необходимости регулирования скорости (электрические краны).

Устройство статора двигателя с фазным ротором не отличается от устройства статора АД с короткозамкнутым ротором: полый цилиндрический сердечник набранный из изолированных друг от друга, листов электротехнической стали, имеет на внутренней поверхности пазы, в которых размещена трехфазная обмотка, включаемая непосредственно в сеть. Роторы у них различны. В пазах фазного ротора, называемого также ротором с контактными кольцами, находится трехфазная обмотка, выполненная изолированным проводом и размещенная в пазах ротора с пространственным смещением фаз на 120°, подобно обмотке статора. Фазы обмотки ротора соединяют звездой, а три свободных ее конца подключают к трем контактным кольцам, укрепленным на валу машины, но изолированным от вала. На кольца наложены медно-графитовые щетки, установленные в неподвижных щеткодержателях. Через кольца и щетки, образующие при вращении скользящий контакт, в цепь ротора включается трехфазный реостат R _p (рис. 3.1, а), чем обеспечивается улучшение пусковых и регулировочных свойств машины. Щетки также позволяют замкнуть обмотку накоротко. Условное обозначение АД с фазным ротором приведено на рис. 3.1, в.

 

 

а

 

б в

 

Рис. 3.1

 

Введение реостата в цепь ротора изменяет зависимость вращаю-щего момента М от скольжения S, не влияя на величину наибольшего момента М _max, который двигатель способен развить. На рис. 3.1, б показаны три характеристики М (S): естественная характеристика 1 соответствует замкнутой накоротко обмотке ротора (сопротивление реостата R _p = 0), реостатные характеристики 2 и 3 соответствуют введенным одной и двум ступеням реостата. Как естественная, так и реостатные характеристики М (S) описываются формулой Клосса:

 

;

 

,

 

где S _к – критическое скольжение при R _р = 0; ;

S _к.р – критическое скольжение при данном R _р; ;

R ₂ – сопротивление фазы обмотки ротора;

K _м = М _max/ М _ном – перегрузочная способность двигателя.

С увеличением сопротивления реостата R _p растет критическое скольжение S _к.р, кривая М (S) наклоняется вправо и возрастает пусковой момент М _п (рис. 3.1, б). При S _к.р = 1 (кривая 3) пусковой момент достигает максимального: М _п3 = М _max. Дальнейшее увеличение R _p приводит к S _к.p > 1 и снижению пускового момента. Введение реостата в цепь ротора положительно влияет также на пусковой ток, снижая его примерно в 2 раза по сравнению с короткозамкнутым АД (до I _п/ I _ном = 2,5...4).

Рассмотрим процесс пуска двигателя с фазным ротором, в цепь которого введен двухступенчатый реостат (рис. 3.1). При подаче на статор напряжения сети двигатель под действием пускового момента М _п3 трогается с места и начинает разгон. Момент М и скольжение S изменяются по характеристике 3 (участок а – в). По мере увеличения частоты вращения n (уменьшения S) выводят сначала первую, а затем и вторую ступени реостата, чему соответствует последовательный переход на характеристики 2 (скачок в – с) и 1 (скачок d – е). Вывод ступеней реостата производят, ориентируясь на то, чтобы пуск происходил по возможности при больших значениях М, что сокращает время пуска. Процесс пуска заканчивается на естественной характеристике в точке f, где момент двигателя М уравновешивается моментом сопротивления М _с на валу.

С помощью реостата в цепи ротора можно регулировать частоту вращения двигателя. Регулировочный реостат в отличие от пускового должен быть рассчитан на длительное протекание тока ротора. Например, двигатель работает на естественной характеристике при моменте М = М _с, скольжении S (точка f) и частоте вращения

 

,

 

где – частота вращения магнитного поля статора.

Если ввести в ротор две ступени реостата, то двигатель перейдет на реостатную характеристику 3, где моменту М = М _с соответствуют точка g, возросшее скольжение S _p и более низкая частота вращения . В регулировочном реостате имеются потери энергии, поэтому КПД двигателя снижается.

При расчете предварительного задания и проведении эксперимента помимо приведенных формул используются также следующие:

 

; ,

 

где M в Н×м, n в мин^–1.

 

Предварительное задание к эксперименту

 

По паспортным данным асинхронного двигателя: P _ном = 750 Вт, n _ном = 900 мин^–1, K _м = М _max/ М _ном = 2.

1. Рассчитать номинальный М _ном, максимальный М _max и пусковой М _п моменты на валу двигателя; номинальное S _ном, критическое S _к скольжения и соответствующую скольжению S _к частоту вращения ротора n _к. Результаты расчетов записать в табл. 3.1 (R _p = 0) и на их основе построить естественную механическую характеристику n (М).

Т а б л и ц а 3.1

 

Величина   Режим	R p = 0	R p /R 2 = (из табл. 3.2)
М, Н×м	S	n, мин^–1	Мр, Н×м	S р	n p, мин^–1
Идеальный ХХ
Номинальный
Критический
Пуск

 

2. Определить величины п. 1 при введении в цепь ротора реостата R _p. Число ступеней реостата и относительное сопротивление R _p /R ₂ приведены в табл. 3.2, где R ₂ – активное сопротивление фазы ротора. Результаты расчетов записать в табл. 3.1.

Расчетные формулы:

 

, ;

 

;

 

М _ном.р = М _ном; М _max.р = М _max; .

 

Примечание. При двух и более ступенях регулировочного реостата R _p S _к.р > 1.

 

Т а б л и ц а 3.2

 

Вариант
Число ступеней реостата
R p /R 2	1,2	2,4	3,8	5,5	1,2	2,4	3,8	5,5

 

3. По расчетам п. 2 построить реостатную механическую характеристику двигателя n _p(М _p), совместив ее с ранее полученной естественной характеристикой n (М). Определить кратность пускового момента М _п.р/ М _п.