ИССЛЕДОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 5Следующая ⇒

Ц е л ь р а б о т ы – ознакомиться с конструкцией асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, его пуском в ход; изучить методику определения скольжения; снять рабочие характеристики двигателя [ 1, с. 29 – 32, с. 462 – 466; 2, с. 358 – 367, с. 566 – 568, с. 533].

Основные теоретические положения

Наиболее широкое применение в качестве привода в современных электрических установках имеет асинхронная машина (АМ) переменного тока. Она является обратимой и используется как преобразователь электрической энергии в механическую и наоборот, а также в качестве преобразователя частоты. Наибольшее применение имеют асинхронные двигатели (АД). Основными элементами АМ являются статор и ротор. Обмотка статора выполняется трех –, двух – и однофазной в зависимости от типа машины.

В трехфазной машине фазные обмотки укладываются со сдвигом на 120^о в пространстве, и при питании симметричным трехфазным напряжением они создают вращающееся магнитное поле.

Частота вращения поля статора (синхронная) где –частота тока сети; –число пар полюсов машины.

При =50 Гц имеем ряд синхронных частот вращения (табл. 3).

Таблица 3

Соотношение между числом пар полюсов и синхронной частотой вращения поля

Принцип действия АД заключается в следующем: при включении обмотки статора АД в трехфазную сеть создается вращающееся магнитное поле, индуктирующее в обмотке ротора ЭДС, под действием которой в замкнутом контуре обмотки ротора начнут протекать токи; последние, взаимодействуя с магнитным полем, создают электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение вслед за вращением поля.

Ротор может достигнуть синхронной частоты вращения, так как в этом случае отсутствовало бы пересечение обмотки статора с линиями поля, исчезли бы ЭДС, токи ротора и электромагнитный момент. Частота вращения ротора.

Следовательно, вращение АД возможно только при, т.е. при синхронном вращении ротора. ЭДС вращающего относится к ЭДС неподвижного ротора

, отсюда и, где – частота ЭДС и

тока ротора.

Величина называется скольжением ротора относительно вращающего поля и характеризует степень отстаивания ротора от вращающегося поля статора. Скольжение АД может меняться в пределах от 0 до 1 (100%). При =0 режим называется идеальным холостым ходом машины, а при =1 – режимом короткого замыкания. Короткое замыкание может быть получено при подаче пониженного напряжения на статорную обмотку и заторможенном роторе.

Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называется номинальным. Для двигателя нормального исполнения мощностью от 1 до

1000 кВт номинальное скольжение составляет (0, 02 – 0, 07). На щитке двигателя указывает номинальная частота вращения ротора. Эта величина дает возможность определить синхронную частоту вращения, номинальное скольжение, а также число полюсов обмотки статора. На щитке двигателя указывается также номинальное напряжение и способ соединения обмоток статора. Этими данными необходимо воспользоваться при сборке схемы двигателя.

АМ работает в режиме двигателя при. Реже используется генераторный режим (скольжение находится в пределах от 0 до – ). Третий возможный режим АМ – электромагнитный тормоз (скольжение измеряется от 1 до + ). Двигательный режим АМ применяется наиболее часто.

АД конструктивно выполняются в двух вариантах: с короткозамкнутым (рис.11) и фазным ротором (рис. 14).

В трехфазном АД обмотки статора соединяются по схеме «звезда» и «треугольник» в зависимости от напряжения питающей сети.

Электромагнитный момент АД создается взаимодействием тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем, где – машинная постоянная; – магнитный поток; – ток ротора; – угол между и. Он пропорционален электромагнитной мощности и в конечном итоге может быть рассчитан по следующей формуле:

(2)

где – число фаз статора; – число пар полюсов обмотки статора; –

напряжение сети, В; – соответственно активное сопротивление статора и приведенное сопротивление ротора, Ом; – реактивное сопротивления статора и ротора, Ом.

Зависимость называется механической характеристикой двигателя

и имеет вид, приведенный на рис. 8.

На этой характеристике можно указать соответствующее определенному режиму двигателя точки: 0 – идеальный холостой ход двигателя, достигается при вращении ротора вспомогательным двигателем с частотой вращения; С – номинальный; А – критический момент (момент опрокидывания) двигателя. При этом скольжение называется критическим, а двигатель развивает максимальный момент. Малейшее увеличение нагрузки на валу двигателя выше критической приводит к режиму короткого замыкания и переходу по характеристике к точке В. Точка В – момент пуска двигателя. Отношение максимального момента к номинальному называется перегрузочной

способностью и для двигателя общего применения лежит в пределах

Анализ механической характеристики показывает, что устойчивая работа АД возможна при скольжении.

Электромагнитный момент двигателя пропорционален квадрату приложенного напряжения к статору. В то время величина критического скольжения не зависит от напряжения. Это дает возможность построить

характеристики для различных значений напряжения (рис. 9), из которых следует, что колебание напряжения сети сопровождается не только изменением момента, но и изменением частоты вращения ротора, так как изменяется и величина скольжения. При заметном уменьшении напряжения

(до 30%) момент двигателя уменьшается более чем вдвое. Это приводит к тому, что двигатель не в состоянии работать при номинальной нагрузке на валу.

Рис. 8

Рис. 9

Рис. 10

Свойства АД характеризуются его рабочими характеристиками (рис. 10), ,

, , , при, которые снимаются при условии, что

и могут быть получены расчетным и опытным путем. В лабораторных условиях они снимаются на установке, где двигатель нагружают с помощью нагрузочного генератора. Для двигателей средней и большой мощности рабочие характеристики можно построить по круговой диаграмме.

При снятии рабочих характеристик необходимо измерить частоту вращения ротора. Существует несколько методов измерения:

1) с использованием тахометра;

2) с использованием тахогенераторов;

3) измерением скольжения. Последний способ позволяет с высокой

точностью определить по формуле: .

Для определения скольжения используют различные способы.

Стробоскопический метод, примененный в данной работе, заключается в том, что в ходе эксперимента измеряется частота скольжения. На валу двигателя укрепляется диск, разделенный на одинаковые темные и светлые секторы. При этом число темных секторов должно быть равно числу полюсов. Если этот вращающийся диск осветить неоновой лампой, получающей питание от той же сети переменного тока, что и двигатель, то будет наблюдаться вращение диска с частотой, равной отставанию ротора от магнитного поля статора. Причиной такого явления можно считать то, что газосветная лампа мерцает с частотой сети, вспыхивая каждый раз при переходе напряжения через максимум, т.е. 100 раз в секунду. Если двигатель четырехполюсный, то частота вращения поля статора

об/мин.

За 1/100 секунды двигатель делает оборота. Если бы ротор вращался с частотой вращения, то в период вспышки лампы темные секторы замещались бы один другим и мнимое изображение казалось бы неподвижным. Однако ротор не успевает за 1/100 секунды повернуться на ¼ оборота. Таким образом, будет казаться, что изображение секторов вращается в обратную сторону с частотой вращения. Подсчитав за некоторый промежуток времени число оборотов какого – либо сектора, можно определить