Рабочие характеристики трехфазного двигателя

Схема испытания трехфазного двигателя уже собрана при проведении опыта холостого хода. Запустить двигатель в ход. Установить на зажимах двигателя номинальное напряжение. Зафиксировать данные холостого хода. Включить обмотку возбуждения электромагнитного тормоза и несколько нагрузить двигатель. Занести в табл. 5.2 полученные данные. Так продолжать нагружать двигатель до номинальной мощности и зафиксировать 5 – 6 точек рабочих характеристик. Опытные данные при каждой величине нагрузки следует записывать после достижения установившегося режима (стрелки приборов успокоились). При проведении опыта поддерживать напряжение на зажимах двигателя постоянным, так как оно может меняться за счет падения напряжения в подводящих проводах и предшествующем электрооборудовании.

В таблице и в дальнейшем расчете приняты следующие обозначения: U_1Л – номинальное линейное напряжение двигателя, В; I₁ – ток, потребляемый двигателем из сети, А; Р₁, Р₂ – соответственно потребляемая и полезная мощности двигателя, Вт; P_w– измеряемая активная мощность, Вт; Q_w – измеряемая реактивная мощность, вар; n₁,–частота вращения магнитного поля статора, об/мин; n – частота вращения ротора машины, об/мин; I_П – ток электромагнитного тормоза, А; М₂ – момент электромагнитного тормоза, Нм.

 

Таблица 5.2. Рабочие характеристики трехфазного двигателя

U1Л = В; f = 50 Гц; n1 = об/мин

I1, А

Pw, Вт

Qw, вар

n, об/мин

IП, А

М2, Н·м

P1, Вт

P2, Вт

s

cosφ

рэл1 Вт

рэл2 Вт

η, %

 

Обработка результатов испытаний. Скольжение асинхронной машины s определится как

, где .

Здесь n₁ – синхронная скорость машины, частота вращения магнитного поля статора, об/мин; n – частота вращения ротора, об/мин; f – частота напряжения сети, Гц; р – число пар полюсов машины.

При соединении обмоток по схеме «звезда» фазное напряжение двигателя меньше линейного U_1Ф = U_1Л/√3, а по схеме «треугольник» равно линейному U_1Ф = U_1Л. При «звезде» фазный ток равен линейному I_1Ф = I_1Л, а при «треугольнике» меньше линейного тока I_1Ф = I_1Л/√3. Р₁ и Р₂ – соответственно потребляемая и полезная мощности машины. Ваттметр в цепи статора показывает потребляемую мощность. Если обозначить измеряемую ваттметром мощность одной фазы как P_W, то в режиме двигателя

 

Р₁ = 3P_W; Р₂ = Р₁ – (р_ст + р_мх + р_эл1 + р_эл2 + р_д).

Здесь р_ст – потери в стали сердечника статора машины при U₁=U_Н; р_мх – механические потери в машине; р_эл1 – электрические потери в обмотке статора; р_эл2 – электрические потери в обмотке ротора; р_д – добавочные потери в машине.

Электрические потери в трехфазной обмотке статора найдутся как р_эл1 = 3(I_1Ф)² r_1/75, где r_1/75 – сопротивление фазы обмотки, приведенное к рабочей температуре 75^оС.

Электрические потери в обмотке ротора определим в режиме двигателя по известной электромагнитной мощности Р_эм:

Р₁ = 3P_W; р_эл2 = Р_эм ·s = (Р₁ – р_эл1 – р_ст) s,

а добавочные потери как р_д = 0,005Р₁.

Потери в стали р_ст и механические потери р_мх находятся методом разделения потерь, изложенным в прил. Б. Берутся их значения при U₁ = U_Н. Коэффициент мощности, момент на валу двигателя и КПД находятся по известным формулам:

; ; .

Полезная мощность может быть определена по измеренному моменту, развиваемому электромагнитным тормозом Р₂ = М₂·2πn. Разница полученных значений указывает на ошибку в измерениях и расчете. При расчетах следует применять единицы СИ: напряжение в вольтах, ток в амперах, мощность в ваттах, частоту вращения вала в оборотах в секунду (опытные данные числа оборотов в минуту делить на 60), вращающий момент в ньютон-метрах.

 

Характеристики трехфазного асинхронного двигателя

В режиме однофазного

Произвести пуск в ход двигателя в режиме трехфазного. Установить на зажимах двигателя номинальное напряжение. Выбрать фазу, где нет включенных приборов, и «оборвать» ее. Следует обратить внимание на правильное подключение обмотки напряжения ваттметра. При отсутствии тока в катушках электромагнитного тормоза получаем режим холостого хода в однофазном режиме питания. Записать данные этой точки холостого хода в табл. 5.3, аналогичную табл. 5.2.

 

Таблица 5.3. Рабочие характеристики двигателя в режиме однофазного питания

U1Л = В; f = 50 Гц; n1 = об/мин

I1, А

Pw, Вт

Qw, вар

n, об/мин

IП, А

М2, Н·м

P1, Вт

P2, Вт

s

cosφ

рэл1, Вт

η, %

 

Снять рабочие характеристики двигателя в режиме конденсаторного при номинальном значении емкости для двигателя согласно выбранной схеме подключения конденсаторной батареи. Для этого после пуска двигателя в ход и перевода его в однофазный режим подключить конденсаторную батарею согласно схемам 1 и 2 рис. 5.3. Для схем 3 и 4 возможен только однофазный пуск. Установить требуемое значение рабочей емкости С_р конденсаторной батареи. Методика снятия рабочих характеристик та же. Данные опыта 5 – 6 точек занести в табл. 5.4.

 

Таблица 5.3. Рабочие характеристики двигателя в однофазном режиме питания с конденсатором

U1Л = В; f = 50 Гц; Ср = мкФ; n1 = об/мин

I1, А

Pw, Вт

Qw, вар

n, об/мин

IП, А

М2, Н·м

P1, Вт

P2, Вт

s

cosφ

рэл1, Вт

η, %

 

Для исследования влияния величины емкости на рабочие характеристики необходимо запустить двигатель при всех включенных конденсаторах, нагрузить его до мощности Р₂= 0,5Р_Н. Затем рабочую емкость равномерно изменять от максимального до нулевого значения. Результаты опыта занести в табл. 5.4.

 

Таблица 5.4. Рабочие характеристики двигателя в однофазном режиме питания с конденсатором переменной емкости.

U1Л = В; f = 50 Гц; n1 = об/мин

I1, А

Pw, Вт

Qw, вар

n, об/мин

IП, А

М2, Н·м

P1, Вт

Ср мкФ

P2, Вт

s

cosφ

рэл1, Вт

η, %

 

Обработка результатов испытаний. В режиме однофазного включения у трехфазного асинхронного двигателя изменяются потери в стали. Трудности вызывает расчет электрических потерь в обмотках машины. Поэтому полезная мощность двигателя может быть определена только по измеренному моменту электромагнитного тормоза. Невозможно также достоверно определить электромагнитную мощность и потери в стали статора и ротора из-за наличия обратного поля машины. Потери механические меняются мало.

Как и ранее, определяем скольжение асинхронной машины s:

, где .

Потребляемая двигателем мощность равна показаниям ваттметра: Р₁ = P_W. Электрические потери в трехфазной обмотке статора определяют как р_эл1 = 2I₁² r_1/75 при включении обмоток в «звезду» и р_эл1 = ⅔I₁² r_1/75 при включении обмоток в «треугольник».

Коэффициент мощности, полезная мощность и КПД находят по известным формулам:

; Р₂ = М₂·2πn .

При расчетах следует применять единицы СИ: напряжение в вольтах, ток в амперах, мощность в ваттах, частоту вращения вала в оборотах в секунду (опытные данные числа оборотов в минуту делить на 60), вращающий момент в ньютон-метрах.

 

 

Содержание отчета

 

Отчет о проведенных испытаниях представляется студентом в упрощенном виде и включает в себя титульный лист (см. рис. А.1), программу работы, паспортные данные машин, электрическую схему испытаний, результаты испытаний, представленные в виде таблиц, порядок проводимых расчетов и расчет как минимум одной точки каждого графика (желательно для номинальных данных) и собственно графики.

В графической части работы необходимо представить характеристики холостого хода, режима нагрузки асинхронного двигателя в режимах трехфазного и однофазного питания без рабочей емкости и при включении нее. Из сопоставления характеристик дать заключение об особенностях режимов работы и о рабочих свойствах всех исследуемых типов двигателей.

Характеристики должны иметь вид согласно ГОСТ 2.319-81 «Правила выполнения диаграмм» [2, 3]. В качестве образца на рис. А.2 представлены рабочие характеристики асинхронного двигателя. Стандарт допускает применение шкал любого диапазона, но все диаграммы в отчете по лабораторным работам должны иметь шкалы, начинающиеся с нуля.

Следует иметь в виду, что таблицы и иллюстрации представлены в методических указаниях согласно требованиям издательского отдела. В техническом отчете по требованию ГОСТ 7.32-2003 слова «рисунок» и «таблица» не сокращаются в тексте и при оформлении рисунков и таблиц. На конце номера точка не ставится. Словесная часть отделяется от обозначения тире, которое ограничено пробелами.

 

Например:

Рисунок 2.1 – Рабочие характеристики

Таблица 1.3 – Характеристики холостого хода

 

 

4.7. Контрольные вопросы

 

1. Объяснить принцип действия и устройство однофазного асинхронного двигателя с пусковой обмоткой.

2. Объяснить принцип действия и отличительные особенности однофазного конденсаторного асинхронного двигателя.

3. Объяснить принцип действия и отличительные особенности однофазного асинхронного двигателя с активным сопротивлением.

3. Рассказать о пуске в ход однофазного асинхронного двигателя.

4. Объяснить причины снижения номинальной мощности трехфазной асинхронной машины при включении в однофазную сеть.

5. Сравнить рабочие характеристики трехфазной машины при питании от трехфазной и однофазной сети.

6. Объяснить вид зависимостей моментов, создаваемых прямым и обратным полями, и результирующего момента от скольжения.

7. Рассказать об областях применения однофазных двигателей.

8. Сравнить рабочие характеристики однофазного двигателя при наличии и отсутствии рабочей емкости.

9. Дать сравнительный анализ рабочих характеристик двигателей различных видов.

10. Провести анализ характеристики двигателя в режиме однофазного питания при изменении емкости конденсатора.

 

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Жерве, Г.К. Промышленные испытания электрических машин / Г.К. Жерве. – Л.: Энергия, 1968. – 575 с.

2. ЕСКД. Общие правила оформления чертежей: ГОСТ 2.319-81. Правила оформления диаграмм: сб. стандартов / Государственный комитет по стандартам.– М.: Изд-во стандартов, 1984. – С 215–223.

3. ГОСТ 7.32-2001. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления. – Введ.2002-07-01. – М.: Изд-во стандартов, 2003. – 15 с.

4. Костенко, М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины: учеб. для вузов. В 2 ч. Ч.2. Машины переменного тока / М.П. Костенко, Л.М. Пиотровский. – М.: Энергия, 1965. – 651 с.

5. Вольдек, А.И. Электрические машины: учеб. для вузов /А.И. Вольдек. – М.: Энергия, 1966. – 832 с.

6. Меркин, Г.Б. Конденсаторные электродвигатели / Г.Б. Меркин. – М.: Энергия, 1966. – 230 с.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(обязательное)

 

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА

 

 

 

 

Федеральное агентство по образованию

 

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени В.И. Ленина»

 

Кафедра электромеханики

 

 

ОТЧЕТ

 

ИСПЫТАНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

(лабораторная работа)

 

 

Выполнил

студент гр. 3–36 ИВАНОВ А.В.

Принял

доцент ПЕТРОВ А.Б.

 

Иваново 2009

 

 

Рис. А.1. Вид титульного листа

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(справочное)