Исследование асинхронных двигателей

ИССЛЕДОВАНИЕ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ МАШИНАМ

 

 

Новочеркасск 2005 г.

 

 

УДК 621.313.332(076.5)

 

Рецензент канд. техн. наук В. П. Гринченков

Научный редактор докт. техн. наук С.А. Пахомин

 

 

Составители: Ротыч Р.В., Коломейцев Л.Ф., Назикян Г.А.

Исследование асинхронных двигателей: Методические указания к лабораторным работам по электрическим машинам/ Юж.-Рос.гос.техн.ун-т.-Новочеркасск: ЮРГТУ, 2005.32 с.

 

Изложены программа и методика исследований асинхронных двигателей общепромышленного назначения. Приведены сведения о конструкции, принципе работы и характеристиках асинхронных двигателей.

Методические указания предназначены для студентов специальностей:: электромеханика-180100 (140601 65), электропривод, автоматизация промышленных предприятий и технологических комплексов 180400 (140604 65),, электронные, электрические и микропроцессорные аппараты, электрический транспорт-180700 (140606 65), автоматическое управление энергетическими системами-210400 (140203 65), электрические станции-100100 (140204 65), электроэнергетические системы и сети 100200 (140205 65), выполняющих лабораторные работы по курсу: «Электромеханика»

 

УДК 621.313.332(076.5)

 

 

ã Южно-Российский государственный

технический университет, 2005 г.

ãРотыч Р.В., Коломейцев Л.Ф., Назикян Г.А. 2005г.

 

 

Лабораторная работа № 1

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

 

 

Цель работы

 

Ознакомиться с конструкцией асинхронного двигателя (АД) с фазным ротором (ФР). Освоить: реостатный способ пуска АД с ФР; способы опытного определения скольжения АД; методику проведения опытов холостого хода и короткого замыкания АД; экспериментальное определение механической и скоростной характеристик; расчет рабочих характеристик, а также построение круговой диаграммы по опытным данным.

 

Программа лабораторных исследований

 

1. 2.1 Ознакомиться с конструкцией и номинальными данными АД с ФР.

1.2.2 Определить начала и концы фазных обмоток статора.

1.2.3 Провести реостатный пуск и изменение направления вращения АД с ФР.

1.2.4 Снять характеристики холостого хода.

1.2.5 Снять характеристики короткого замыкания.

1.2.6 Студентам специальности 1801 снять зависимость тока обмотки статора и электромагнитного вращающего момента от частоты вращения ротора при постоянном питающем напряжении для двух значений активного сопротивления цепи ротора.

 

Пояснения к лабораторным исследованиям

 

Общие сведения

 

Асинхронный двигатель является электрической машиной, преобразующей электрическую энергию переменного тока в механическую энергию. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя следует изучить по учебнику[1-3] или конспекту лекций.

В зависимости от исполнения обмотки ротора асинхронные двигатели подразделяются на двигатели с короткозамкнутым ротором (КЗР) и двигатели с фазным ротором (с контактными кольцами).

Обмотка ротора двигателя с контактными кольцами представляет собой трехфазную обмотку, соединенную в звезду. К линейным зажимам этой обмотки с помощью щеток и контактных колец подсоединяется трехфазный пусковой реостат.

Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя заключается в следующем. Если подключить трехфазную обмотку статора к трехфазной сети, то фазные токи статора создадут магнитное поле, вращающееся с частотой n₁,мин ^–1(об/мин),

,

где - частота тока статора, Гц; - число пар полюсов (периодов) магнитного поля. Это поле наводит систему ЭДС в обмотке ротора. Если обмотка ротора замкнута, то в ней под действием индуктированной ЭДС возникает система токов. Взаимодействие тока ротора с вращающимся магнитным полем создает электромагнитный вращающий момент, действующий на ротор. В режиме двигателя ротор машины вращается по направлению вращения поля с частотой вращения меньшей n₁. Ротор вращается асинхронно (несинхронно) с полем потому, что только в этом случае возможно создание ЭДС и, следовательно, тока в обмотке ротора и электромагнитного вращающего момента машины. Величина S называется скольжением:

где n- частота вращения ротора, мин^-1.

Схемы испытаний приведены на рис. 1.1,1.2. На рис. 1.1 дана схема для определения начал и концов фаз статора. По схеме рис. 1.2 выполняются опыты холостого хода и короткого замыкания, а также снимаются зависимости тока статора и момента от скольжения.

Рис. 1.1 Схема для определения начал и концов фазных обмоток

 

На рис. 1.2 обозначены: ИР – трехфазный индукторный регулятор; ТТ – многопредельный лабораторный трансформатор тока; R_д - калиброванное сопротивление; W, V₁, A₁, V₂ - приборы переменного тока на соответствующие пределы измерений; R_п – трехфазный пусковой реостат в цепи ротора; ЭМТ – электромагнитный тормоз (используется при выполнении п.2.6).

 

Опыт холостого хода

Основной задачей опыта является определение намагничивающего тока и потерь в режиме холостого хода при номинальном напряжении. Кроме того, с помощью характеристик холостого хода можно определить механические потери и потери в стали статора.

Схему опыта, приведенную на рис.1.2, следует набрать на монтажной панели стенда. Использование этой схемы испытаний предполагает полную симметрию параметров фаз и питающего напряжения. Согласно схеме ваттметр измеряет фазную мощность.

Для определения характеристик холостого хода питание на двигатель подается от источника регулируемого напряжения в пределах (0,25-1,1) U_н. В указанном диапазоне достаточно произвести 5-6 измерений. При заданных напряжениях производятся измерения тока статора I₀₁ и потребляемой из сети фазной мощности P₀₁. Данные измерений заносятся в табл.1.1, где I₀=I₀₁k_т, k_т =I_1т/5 - коэффициент трансформатора тока ТТ;

где С_W – цена деления ваттметра, Вт/дел;

I₀₁ и P₀₁– величины, измеренные соответственно амперметром А₁ и ваттметром W; I_НW и U_НW – номинальные ток и напряжение, указанные на ваттметре; R_W - сопротивление обмотки напряжения ваттметра, R_д– дополнительное сопротивление в цепи напряжения ваттметра.

Таблица 1.1

№	U	I01	I0	P01	P0	cos 0	Примечание
	В	дел	А	дел	Вт	-
. . .							Cw=

 

Опыт короткого замыкания

Характеристики короткого замыкания I_К=f(U_К), P_К= f(U_К) и

cos _к= f(U_К) снимаются по той же самой схеме рис.1.2, что и характеристики холостого хода, но при заторможенном роторе и при переключенном трансформаторе тока на больший предел измерения. Ротор затормаживается сочленением диска ЭТМ с его статором.

Опыт производится при пониженном напряжении с таким расчетом, чтобы максимальный ток не превышал 1,5I_Н.

При проведении опыта надо стремиться к тому, чтобы температура обмоток за время опыта не изменялась. С этой целью машину следует включать только на время, необходимое для отсчета показаний приборов, и начинать измерения с больших значений тока.

В режиме короткого замыкания величина тока обычно колеблется при изменении положения ротора. В этом случае следует определить диапазон пульсаций и записывать средние значения показаний приборов. Результаты измерений заносятся в табл.1.2, где P_К=3P_К1C_W – мощность короткого замыкания двигателя.

 

Таблица 1.2

№ п/п	UК	IК1	IК	PК1	PК	rК	zК	xК	cos К	Примечание
	В	дел	А	дел	Вт	Ом	Ом	Ом	-
. . .										Cw=

 

Лабораторных исследований

 

1.4.1 Как определить экспериментально начала и концы фаз трехфазной обмотки? Как производится нумерация фаз и обозначаются выводы трехфазной обмотки статора?

1.4.2 Объяснить устройство и принцип действия асинхронного двигателя. С какой частотой вращается магнитное поле машины? Что такое скольжение?

1.4.3 Как производится пуск АД с ФР? Как осуществляется реверс АД?

1.4.4 Как определить из опыта величину скольжения?

1.4.5 Как проводится опыт холостого хода (ХХ)?

1.4.6 Как проводится опыт короткого замыкания (КЗ)?

1.4.7 Как снимаются механическая и скоростная характеристики?

 

Содержание отчета

 

По лабораторной работе составляется отчет, в котором должны быть приведены:

– программа лабораторных исследований;

– паспортные данные исследуемого двигателя и основных измерительных приборов;

– схемы и результаты опытов;

– таблица и графики характеристик ХХ;

– график для разделения суммы магнитных и механических потерь на составляющие;

– таблица и графики характеристик КЗ;

– графики механических и скоростных характеристик при двух значениях сопротивления пускового реостата (для студентов специальности 1801);

– круговая диаграмма с построениями и вычислениями для определения показателей номинального режима.

При составлении отчета могут быть использованы источники [1-5].

Отчет должен быть оформлен в соответствии с требованиями стандарта предприятия [6].

 

Обработка данных испытаний

 

Вопросы для самоконтроля

 

1.7.1 Дайте описание конструкции испытываемого асинхронного двигателя.

1.7.2 Объясните условия создания вращающего магнитного поля в асинхронном двигателе.

1.7.3 Объясните принцип действия трёхфазного асинхронного двигателя.

1.7.4 Как осуществляется реверс асинхронного двигателя?

1.7.5 Как снимаются характеристики холостого хода и короткого замыкания асинхронного двигателя с контактными кольцами?

1.7.6 Как определяются из опыта холостого хода механические потери двигателя и потери стали?

1.7.7 Поясните построение круговой диаграммы асинхронного двигателя по опытам холостого хода и короткого замыкания.

1.7.8 Определите по круговой диаграмме перегрузочную способность двигателя по моменту.

1.7.9 Найдите по круговой диаграмме максимальный коэффициент мощности асинхронного двигателя.

1.7.10 Определите по круговой диаграмме скольжение двигателя при номинальной мощности на валу и критическое скольжение.

1.7.11 Определите по круговой диаграмме пусковой ток и пусковой момент.

1.7.12 Нарисуйте механическую характеристику асинхронного двигателя. Покажите на ней номинальный и пусковой моменты.

1.7.13 Что такое скольжение? Как оно определяется опытным путём?

1.7.14 Как влияет величина активного сопротивления обмотки ротора на вид механической характеристики?

1.7.15 С какой целью во время эксплуатации двигателя регулируется активное сопротивление, включаемое в обмотку ротора? Почему в тех же целях не применяется индуктивное сопротивление?

1.7.16 Как изменяется частота тока в роторе при изменении скольжения?

1.7.17 Как изменяется ЭДС и ток в обмотке ротора при изменении скольжения?

1.7.18 Каким образом можно изменить скольжение во время работы двигателя?

1.7.19 Почему асинхронный двигатель во время работы потребляет реактивный ток?

1.7.20 Почему увеличение скольжения снижает коэффициент полезного действия двигателя?

 

Лабораторная работа № 2

 

Цель работы

 

Ознакомиться с конструкцией, схемами включения, способами пуска в ход трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, рабочими характеристиками двигателя и их получением методом непосредственной нагрузки.

 

Испытания и измерения

Пуск двигателя

 

Применение пуска по схеме «звезда - треугольник» позволяет снизить линейный пусковой ток в три раза. Инерционность установленных на стенде приборов не позволяет с необходимой точностью измерять броски тока. Поэтому в настоящей работе достаточно экспериментально установить качественное снижение пускового тока при использовании данного способа пуска. После сборки схемы и проверки её преподавателем переключатели S2_, S3 установить в такие положения, чтобы получить исследуемый способ пуска, а затем подать напряжение на обмотку статора с помощью пускателя S1 и произвести измерение пускового тока. Записать показания амперметра А для трех пусковых способов.

 

 

2.4.2 Снятие рабочих характеристик

 

Под рабочими характеристиками асинхронного двигателя понимают зависимости P₁, I₁, h, cosj, n, M=f(P2) при U₁=const, f₁=const. Порядок снятия рабочих характеристик следующий. Запустить двигатель. Включить питание ЛАТРа и, плавно увеличивая ток возбуждения тормоза, установить наибольшую нагрузку двигателя в опыте, соответствующую току статора (I, 1 - 1.2) I_н, где величина I_н берётся для принятой схемы соединения обмотки статора. Затем, разгружая двигатель уменьшением тока возбуждения тормоза в интервале от наибольшей нагрузки до холостого хода включительно, произвести измерение всех необходимых величин при 6 значениях момента нагрузки через примерно равные его интервалы и записать их в табл.2.1

 

Таблица 2.1

№ п/п	Опытные данные	Расчетные данные	Тип соединения обмотки
	U1, B	I1, A	P1, Вт	M, Н.м	n, мин^-1	Р2, Вт	h, %	Cosj
									D

 

C целью анализа рабочих характеристик при разных схемах соединений заполнить табл.2.2, используя значения, определенных из графических зависимостей рис. 2.2.

 

Таблица 2.2

Схема соединения	Р2, Вт	Р1, Вт	I, A	h, %	cosj	М, Н.м	n, мин^-1
D	Рн
0.5Рн
U	0.5Рн

2.5 Вопросы для контроля готовности студента к проведению

Лабораторной работы

 

2.5.1 Пояснить назначение элементов электрической схемы исследования двигателя.

2.5.2 Объяснить устройство и назначение элементов конструкции АД с короткозамкнутым ротором.

2.5.3 Перечислить и дать характеристику способам пуска двигателя [1-3].

 

2.5.4 Перечислить рабочие характеристики двигателя.

2.5.5. Каким образом регулируется мощность на валу двигателя?

2.5.6.По каким приборам производятся отсчёты при испытании двигателя.

 

Содержание отчета

 

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

- программу лабораторного исследования;

- паспортные данные исследуемого двигателя;

- электрическую схему исследования;

- таблицы результатов исследования и расчетов;

- формулы для обработки результатов измерений и результаты расчётов;

- графики полученных зависимостей.

Отчёт должен быть подготовлен в соответствии с требованиями СТП ЮРГТУ [6].

 

Цель работы

 

Ознакомиться со способами пуска, режимами работы и рабочими характеристиками трёхфазного асинхронного двигателя при питании от однофазной сети.

 

Испытания и измерения.

 

Пуск двигателя.

 

Перед пуском двигателя с помощью ключей SA1, SA2 в цепь пусковой обмотки включаются конденсаторные батареи С и С_р. После проверки схемы преподавателем двигатель запускается в ход включением автоматического включателя S1_. Перед пуском двигателя следует убедиться в том, что первичная обмотка трансформатора тока ТТ зашунтирована. При достижении ротором частоты вращения, близкой к номинальной, следует уменьшить ёмкость в цепи пусковой обмотки до величины рабочей ёмкости, отключив с помощью выключателя SA1 ёмкость С. Помните, что после отключения схемы от сети конденсаторную батарею следует разрядить, замкнув ключи SA1 и SA2. Иначе, работая над схемой, можно попасть под разрядное напряжение конденсаторной батареи.

 

Содержание отчёта

В отчёте по лабораторной работе должны быть приведены:

- программа лабораторного исследования;

- паспортные данные исследуемого двигателя и основных измерительных приборов; схема и результаты проведения опытов;

- формулы для обработки опытных данных, результаты расчётов и графики рабочих характеристик двигателя;

Отчёт должен быть оформлен в соответствии с требованиями СПТ[6].

 

ИССЛЕДОВАНИЕ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ