Вивчення трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором.

Мета: вивчити будову, принцип дії та області застосування трифазних асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором.

Провести експериментальні дослідження основних параметрів двигуна при різних навантаженнях та побудувати шість робочих ха-рактеристик в окремих координатах.

Обладнання:

1. Електромашинний агрегат, складений ізтрифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором; та генератора постійного струму з незалежним збудженням -1 шт.

2. Джерело живлення кола збудження постійного

струму на 220 В 300 - 1 шт.

3. Вимірювальний комплект К-50 - 1 шт.

4. Вольтметр постійного струму на 450 В - 1 шт.

5. Амперметр постійного струму на 10 А - 1 шт.

6. Резистори (навантажувальні) на 110 Ом 10А - 2 шт.

7. Тахометр - 1 шт.

8. Комплект з'єднувальних проводів - 1 шт.

Основні теоретичні положення:

Згідно ГОСТ 27471-87 асинхронний двигун з короткозамкненим ротором - безколекторна машина змінного струму, у якої частота обертання ротора залежить від навантаження, а обмотка ротора виконана у вигляді короткозамкненої клітки.

Асинхронні машини працюють у трьох режимах: -генератора, двигуна та електромагнітного гальма.

Асинхронні машини складаються з нерухомої частини-статора та рухомої -ротора. Осердя статора та ротора збираються із пластин електротехнічної сталі, товщиною 0,35...1 мм, ізольованих між собою шаром лаку чи фосфору. У пази осердя статора укладені обмотки статора, у яких початки та кінці трьох ізольованих фаз позначені і можуть з'єднуватись за схемами зірка чи трикутник. У пази осердя ротора заливають під тиском розплавлений алюміній. При цьому утворюється короткозамкнена обмотка, яка складена із стержнів та двох кілець, її іноді називають ”білковою кліткою”. Відсутність механічного тертя між статором і ротором та простота будови забезпечили цьому двигуну високу надійність у роботі, а малі габарити, вага та вартість - широке застосування у всіх галузях народного господарства, в тому числі і в сільськогосподарському виробництві (до 95% використовуваних двигунів - трифазні асинхронні з короткозамкненим ротором).

По обмотці статора протікають струми, що утворюють обертаюче магнітне поле, яке наводить в осерді трансформатора і ротора ЕРС. Магнітне поле ротора, яке взаємодіє з обертаючим магнітним полем статора, створює обертальний момент ротора.

Асинхронні двигуни характеризуються кратністю пускового струму

,

де - пусковий струм, А; - номінальний струм, А. Магнітне поле статора обертається з частотою , яку називають синхронною, а ротор обертається з меншою частотою , яку називають асинхронною.

 

Синхронна частота обертання магнітного поля статора, :

,

де - частота мережі (50 Гц); - число пар полюсів.

Число пар полюсів визначають по типу (серії) машини. Нап-риклад АОП-23-4 означає, що двигун асинхронний з чавунним корпу­сом (станиною), обдуває мий, з підвищеним пусковим моментом (для приводу механізмів, які відрізняються підвищеним статичним навантаженням в момент пуску, наприклад, підйомно-транспортні механізми), 2-го габариту (порядковий номер зовнішнього діаметра осердя статора), з 3-м порядковим номером довжини електродвигуна і 4-ма полюсами на фазу, чи двома парами полюсів .

Двигуни сільськогосподарського призначення нової серії 4АМ можуть працювати у хімічно активних середовищах та в умовах підвищеної вологості. Двигун типу4АМР160М4СV Розшифровується так: трифазний асинхронний короткозамкнений електродвигун серії 4А, модернізований, із закритим обдуваємим способом охолодження та захистом від навколишнього середовища, з висотою осі обертання 180 мм, установленим розміром по довжині станини М, чотирьохполюсним, сільськогосподарського призначення, кліматичного виконання V та 1 категорією розміщення.

Частоту обертання ротора вимірюють тахометром (відцентровим, годинниковим, магнітним, стробоскопічним, елек-тронним та ін.).

За допомогою переносного вимірювального комплекту К-50 фазоуказчиком визначають напрям обертання магнітного поля ста-тора (за годинниковою стрілкою - АВС чи проти - АСВ) та вимі-рюють фазні значення напруги, струму і активної потужності однієї з трьох фаз: А, В чи С. При з'єднанні обмоток статора за схемою "трикутник" лінійні напруги дорівнюють фазним , але у середині комплекту К-50 використовується схема зірка, тому у формулу вводиться коефіцієнт , а І_Л = І₁ = І_Ф.

Лінійна напруга статора, В

,

де - виміряна фазна напруга, под; - постійна вольтметра (ціна поділки), В/под; - коефіцієнт трансформації вимірювального трансформатора напруги, комплекту К-50.

Постійна вольтметра, В/под:

де - номінальна напруга вольтметра комплекту К-50, В;

- номінальна (максимальна) кількість поділок шкали вольт-метра, под.

Коефіцієнт трансформації вимірювального трансформатора напруги:

,

де - номінальні напруги первинної та вторинної обмоток вимірювального трансформатора напруги, В

Лінійний струм обмоток статора, А:

,

де - вимірювальний фазний струм, под; - постійна амперметра (ціна поділки), А/под; - коефіцієнт трансформації вимірювального трансформатора струму комплекту К-50.

Постійна амперметра, А/под

де - номінальний струм амперметра, А; - номінальна (максимальна) кількість поділок шкали амперметра, под.

Коефіцієнт трансформації вимірювального трансформатора току

,

 

де - номінальні струми вимірювального трансформатора струму, А;

Підведена активна потужність до статора двигуна, Вт:

де - виміряна активна потужність однієї фази, под;

- постійна ватметра (ціна поділки)» Вт/под;

K_U та K_I- коефіцієнти трансформації вимірювальних транс-форматорів напруги та струму.

Постійна ватметра, Вт/под:

,

де - номінальні напруга та струм ватметра, В та А;

- номінальна (максимальна) кількість поділок шкали ватметра, под.

Коефіцієнт потужності статора двигуна:

.

Корисна потужність, що віддається генератором у мережу, Вт:

,

де - напруга на затискачах якоря, В; - струм якоря, А.

Корисна потужність на валу двигуна, Вт:

де - корисна потужність генератора, Вт;

- коефіцієнт корисної дії генератора, приблизно рівний 0,8.

Згідно ГОСТ 27471-87 ковзання ротора машини змінного струму - різниця між синхронною частотою обертання магнітного поля статора та частотою обертання ротора, яка виражена у відносних одиницях чи у відсотках від синхронної частоти обертання:

 

або ,

де та n₂ - частоти обертання магнітного поля статора та ротора, .

Ковзання асинхронних двигунів знаходиться у межах 1,5...7%.

Коефіцієнт корисної дії двигуна - відношення корисної активної потужності до підведеної, виражений у відсотках:

,

де - потужність, яка перетворюється у механічну на валу двигуна, Вт; - потужність, яка підведена до статора двигуна, Вт.

Обертальний момент (на валу двигуна), Н·м

,

де Р₂ - корисна механічна потужність на валу двигуна, Вт;

- частота обертання ротора, .

Згідно ГОСТ 27471-87 робочі характеристики асинхронного двигуна – залежності частоти обертання ротора, ковзання ротора, струму статора, коефіцієнта потужності кола статора, коефіцієнта корисної дії та обертаючого моменту на валу двигуна від корисної потужності на валу двигуна при постійних напрузі та частоті мережі:

при та .