ДОСЛІДЖЕННЯ АСИНХРОННОГО ДВИГУНА З КОРОТКОЗАМКНУТИМ РОТОРОМ

 

7.1. Мета роботи

7.1.1. Ознайомитися з пристроєм асинхронного двигуна з к.з. ротором.

 7.1.2. Зняти і побудувати робочі і механічну характеристики двигуна.

 

7.2. Основні теоретичні положення

Трьохфазний асинхронний двигун складається з двух основних частин: статора і ротора. Статор - нерухома частина двигуна, служить для створення обертового магнітного поля. Схема з'єднання трифазної обмотки статора - зірка або трикутник. Магнітне поле статора перетинає провідники обмотки ротора і наводить в них   змінну е.р.с. Оскільки обмотка ротора замкнута, ця е.р.с. викликає в ній струм того ж напряму, що і е.р.с. В результаті взаємодії струму ротора з обертовим магнітним полем, виникає електромагнітна сила яка діє на провідники ротора. Сила створює обертовий момент, діє в ту ж сторону, що і сила.

Під дією моменту обертання ротор приходить в рух і після розбігу обертається в тому ж напрямі, що і магнітне поле з декілька меншою частотою обертання, ніж поле:

n₂ = (0,92...0,98)n₁,

 

де n1 - частота обертання магнітного поля статора, або синхронна частота обертання;

n2 - частота обертання ротора.

Синхронна частота обертання визначається частотою струму (f1) джерела живлення двигуна та числом пар полюсів статора (р):

60f₁

                                                     n₁ = ------.

р

Частота обертання ротора визначається ковзанням:

n₂ = n₁(1 - s),

де s- ковзання:

n₁ - n₂

s = ---------;

n₁

Величина е.р.с. в обмотці статора та ротора дорівнює:

Е₁ = 4,44К_об1 f₁W₁Фm,

Е₂ = 4,44К_об2 f₂W₂Фm.

Величина е.р.с. в обмотці нерухомого ротора дорівнює:

Е_2к = 4,44К_об2 f₁W₂Фm,

де К_об1 і К_об2 - коефіцієнти обмотки статора і ротора:

К_об = (0,92...0,96);

де f₂ - частота струму ротора;

f₁ - частота струму статора;

Фm - магнітний потік статора;

W1,W2 - число витків обмотки статора і ротора.

Величина ковзання визначає величину е.р.с. ротора і частоту струму рухомого ротора:

f₂ = f₁ s,

Е₂ = Е_2к s.

Струм фази обмотки ротора визначається за законом Ома:

Е₂                 Е_2к s

I₂ = ------------ = -------------,

    R₂ +(Х₂* s) (R₂/ s) + Х₂

 

де - Е_2к, Х₂ - е.р.с. і індукційний опір обмотки нерухомого ротора, тобто коли f₂ = f₁.

З даного виразу випливає, що в момент пуску, коли s = 1, струм в обмотці ротора і статора (пусковий) найбільший. Великий пусковий струм, викликає падіння напруги U = IпZ, призводе до зниження напруги живлення двигуна та до зменшення обертового моменту, а також до додаткового нагріву машини.

Обертовий момент асинхронного двигуна може бути визначений:

                                 4,44mf₁W₂ФmК_об2I₂cosφ₂

М = ----------------------------------= CФmI₂cosφ₂,

                                                   w

де С - конструктивний коефіцієнт двигуна;

m - число фаз.

Для отримання рівняння механічної характеристики необхідно скористуватись схемою заміщення асинхронного двигуна .

Підставивши значення приведеного струму в рівняння електромагнітного моменту:

      mI R

М_ем = ----------

     s

отримаємо:

 

рm (U_1ф)²R^/₂

М = -------------------------------------------,

                                       2pf₁s[(R₁ + R^/₂/ s)² + (Х₁ + Х^/₂)]

 

де R^/₂ і Х^/₂ - приведені до обмотки статора активний і реактивний опори фази обмотки ротора.

Вказане рівняння є рівняння механічної характеристики М = f( s ).

Спрощений вираз механічної характеристики має вигляд:

2М_к

М = -------------,

s/ s_к + s_к/ s

 

де s_к - критичне ковзання;

М_к - критичний момент;

 

                                  R^/₂                                mpU²₁Ф

s_к =----;  Хк = Х₁ + Х^/₂; Мк = ------------------;

                                 Хк                                   4 p f₁Хк

Робочі характеристики двигуна знімаються при незмінній напрузі живлення і частоті струму мережі.

Розглянемо ці характеристики:

1) залежність s = f(Р₂). Збільшення потужності на валу двигуна Р₂ відповідає зміні гальмівного моменту, а отже збільшенню ковзання;

2) залежність n = f(Р₂) - зовнішня характеристика. З визначення ковзання виходить, що n = n (1 - s), а оскільки із збільшенням потужності Р₂ ковзання росте, випливає що, частота обертання n із збільшенням потужності Р₂ падає незначно;

3) залежність М = f(Р₂). Із збільшенням потужності Р₂ до Р_н обертовий момент, також росте, оскільки частота обертання при цьому змінюється незначно;

4) залежність cosφ₁ = f(Р₂). Оскільки головний магнітний потік і реактивна потужність, яка використовується з мережі, мало залежать від навантаження, слідує, cosφ₁ суттєво змінюється

      Р₁

cosφ₁ = -----------,

         Р₁ + Q₁

при зміні навантаження, оскільки змінюється при цьому активна потужність. При малих навантаженнях, cosφ₁ є досить низьким, тому асинхронні двигуни повинні працювати при номінальному навантаженні.

5)залежність h = f(Р₂):

Р₂           Р₂

h = ------ = -----------.

    Р₁    Р₂ +

де - сумарні втрати двигуна.

Із збільшенням потужності Р₂ к.к.д. буде зростати до номінального значення, а далі за рахунок збільшення змінних втрат (Р_м1, Р_м2) зменшуватися.

Це пояснюється наступним. Споживана активна потужність двигуна дорівнює:

Р₁ = Р₂ + Р_м1 + Р_ст + Р_мех + Р_доп + Р_м2,

де Рм₁, Рм₂ – втрати в міді обмотки статора та ротора;

 

Р_ст - втрати в сталі статора і ротора;

Р_мех - втрати механічні;

Р_доп - втрати додаткові;

Із збільшенням навантаження сума втрат Р_ст + Р_мех + Р_доп практично залишається постійною. ККД двигуна при цьому зростає (при навантаженні від 0 до Р_ном.), потім ККД падає, оскільки втрати в міді зростають пропорційно квадрату струму:

Р_м1 + Р_м2 = (I₁)² R₁ + (I₂)² R₂.

7.3. План роботи

7.3.1. Зібрати схему згідно рис. 7.1.

7.3.2. Дослід неробочого руху.

Увімкніть стенд тумблером “Мережа”, схему лабораторної установки тумблером S2, асинхронний двигун кнопкою S4.

Генератор постійного струму М1 не вмикати (перемички П1 і П2 відсутні, регулятор Латра Т1.1 в положення “0” тумблер S6 відключений).

У цьому режимі вимірюються наступні параметри двигуна:

- потужність неробочого руху;

- струм неробочого руху.

- напруга статора.

По виміряних величинах розраховуються параметри схеми заміщення двигуна в режимі неробочого руху.

7.3.3. Робочі характеристики двигуна і дослід короткого замикання.

Заміряйте параметри асинхронного двигуна:

- фазний струм статора;

- потужність, використовуючи з мережі.

УВАГА! Перед проведенням роботи переконайтеся що всі галетні перемикачі Латрів (Т1, Т1.1, Т1.3) встановлені в поз.“0”. При роботі з однофазними Латрами Т1.1 і Т1.3 не допускається одночасне використання трифазного Латра Т1.

                          Рис. 7.1.

 

Для зняття робочих характеристик встановите перемичку П1. Увімкніть стенд тумблером “Мережа”, схему лабораторної установки тумблером S2, асинхронний двигун кнопкою S4. Тумблером S6 включить ЛАТР Т1.1 і встановіть його регулятор в положення “50” і змінюйте навантаження генератора резистором R1 (положення 1-6) і при необхідності отримання R1 = 0 встановити перемичку П2. Змінюючи        положення регулятора Латра Т1.1 можна збільшувати навантаження на асинхронний двигун, при прослизанні пасика по шківах – зменшить напругу Латра. Дані вимірювань занести в табл. 7.1.

Дослід короткого замикання.

Зафіксуйте рукою шків асинхронного двигуна. (При необхідності встановити який з двигунів є шуканим, зніміть пасік з шківів і запустіть двигун кнопкою). Включить стенд тумблером “Мережа”, схему лабораторної установки тумблером S2, здійсните короткочасний запуск асинхронного двигуна кнопкою S4. Запам'ятати по черзі свідчення приладів і відключити двигун кнопкою S3.

УВАГА! Проведення досвіду вимагає обережності! Шків двигуна при поданій на нього напрузі не відпускати! Час включення двигуна не повинен перевищувати 10 сек. Паузи між експериментами не менше 1 хв. η

                                               Таблиця 7.1.

 

Дослідні данні						Результати розрахунку
Двигун				Генератор
UUдв	IIдв	РPф	nn2	UUг	Iг	ЗР2	ММ	ss	η ηдв	ηг	cosφ1
DВ	FА	ВВт	ооб/хв	ВВ	АА	ВВт	ННм	--	--	--	--

 

За результатами виміру розраховуються та будуються робочі характеристики і характеристика короткого замикання асинхронного двигуна.

7.3.4. Вказівки по визначенню розрахункових величин

7.3.4.1. Потужність, яка підводиться до двигуна

Р₁ = Рw₁ + Рw₂,

де Рw₁ і Рw₂ - показники ватметрів.

7.3.4.2. Потужність на валу двигуна:

   Р_Г       U_ГI_Г

Р₂ = ------ = --------,

h_Г   h_Г

де h_Г - к.к.д. генератора.

7.3.4.3. Обертовий момент на валу двигуна:

Р₂         Р₂

М =-------- = 9,55-------- .

w ₂          n₂

7.3.4.4. Ковзання двигуна:

   n₁ - n₂         60f₁

s = ----------, n₁ = -------.

  n₁              p

7.3.4.5. Ккд двигуна:

   Р₂

h_дв =-------- .

   Р₁

7.3.4.6. Коефіцієнт потужності двигуна:

  Р₁

cos j ₁ = ------------- ,

   U_дв I_дв

де U_дв – лінійна напруга;

 I_дв - лінійний струм статора.

 

7.4. Обробка результатів лабораторної роботи

7.4.1. Побудувати робочі характеристики двигуна.

7.4.2. Побудувати механічну характеристику двигуна:

n₂ = f(М), або s = f(М).

7.5. Контрольні питання

7.5.1. Пристрій асинхронного двигуна і принцип його дії.

7.5.2. Від чого залежить швидкість обертання магнітного поля статора?

7.5.3. Поясніть, чому ротор асинхронного двигуна не може обертатися синхронно з магнітним полем статора?

7.5.4. Що називається ковзанням?

7.5.5. Чому у момент пуску струм статора найбільший?

7.5.6. Які способи зниження пускового струму?

7.5.7. Від яких параметрів залежить момент обертання двигуна?

7.5.8. Як зміниться момент двигуна, що обертає, якщо напруга в мережі знизиться на 10%?

7.5.9. Що таке критичне ковзання?

7.5.10. Пояснити механічну характеристику двигуна.

7.5.11.Які способи регулювання частоти обертання двигуна?

7.5.12. Пояснити робочі характеристики двигуна.

 

8. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 8

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: