Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Создание вращающегося магнитного поля
Если три катушки, расположенные по окружности под углом 120° друг относительно друга, включить в трехфазную сеть переменного тока, а в центре этой окружности поместить магнитную стрелку на оси, то стрелка придет во вращение. Следовательно, эти три катушки создают вращающееся магнитное поле. Необходимым условием получения вращающегося магнитного поля является: 1. наличие не менее двух обмоток; 2. токи в обмотках должны отличаться по фазе; 3. оси обмоток должны быть смещены в пространстве.
Рис. 9.4 Скорость вращения магнитного поля обратно пропорциональна числу пар полюсов. (об/мин) 9.1 где ƒ — частота переменного тока в Гц, а коэффициент 60 появился из-за того, что п1 принято измерять в оборотах в минуту. Рис. 9.5 Электромагнитные состояния трехфазной обмотки статора
Поскольку число пар полюсов может быть только целым, то скорость вращения магнитного поля может принимать не произвольные, а только определенные значения; степень отставания ротора от магнитного поля, выраженная в процентах, называется скольжением s (9.2). 9.2 Скольжение асинхронного двигателя при номинальной нагрузке обычно составляет 3-7 %. При увеличении нагрузки скольжение увеличивается, и двигатель может остановиться. Вращающий момент М асинхронного двигателя создается благодаря взаимодействию магнитного потока поля статора Ф с индуцированным в обмотке ротора током I2, поэтому величина его пропорциональна произведению I2Ф. Двигатель будет работать устойчиво с постоянной скоростью ротора при равновесии моментов, т.е. тогда, когда вращающий момент Мвр равен тормозному моменту на валу двигателя M mop: Мвр = M mop 9.3 Любой нагрузке машины соответствует определенное число оборотов ротора п2 и определенное скольжение S. Обратите внимание, что частота вращения магнитного поля не зависит от режима работы асинхронной машины и её нагрузки. При анализе работы асинхронной машины часто используют понятие о скорости вращения магнитного поля ω 0, которая определяется соотношением: (рад/сек) 9.4 Механическая характеристика асинхронного двигателя Под механической характеристикой принято понимать зависимость частоты вращения ротора в функции от электромагнитного момента n = f(M). Эту характеристику (рис. 9.6) можно получить, используя зависимость M = f(S) и пересчитав частоту вращения ротора при разных значениях скольжения. Так как S = (n0 - n) / n0, отсюда n = n0(1 - S). Напомним, что n0 = (60 f) / p – частота вращения магнитного поля. Участок 1-3 соответствует устойчивой работе, участок 3-4 – неустойчивой работе. Рис. 9.6 Точка 1 соответствует идеальному холостому ходу двигателя, когда n = n0. Точка 2 соответствует номинальному режиму работы двигателя, ее координаты Мн и nн. Точка 3 соответствует критическому моменту Мкр и критической частоте вращения nкр. Точка 4 соответствует пусковому моменту двигателя Мпуск. Механическую характеристику можно рассчитать и построить по паспортным данным. Точка 1: n0 = (60 f) / p, где: р – число пар полюсов машины; f – частота сети. Точка 2 с координатами nн и Мн. Номинальная частота вращения nн задается в паспорте. Номинальный момент рассчитывается по формуле: 9.5 здесь: Рн – номинальная мощность (мощность на валу). Точка 3 с координатами Мкр nкр. Критический момент рассчитывается по формуле Мкр = Мн λ. Перегрузочная способность λ задается в паспорте двигателя nкр = n0 (1 - Sкр), , Sн = (n0 - nн) / n0 – номинальное скольжение. Точка 4 имеет координаты n=0 и М=Мпуск. Пусковой момент вычисляют по формуле Мпуск = Мн λ пуск, где: λ пуск – кратность пускового момента задается в паспорте. Асинхронные двигатели имеют жесткую механическую характеристику, т.к. частота вращения ротора (участок 1–3) мало зависит от нагрузки на валу. Это одно из достоинств этих двигателей.
Экспериментальная часть Задание 1 Пуск в ход трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с регистрацией и отображением режимных параметров на компьютере
Описание электрических схем соединений Источник G1 - источник синусоидального напряжения промышленной частоты. Источник питания G2 двигателя постоянного тока используется для питания нерегулируемым напряжением обмотки возбуждения машины постоянного тока G4, работающей в режиме генератора с независимым возбуждением и выступающей в качестве нагрузочной машины. Преобразователь угловых перемещений G5 генерирует импульсы, поступающие на вход указателя частоты вращения Р3 электромашинного агрегата. Испытуемый асинхронный двигатель М1 получает питание через выключатель А6 и трехфазную трансформаторную группу А2 от трехфазного источника G1. Выключатель А8 служит для закорачивания реактора А14 при реакторном пуске двигателя М1 с короткозамкнутым ротором либо – реостата А9 при двухступенчатом пуске двигателя М1 с фазным ротором. Датчики тока и напряжения в блоке А12 обеспечивают гальваническую развязку силовой и измерительной цепей и преобразуют ток и напряжение статорной обмотки испытуемого двигателя М1 в пропорциональные им нормированные напряжения. Через аналоговые входы АСН0-АСН8, АСН1-АСН9, АСН2-АСН10, АСН3-АСН11 коннектора А4 напряжения, пропорциональные току и напряжениям статорной обмотки, а также частоте вращения испытуемого двигателя М1, вводятся в компьютер А5.
Рис. 9.7 Электрическая схема соединений (продолжение рис. 9.7)
Указания по проведению эксперимента
· Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания. · Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока. · Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом " РЕ" трехфазного источника питания G1. · Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений (вариант 1 для пуска двигателя с короткозамкнутым ротором) · Переключатели режима работы источника G2 и выключателей А6, А8 установите в положение «РУЧН.». · Установите в каждой фазе активной нагрузки А10 ее суммарную величину равную, например, 100 %. · Установите в каждой фазе реостата А9 сопротивление, например, 18 Ом (при пуске двигателя с фазным ротором). · В трехфазной трансформаторной группе А2 переключателем установите желаемое номинальное вторичное напряжение трансформатора, например, 133 В. · Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А5 и запустите прикладную программу «Регистратор режимных параметров машины переменного тока». · Включите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте. · Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки. · Вращением рукоятки на передней панели источника G2 установите напряжение, например, 100 В на его регулируемом выходе «ЯКОРЬ». · Нажмите на виртуальную кнопку «Запустить» на экране компьютера. · Нажмите последовательно кнопки «ВКЛ.» источника G2, выключателя А6 и спустя, например, 2 с выключателя А8 и затем не позднее, чем через 10 с, остановите сканирование данных регистратором нажатием на виртуальную кнопку «Остановить». В результате должен осуществиться двухступенчатый пуск нагруженного асинхронного двигателя М1 и должны записаться в компьютер данные о режимных параметрах на интервале пуска. · Остановите запись процессов, нажав на виртуальную кнопку «Остановить». · Нажмите кнопку «ОТКЛ.» источника G1. · Отключите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте. · Используя возможности программы «Регистратор режимных параметров машины переменного тока», проанализируйте отображенные на мониторе компьютера механическую характеристику и временные зависимости тока статорной обмотки, электромагнитного момента, частоты вращения асинхронного двигателя при пуске его в ход.
Задание 2 Снятие и определение характеристик холостого хода I0=f(U), Р0=f(U), cosφ 0=f(U) трехфазного асинхронного двигателя
Перечень аппаратуры Таблица 9.2
Рис. 9.8 Продолжение (таблица 9.3)
Описание электрической схемы соединений Источник G1 - источник синусоидального напряжения промышленной частоты. Преобразователь угловых перемещений G5 генерирует импульсы, поступающие на вход указателя частоты вращения Р3 электромашинного агрегата. Испытуемый асинхронный двигатель М1 получает питание через выключатель А6 и трехфазные трансформаторные группы А2, А7 от трехфазного источника питания G1. Линейный реактор А14 служит для дополнительного понижения напряжения, подводимого к испытуемому двигателю М1. С помощью мультиметров блока Р1 контролируются ток статорной обмотки и линейное напряжение испытуемого двигателя М1. С помощью измерителя Р2 контролируются активная и реактивная мощности, потребляемые одной фазой испытуемого двигателя М1.
Указания по проведению эксперимента · Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания. · Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока. · Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом " РЕ" трехфазного источника питания G1. · Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений. · Переключатели режима работы выключателей А6 и А8 установите в положение " РУЧН.". · В трехфазных трансформаторных группах А2 и А7 установите номинальные вторичные напряжения трансформаторов 127 В и 127 В. · Включите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте. · Активизируйте мультиметры блока Р1, задействованные в эксперименте. · Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки. · Пустите двигатель М1 нажатием кнопки «ВКЛ.» выключателя А6. · Меняя положение регулировочных рукояток трехфазных трансформаторных групп А2 и А7, варьируйте подводимое к двигателю М1 линейное напряжение U в диапазоне 100…250 В и заносите показания вольтметра Р1.1 (напряжение U ), амперметра Р1.2 (фазный ток I0 двигателя М1), а также ваттметра и варметра измерителя Р2 (активная P01 и реактивная Q01 мощности, потребляемые одной фазой двигателя М1) в таблицу 9.3. Таблица 9.4
· Отключите источник G1. · Отключите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте. · Используя данные таблицы 9.3, вычислите соответствующие напряжению U полные активную Р0и реактивную Q0 мощности, потребляемые двигателем М1, по формулам: Р0=3∙ Р01, Q0=3∙ Q01 9.6 и занесите их в таблицу 9.4.
Таблица 9.5
· Используя данные таблицы 9.4, вычислите соответствующие напряжению U значения коэффициента мощности по формуле 9.7
и занесите полученные результаты в таблицу 9.5. Таблица 9.6
· При необходимости большей вариативности значений напряжения U, повторите эксперимент при закороченном линейном реакторе А14. · Используя данные таблиц 9.4 и 9.5 постройте искомые характеристики холостого хода I0=f(U), Р0=f(U), cosφ 0=f(U) трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Задание 3 Снятие и определение характеристик короткого замыкания - Электрическая схема соединений - Перечень аппаратуры - Описание электрической схемы соединений - Указания по проведению эксперимента
Рис. 9.9
Перечень аппаратуры Таблица 9.7
Описание электрической схемы соединений Источник G1 - источник синусоидального напряжения промышленной частоты. Преобразователь угловых перемещений G5 генерирует импульсы, поступающие на вход указателя частоты вращения Р3 электромашинного агрегата. Испытуемый асинхронный двигатель М1 получает питание через выключатель А6 и трехфазные трансформаторные группы А2, А7 от трехфазного источника питания G1. С помощью мультиметров блока Р1 контролируются ток и напряжение статорной обмотки испытуемого двигателя М1. С помощью измерителя Р2 контролируются активная и реактивная мощности, потребляемые испытуемым двигателем М1.
Указания по проведению эксперимента · Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания. · Снимите кожух, закрывающий муфту, соединяющую вал машины постоянного тока М2 с валом двигателя М1, и закрепите на ней стопорное устройство. · Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока. · Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом " РЕ" трехфазного источника питания G1. · Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений. · Переключатели режима работы источника G2 и выключателя А6 установите в положение " РУЧН.". · В трехфазных трансформаторных группах А2 и А7 переключателем установите номинальные вторичные напряжения трансформаторов 242 В. · Включите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте. · Активизируйте мультиметры блока Р1, задействованные в эксперименте. · Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки. · Нажатием кнопки «ВКЛ.» выключателя А6 подключите двигатель М1 к электрической сети. · Быстро (менее чем за 10 с) считайте и занесите в таблицу 9.7 показания вольтметра Р1.1 (линейное напряжение U двигателя М1), амперметра Р1.2 (ток IК статорной обмотки двигателя М1), а также ваттметра измерителя Р2 (активная PК1 мощность, потребляемая одной фазой двигателя М1) и сразу после этого нажатием кнопки «ОТКЛ» выключателя А6 отключите двигатель М1 от электрической сети. · Повторите необходимое количество раз процедуру подключения двигателя М1 к электрической сети, считывания показаний измерительных приборов и отключения двигателя М1 от электрической сети при различных более низких номинальных вторичных напряжениях трансформаторов групп А2 и А7. Таблица 9.8
· Отключите источник G1. · Отключите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте. · При необходимости большей вариативности значений линейного напряжения повторите эксперимент с соединением вторичных обмоток трансформаторов группы А7 по схеме «звезда». · Используя данные таблицы 9.7, вычислите соответствующие напряжению U значения полной активной мощности PК, потребляемой двигателем М1, и полного его сопротивления короткого замыкания ZK по формулам PК= 3PК1, ZK=U/ IК. 9.8 Полученные результаты занесите в таблицу 9.8. Таблица 9.9
· Используя данные таблиц 9.7 и 9.8 постройте искомые характеристики короткого замыкания IК=f(U), РК=f(U), ZK=f(U) трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Заданием 4 Определение механической характеристики n=f(M) - Электрическая схема соединений - Перечень аппаратуры - Описание электрической схемы соединений - Указания по проведению эксперимента Перечень аппаратуры Таблица 9.10
Рис. 9.10
Описание электрической схемы соединений Источник G1 - источник синусоидального напряжения промышленной частоты. Источник питания G2 двигателя постоянного тока используется для питания нерегулируемым напряжением обмотки возбуждения машины постоянного тока G4, работающей в режиме генератора с независимым возбуждением и выступающей в качестве нагрузочной машины. Преобразователь угловых перемещений G5 генерирует импульсы, поступающие на вход указателя частоты вращения Р3 электромашинного агрегата. Испытуемый асинхронный двигатель М1 получает питание через выключатель А6 и трехфазную трансформаторную группу А2 от трехфазного источника питания G1. Реостат А9 служит для вывода энергии скольжения при испытании двигателя М1 с фазным ротором. Активная нагрузка А10 используется для нагружения генератора G4. С помощью мультиметра блока Р1 контролируется ток статорной обмотки испытуемого двигателя М1. С помощью измерителя Р2 контролируются активная мощность, потребляемая испытуемым двигателем М1.
Указания по проведению эксперимента · Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания. · Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока. · Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом " РЕ" трехфазного источника питания G1. · Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений. · Переключатели режима работы источника G2 и выключателя А6 установите в положение " РУЧН.". · Регулировочные рукоятки реостата А9 поверните против часовой стрелки до упора (при снятии механической характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором ). · Установите суммарное сопротивление каждой фазы реостата А9, например, 20 Ом (при снятии механической характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором ). · Регулировочную рукоятку источника G2 поверните до упора против часовой стрелки, а регулировочные рукоятки активной нагрузки А10 - по часовой стрелке. · Установите переключателем в трехфазной трансформаторной группе А2 номинальные напряжения вторичных обмоток трансформаторов, например, 127 В. · Включите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте. · Активизируйте мультиметры блока Р1, задействованные в эксперименте. · Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки. · Пустите двигатель М1 нажатием кнопки «ВКЛ.» выключателя А6. · Нажмите кнопку " ВКЛ." источника G2. · Вращая регулировочную рукоятку источника G2, изменяйте ток I статорной обмотки двигателя М1 и заносите показания амперметра Р1.1 (ток I ), ваттметра измерителя мощностей Р2 (активная мощность P фазы двигателя М1) и указателя Р3 (частота вращения n двигателя М1) в таблицу 9.11. Таблица 9.110
· По завершении эксперимента отключите выключатель А6 и источник G1. · Выключите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте. · Вычислите электромагнитный момент М двигателя М1 для каждого значения тока Iиз табл. 9.11. по формуле H.м 9.9 и занесите его в таблицу 9.12. Таблица 9.12
· Используя данные таблицы 9.12 постройте искомую механическую характеристику Контрольные вопросы: 1.На каком принципе основана работа асинхронного двигателя? 2.Перечислите основные части асинхронной машины. 3.Какие условия необходимы для создания вращающегося магнитного поля? 4.От каких параметров зависит скорость вращения магнитного поля? 5.Что называется скольжением асинхронного двигателя? 6.Асинхронный двигатель будет работать устойчиво с постоянной скоростью при условии? 7.Что называется механической характеристикой асинхронного двигателя? 8. Асинхронные двигатели имеют жесткую механическую характеристику это значит?
Лабораторная работа № 10 Испытание генератора постоянного тока
Цель работы: Испытание генератора постоянного тока при различных способах возбуждения. Перечень аппаратуры (таблица 1). Таблица 10.1
Краткая теория |
Последнее изменение этой страницы: 2017-05-11; Просмотров: 2841; Нарушение авторского права страницы