Исследование трехфазного короткозамкнутого асинхронного электродвигателя

Цель работы

 

Ознакомиться с особенностями устройства трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором и исследовать свойства этого двигателя путем снятия рабочих характеристик.

 

2. Домашнее задание.

 

Пользуясь учебником и конспектом лекций, изучите материал по трехфазным асинхронным электродвигателям. Обратите особое внимание на следующие разделы: устройство двигателя, условия создания вращающегося магнитного поля; принцип действия; от чего зависят и с какой частотой изменяются электродвижущие силы и токи в обмотках статора и ротора; вращающий момент и механическая характеристика двигателя; потери и энергетическая диаграмма двигателя; коэффициент полезного действия и коэффициент мощности; пуск, реверс, торможение и регулирование скорости.

Подготовьте ответы на контрольные вопросы по данной работе.

Внимательно порочитайте методические указания к данной лабораторной работе. Ознакомьтесь с принципиальной электрической схемой лабораторной установки, показанной на рис. 1, и уясните назначение каждого элемента схемы. Продумайте порядок выполнения работы. Начертите в рабочей тетради таблицы 1 и 2.

 

3. Рабочее задание

 

1. Ознакомиться с устройством асинхронного короткозамкнутого двигателя и нагрузочной машины. Записать их паспортные данные в таблицу 1.

                                                                           Таблица 1

Тип	U1К, В	IС, А	P2, Вт	nH, об/мин	МН, Вт	η н	сosφ н	Приме- Чание

                     

В этой таблице для асинхронного двигателя указываются номинальные значения тока и линейного напряжения при соединении обмоток в звезду. Номинальный вращающий момент машины вычисляется по формуле , где М (Нм), Р (Вт), n (об/мин).

2. Выбрать электроизмерительные приборы в соответствии с паспортными данными асинхронного двигателя и нагрузочной машины. Записать паспортные данные приборов в таблицу, показанную на стр. 3. Обозначить приборы на стенде в соответствии с таблицей 2.

3. Для исследования асинхронного двигателя собирается электрическая цепь согласно рис. 1. Обмотка статора двигателя соединяется звездой и подключается с помощью выключателя В1 к трехфазной сети с линейным напряжением 380 В.

Вал исследуемого асинхронного электродвигателя механически соединен с валом генератора постоянного тока. С помощью этого генератора создается механическая нагрузка (момент сопротивления) на валу исследуемого асинхронного электродвигателя.

Обмотка возбуждения генератора подключается к сети постоянного тока напряжением 230 В. По этой обмотке протекает постоянный ток и создает основное магнитное поле генератора. При этом из сети потребляется электрическая энергия, которая на сопротивлении обмотки возбуждения полностью преобразуется в тепловую энергию и рассеивается в окружающую среду.

Асинхронный двигатель потребляет из трехфазной сети электрическую энергию и преобразует ее в механическую. Механическая энергия с вала двигателя передается на вал генератора. Генератор преобразует механическую энергию в электрическую. На сопротивлениях якорной цепи электрическая энергия, выработанная генератором, преобразуется в тепловую и рассеивается в окружающую среду.

4. В процессе преобразования механической энергии в электрическую генератор создает электромагнитный момент, который препятствует вращению асинхронного двигателя. Величина этого момента зависит от значения тока в обмотке якоря генератора. Момент сопротивления на валу асинхронного двигателя несколько больше электромагнитного момента генератора, что обусловлено влиянием сил трения. В установившихся режимах работы при постоянной скорости ротора вращающий момент асинхронного двигателя равен моменту сопротивления.

  Режим холостого хода асинхронного двигателя создается путем отключения всех секций сопротивления R_H. При этом ток в обмотке якоря и электромагнитный момент генератора равны нулю и асинхронный двигатель развивает небольшой вращающий момент, необходимый для преодоления сил трения.

Увеличение нагрузки на валу асинхронного двигателя осуществляется путем подключения соответствующего числа секций R_H. При этом сопротивление нагрузки генератора уменьшается, а ток обмотке якоря и электромагнитный момент генератора увеличиваются. Следовательно, возрастет и момент сопротивления на валу асинхронного двигателя.

5. Пуск асинхронного двигателя производится подключением обмотки статора на полное напряжение сети 380 В. Пусковой ток двигателя в 5 раз больше номинального, а измерительные приборы выбраны по номинальным данным, поэтому чтобы не повредить приборы, амперметр и токовые катушки ваттметров на время пуска необходимо шунтировать.

6. Реверсирование асинхронного двигателя осуществляется путем изменения направления вращения магнитного поля. Для этого изменяют чередование фаз подводимого напряжения, меняя местами два любых проводника, питающих статор двигателя и наблюдают за направлением вращения ротора.

7. Рабочие характеристики асинхронного двигателя снимаются следующим образом. Зашунтировав амперметр и токовые катушки ваттметров запускают асинхронный двигатель. Проверяют направление вращения двигателя (оно должно совпадать с указанным на стенде).

Тумблерами отключают все секции сопротивления R_H и подают постоянное напряжение 230 В на обмотку возбуждения генератора. Убедившись, что ток в якорной цепи генератора равен нулю, записывают показания всех приборов в таблицу 2. Скорость вращения двигателя измеряется тахометр.

Затем, увеличивая нагрузку на валу двигателя путем включения необходимого числа секций R_H снимают показания приборов еще 5 – 6 раз. Величину нагрузки можно контролировать по величине тока в якорной цепи генератора. Интервал между точками принимается равным примерно 0, 2 I_H. В процессе опыта максимальные значения токов генератора и двигателя не должны превышать 1, 25 I_H.

Таблица 2

№ за- мера	I1, А	W, дел.	Uг, В	Iг, А	n, об/мин	Примечание
						U1 =                     В СW=              Вт/дел

По данным табл. 2 определяются:

Мощность, потребляемая двигателем из сети,

 

, Вт,

 

полезная мощность генератора постоянного тока

 

, Вт,

 

мощность, передаваемая от двигателя к генератору (полезная мощность двигателя),

, Вт,

 

(значения к.п.д. генератора η _г  берутся из графика η _г=f (P_г), который строится на основании таблицы 3. При этом номинальная мощность генератора берется из таблицы 1);

момент на валу двигателя

, Нм,

где P₂ (Вт) и n (об/мин);

скольжение

,

 

коэффициент мощности двигателя

 

;

к.п.д. двигателя

 

Результаты расчетов сводят в таблицу 4.

                                                                Таблица 3

 

Pг/Pн	0, 2	0, 4	0, 6	0, 8	1, 0	1, 2	1, 4
η г	0, 73	0, 79	0, 8	0, 78	0, 76	0, 72	0, 68

 

                                                                                         

 

 

                                                                                                      

 

                                                                                                         Таблица 4

 

№ то-чек	P1, Вт	Pг, Вт	η г	P2, Вт	S	n, об/мин	М, Нм	cosφ	η д	Приме- чание
										n0= об/мин

 

По данным табл. 4 в общих координатных осях строятся характеристики P₁, P₂, I₁, n, S=f(M) и η, cosφ = f(P₂).

Характеристики, полученные экспериментальным путем, сравниваются с теоретическими и делаются выводы по работе.

4. Контрольные вопросы

Устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Почему статор и ротор выбираются из отдельных изолированных друг от друга стальных пластин?

Какие условия необходимы для создания вращающегося магнитного поля?

От каких величин зависит частота вращения магнитного поля?

Принцип действия асинхронного двигателя. Почему двигатель называется асинхронным?

Что характеризует скольжение и как оно зависит от скорости вращения ротора?

От каких величин зависят ЭДС, индуцируемые в обмотках статора и ротора?

Какова связь между частотой тока ротора и частотой сети?

От каких величин зависит ток ротора?

 Какими способами можно регулировать частоту вращения ротора?

 Показать на графике и объяснить механическую характеристику двигателя.

 Нарисовать и объяснить энергетическую диаграмму двигателя.

Как зависят от нагрузки к.п.д. и cosφ?

Почему при отсутствии нагрузки на валу двигателя ток статора не равен нулю?

Каким образом влияет изменение нагрузки на валу двигателя на токи ротора и статора?

 

Литература

1. Электротехника. Под редакцией проф. В.Г. Герасимова. «Высшая школа», 1985, с.387 – 407.

2. Борисов Ю.М. и др. Электротехника. «Энергоатомиздат», 1985, с.401 – 455.    

Лабораторная работа № 4

Исследование генератора постоянного тока независимого
и параллельного возбуждения

Цель работы

Ознакомиться с устройством генератора независимого и параллельного возбуждения и исследовать его свойства путем снятия характеристики холостого хода и внешней характеристики.

при I_я= 0;   при I_b= const

 

Домашнее задание

Пользуясь учебниками и конспектами лекций, изучите устройство, принцип действия и характеристики генератора независимого и параллельного возбуждения. Особое внимание обратить на следующие вопросы: устройство генератора и его конструкция; назначение отдельных элементов генератора; зависимость ЭДС генератора от магнитного потока и тока возбуждения; влияние реакции якоря на напряжение генератора независимого возбуждения; факторы, влияющие на вид внешней характеристики генератора независимого возбуждения; условия возбуждения генератора параллельного возбуждения; факторы, влияющие на вид внешней характеристики генератора параллельного возбуждения; области применения генераторов независимого и смешанного возбуждения.

Подготовьте ответы на контрольные вопросы по данной работе.

Внимательно прочитайте методические указания в данной лабораторной работе. Ознакомьтесь с принципиальными электрическими схемами лабораторной установки, показанной на рисунках 1 и 2, и уясните назначение каждого элемента схемы. Начертите в рабочей тетради таблицы 1, 2, 3, 4.

 

Рабочее задание

1. Ознакомиться с устройством генератора независимого возбуждения и приводного асинхронного двигателя. Записать их паспортные данные в таблицу 1.

                                                                                                 Таблица 1

 

Тип	Фаб- ричный номе	UН, В	IH, А	РН, Вт	nH, об/мин	η н	сosφ н

 

2. В соответствии с номинальными данными генератора постоянного тока выбрать электроизмерительные приборы и записать их паспортные данные в таблицу.

3. Для исследования генератора независимого возбуждения собирается электрическая схема, приведена на рис. 1.

 

 

Генератор постоянного тока приводится во вращение асинхронным двигателем (АД). Обмотка возбуждения генератора питается от источника напряжения U_в=115 В. Через реостат R₁, включенный по схеме потенциометра. Это позволяет регулировать ток возбуждения от нуля до максимального значения.

Сопротивление предназначено для изменения тока нагрузки генератора. Амперметры А₁ и А₂ предназначены для измерения тока возбуждения и тока якорной цепи. Вольтметр V измеряет напряжение на зажимах генератора.

4. Снять характеристику холостого хода генератора независимого возбуждения. Для этого, при включенных тумблерах изменяют ток возбуждения I_в и измеряют значения ЭДС на зажимах якоря генератора. Первую точку характеристики снимают при максимальном токе возбуждения. Постепенно уменьшая ток возбуждения, делают еще 6 – 8 замеров E₀ и I_в. Последний замер делают при I_в=0. При этом вольтметр покажет значение ЭДС, наводимой остаточным магнитным потоком. Число оборотов измеряется тахометром.

Результаты измерений записываются в таблицу 2, по которой строится характеристика холостого хода.

                                                                                           Таблица 2

 

Iв, А		n =                  об/мин Iв = 0
E0, В

 

5. Внешнюю характеристику генератора независимого возбуждения снимают следующим образом. Генератор приводится во вращение и при помощи потенциометра R₁ устанавливается значение тока возбуждения, близкое к максимальному. При снятии характеристики ток возбуждения должен оставаться неизменным.

Первая точка характеристики снимается при выключенных тумблерах, т.е. при I_я=0. Постепенно увеличивая нагрузку генератора, снимают

5 – 6 точек характеристики. Максимальное значение тока якоря не должно превышать 1, 25 I_H.

Результаты измерений заносятся в таблицу 3.

                                                                               Таблица 3

 

Iя, А		Iв =                 А   n =             об/мин
U, В

Внешнюю характеристику генератора параллельного возбуждения снимают по схеме, показанной на рис. 2.

Для этого, включив тумблеры, пускают асинхронный двигатель, вращающий генератор и уменьшают сопротивление  R₁ в цепи возбуждения. Если генератор не возбуждается (напряжение на якоре остается близким к нулю), то необходимо поменять местами концы обмотки возбуждения.

Возбудив генератор и убедившись, что ток якоря равен нулю, реостатом R₁ изменяют ток возбуждения и устанавливают напряжение равным напряжению холостого хода в таблице 3. В дальнейшем сопротивление R₁ остается неизменным. Записывают показания приборов в таблицу 4 при 

I_я = 0. С помощью тумблеров постепенно увеличивают нагрузку генератора и снимают еще 5 – 6 точек характеристики. Максимальное значение тока якоря не должно превышать 1, 25 I_H. Результаты измерений заносятся в таблицу 4.

 

 

                                                                                          Таблица 4

 

Iя, А		Примечания
Iв, А		n =          об/мин
U, В		rв=              Ом

 

Сопротивление цепи возбуждения определяют по закону Ома:

 

 

По данным таблиц 3 и 4 на одном графике строят внешние характеристики генератора при независимом и параллельном возбуждении. С графика снимают напряжение при I_я = 0 и I_я = I_H. Определяют изменение напряжения генераторов независимого и параллельного возбуждения при изменении нагрузки от нуля до номинального значения:

 

 

где U₀ -  напряжение холостого хода

    U_H - напряжение при номинальном токе якоря

 

4. Контрольные вопросы

Как устроен генератор постоянного тока?

Зачем нужен коллектор в генераторах постоянного тока?

Как изменяется основной магнитный поток при изменении тока возбуждения генератора?

Чем объяснить наличие остаточной ЭДС генератора?

Вследствие каких причин характеристика холостого хода генератора имеет нелинейный характер?

Почему при наличии нагрузки снижается напряжение на щетках генератора независимого возбуждения?

Почему внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения проходит круче, чем у генератора независимого возбуждения?

Почему для поддержания постоянства напряжения генератора постоянного тока с ростом нагрузки приходится увеличивать ток возбуждения?

Каким образом влияет реакция якоря генератора постоянного тока на вид внешней характеристики?

 Какова величина тока короткого замыкания для генераторов независимого и параллельного возбуждения?

 При каких условиях может произойти самовозбуждение генератора параллельного возбуждения?

 

Литература

1. Электротехника. Под редакцией проф. В.Г. Герасимова. «Высшая школа», 1985, с.358 – 372.

2. Борисов Ю.М. и др. Электротехника. «Энергоатомиздат», 1985, с.342 – 363.    

 

Лабораторная работа № 5.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: