С короткозамкнутым ротором

 

Цель работы: исследовать электрические и механические свойства трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Приборы и оборудование:

– источник трехфазного тока напряжением 380 В;

– асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором;

– генератор постоянного тока для нагрузки асинхронного двигателя;

– ваттметр электромагнитный с пределом 5 А, 220 В;

– амперметр электромагнитный с пределом измерения 5 А;

– вольтметр электромагнитный с пределом 250 В;

– ключ для шунтирования амперметра на время пуска;

– стробоскопический четырехсекторный диск для измерения оборотов скольжения;

– секундомер для фиксирования времени;

– ламповый реостат для загрузки генератора;

– амперметр магнитоэлектрический в цепи генератора с пределом 10 А;

– вольтметр магнитоэлектрический с пределом 250 В для измерения напряжения генератора;

– реостат регулировочный в цепи возбуждения генератора;

– провода соединительные 30 шт.

 

Ø Основные теоретические положения

 

Трехфазный асинхронный двигатель – это электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую, является качественным преобразователем энергии по аналогии с двигателями постоянного тока.

В настоящее время асинхронные двигатели находят самое широкое применение во всех сферах народного хозяйства России (промышленные предприятия, жилищно-коммунальный комплекс, сельское хозяйство, бытовая техника и т. д.) и прежде всего на железнодорожном транспорте в качестве тяговых двигателей на новых типах электровозов и тепловозов, в электроприводе стрелочных переводов, в локомотивных и вагонных депо, в погрузоразгрузочных устройствах на транспорте (железнодорожном, воздушном, морском и т. д.), в городском транспорте (трамваи).

Конструкция асинхронного двигателя включает в себя неподвижную часть – статор и вращающуюся часть – ротор (см. физическую модель асинхронного двигателя на лабораторном стенде и плакаты).

Статор асинхронной машины представляет собой полый цилиндр, собранный из пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга слоем лака. В пазах на внутренней стороне статора укладываются три фазные обмотки, которые соединяются между собой «звездой» или «треугольником».

Ротор асинхронного двигателя также собирают из штампованных листов электротехнической стали, в пазах которого укладываются витки обмотки ротора. Роторы выполняют двух типов: 1) с трехфазной обмоткой, соединенной «звездой», выводы которой присоединены к контактным кольцам; 2) с короткозамкнутой обмоткой типа «беличья клетка».

Короткозамкнутую обмотку типа «беличья клетка» изготавливают, заливая в пазы ротора алюминий. Стержни обмотки имеют в сечении круглую или плоскую форму и замкнуты торцевыми кольцами (см. физическую модель асинхронного двигателя).

Принцип работы асинхронного двигателя основан на том, что при подключении обмотки статора к трехфазной сети создается вращающееся магнитное поле. Короткозамкнутые витки ротора пересекаются линиями магнитного поля, и в них по закону электромагнитной индукции индуцируется эдс и возникают токи. В соответствии с законом Ленца взаимодействие этих токов с вращающимся магнитным полем создает электромагнитную силу, вращая ротор в направлении вращения магнитного поля. Однако ротор асинхронного двигателя никогда не сможет «догнать» магнитное поле статора, так как при равенстве этих скоростей исчезнет эдс в обмотке ротора и, следовательно, ток ротора.

Таким образом, ротор асинхронного двигателя вращается несинхронно (асинхронно) по отношению к полю статора и характеризуется скольжением

 

,

 

где  – скольжение асинхронного двигателя, о.е.;  – частота вращения магнитного поля статора, об/мин;  – частота вращения ротора асинхронного двигателя, об/мин.

Частота вращения поля статора определяется выражением

,

где  – частота переменного тока, 50 Гц;  – число пар полюсов в обмотке статора.

В зависимости от числа пар полюсов в обмотке статора частота вращения магнитного поля  (синхронная скорость) при частоте переменного тока  = 50 Гц принимает значение от 3000 до 600 об/мин, а частота вращения ротора определяется выражением

 

.

 

Асинхронный двигатель рассчитан на нормальную работу при определенных значениях мощности, частоты вращения ротора, частоты питающей сети, напряжений и токов, называемых номинальными.  

Номинальные параметры указываются в паспорте двигателя:
Р_ном – номинальная мощность (полезная мощность), Вт или кВт;
U _ном – номинальное напряжение 380/220 в зависимости от схемы соединения обмотки статора , В; номинальная частота вращения , об/мин; f _ном – номинальная частота, 50 Гц; номинальный коэффициент полезного действия, о. е.; коэффициент мощности , о. е.

Свойства асинхронного двигателя оцениваются рабочими характеристиками, которые показывают зависимости от полезной мощности  на валу частоты вращения ротора , вращающего момента М, коэффициента мощности  и кпд. Все рабочие характеристики снимаются при номинальной частоте сети = 50 Гц и напряжении U = U _ном.

 

Ø Порядок выполнения работы

 

1. Ознакомиться с лабораторным стендом, асинхронным двигателем, генератором и измерительными приборами. Записать их паспортные данные.

2. Собрать электрическую схему и представить для проверки преподавателю (рис. 6.1).

 

Рис. 6.1. Схема включения асинхронного двигателя

 

3. Выполнить пуск двигателя при замкнутом ключе К с последующим его отключением.

4. Снять рабочие характеристики асинхронного двигателя. Возбудив генератор постоянного тока до номинального напряжения включением ламп нагрузочного реостата, выполнить 5–6 измерений, начиная с холостого хода двигателя. Записать показания приборов в табл. 6.1.

 

Таблица 6.1

Результаты измерений

 

№ п/п

Измеренные

Вычисленные

Uг, В

I г, А

Uф, В

I ф, А

Рф, Вт

ns, об/мин

Рг, Вт

Р2, Вт

Р1, Вт

h, %

cos j

n2, об/мин

M2, Нм

S

 

5. Отключить двигатель от сети. Изменить направление вращения двигателя (реверсирование), поменяв местами два любых фазных провода. Включить двигатель и проконтролировать изменение направления вращения двигателя.

6. Вычислить параметры двигателя по формулам:

 

; ; ;  об/мин;

; ; ,

 

где  = 0, 8 – коэффициент полезного действия генератора.

7. По результатам опытов построить рабочие характеристики двигателя , , ,  в одной координатной сетке и механическую характеристику  – в другой координатной сетке.

8.  Сформулировать выводы по работе.

9. Тесты по данной работе представлены на сайте www.festu.khv.ru

 

Ø Контрольные вопросы

 

1. Перечислите области применения асинхронных двигателей.

2. Объясните принцип действия трехфазного асинхронного двигателя.

3. Опишите устройство асинхронных двигателей и классификацию по типу ротора.

4.  Как изменить направление вращения асинхронного двигателя?

5. Перечислите способы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей.

6.  Что такое номинальное и критическое скольжение?

7.  Каковы преимущества и недостатки асинхронных двигателей?

 

& Рекомендуемая литература: [2, с. 155–164; 5, с. 265–271].

Лабораторная работа № 7.
Исследование трехфазного асинхронного двигателя

С фазным ротором

 

Цель работы: ознакомиться с устройством и пуском асинхронного двигателя с фазным ротором и снять его рабочие характеристики.

Приборы и оборудование:

– асинхронный двигатель с фазным ротором;

– электромагнитный тормоз;

– амперметр электромагнитный с пределами 10 А;

– вольтметр электромагнитный с пределами 300 В;

– ваттметр;

– соединительные провода 20 шт.;

– пусковой реостат.

 

Ø Основные теоретические положения

 

Асинхронный двигатель с фазным ротором в отличие от короткозамкнутого асинхронного двигателя имеет трехфазную обмотку ротора, аналогично обмотке статора.

Необходимость применения фазной обмотки на роторе объясняется тем, что в этом случае предоставляется возможность ввода сопротивления пускового или регулировочного реостата в цепь ротора. Благодаря этому можно значительно влиять на механическую характеристику двигателя (рис. 7.1).

▲

►

 

Рис. 7.1. Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором

Введение реостата в цепь ротора позволяет при пуске значительно увеличить пусковой момент и вместе с тем уменьшить величину пускового тока.

Обмотка ротора обычно соединяется по схеме «звезда», и концы ее присоединяются к трем медным или стальным кольцам, укрепленным на валу двигателя. При этом кольца изолированы как от вала, так и друг от друга.

Сопротивление пускового или регулировочного реостата соединяется с обмоткой ротора при помощи неподвижных щеток, наложенных на контактные кольца. С целью сохранения колец и щеток от износа, а также уменьшения механических потерь, двигатели иногда снабжаются специальным устройством для подъема щеток после процесса пуска.

В настоящей работе для выяснения свойств асинхронного двигателя с фазным ротором следует снять его рабочие характеристики: , , , , .

При снятии рабочих характеристик двигателя изменение нагрузки на валу осуществляется электромагнитным тормозом. Поэтому механическая мощность , Вт, задается через регистрируемый момент , кгм, по шкале тормоза:

.

 

Частоту вращения ротора  в настоящей работе лучше всего рассчитать через частоту тока в обмотке ротора , Гц,

 

,

 

где p = 3 ­– число пар полюсов обмотки статора;  = 50 Гц – частота тока статора.

Частота тока ротора  определяется числом полных колебаний   стрелки магнитоэлектрического прибора с нулем в середине шкалы, включенного в цепь ротора за 10–15 секунд.

Тогда частота тока ротора определяется как

 

,

 

где t – время, в течение которого считалось число полных колебаний стрелки амперметра в секундах.

Коэффициент мощности .

Коэффициент полезного действия определится отношением механической мощности на валу  к электрической, подведенной к двигателю из сети ,

,

 

где ;  – вращающий момент, кгм; n – частота вращения ротора, об/мин.

Примерный вид рабочих характеристик см. на рис. 7.2.

 

 

Рис. 7.2. Примерный вид рабочих характеристик асинхронного двигателя с фазным ротором

 

Ø Порядок выполнения работы

 

1. Ознакомиться с конструкцией, способами пуска и нагрузки двигателя. Записать паспортные данные двигателя.

2. Ознакомиться с электроизмерительными приборами и записать их основные технические характеристики в таблицу приборов.

3. Собрать рабочую схему (рис. 7.3) и произвести пробный пуск.
При пуске двигателя сопротивление пускового реостата должно быть полностью введено. После включения напряжения сопротивление пускового реостата плавно вывести до нуля.

 

Рис. 7.3. Схема исследования асинхронного двигателя с фазным ротором

 

4. Снять рабочие характеристики двигателя. Измерения произвести для 6–8 значений нагрузки, начиная от режима холостого хода и заканчивая режимом номинальной нагрузки. Результаты измерений и вычислений записать в табл. 7.1 и по данным испытания построить рабочие характеристики.

5. На основании испытаний и полученных рабочих характеристик сделать выводы по работе.

Таблица 7.1

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: