Исследование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

ЦЕЛИ РАБОТЫ

1. Изучение устройства, принципа действия и назначения асинхронного двигателя.

2. Исследование поведения трехфазного короткозамкнутого асинхронного двигателя в режиме холостого хода и под нагрузкой.

3. Снятие рабочих характеристик асинхронного двигателя.

 

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К РАБОТЕ

 

Трёхфазный асинхронный двигатель

Бесколлекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме магнитное поле, участвующее в основном процессе преобразования энергии, и ротор вращаются с разными частотами, называется асинхронной.

В промышленных электроустановках наибольшее распространение получили трехфазные асинхронные двигатели
(рис. 10.1), работа которых основана на использовании вращающегося магнитного поля статора.

 

Рис. 10.1. Электрическая схема цепи ротора фазного двигателя

1- обмотка; 2 - кольца; 3 - щетки; 4 - реостат

 

Асинхронная машина состоит из неподвижного статора и вращающегося внутри него ротора. Между статором и ротором имеется воздушный зазор, величина которого зависит от номинальной мощности машины и ее быстроходности.

Статор содержит наружную часть, станину, внутрь которой запрессован сердечник, и подшипниковые щиты. Станина с подшипниковыми щитами образуют корпус машины, который может быть стальным, чугунным, а при небольшой мощности из алюминиевого сплава.

Для уменьшения потерь сердечник статора, как и трансформатора, собран из тонких листов электротехнической стали, изолированных слоем лака. Сердечник представляет собой полый цилиндр с продольными внутренними пазами, в которых уложена обмотка.

В зависимости от конструкции ротора различают машины с короткозамкнутым и фазным роторами. У машины с короткозамкнутым ротором обмотка выполняется в виде короткозамкнутой обмотки или клетки. При изготовлении ротора пазы часто заливают алюминием с одновременной отливкой замыкающих обмотку колец и лопаток вентилятора. У машины с фазным ротором обмотка 1 выполняется разомкнутой. Концы обмоток соединены в одну точку, а их начала (P1, Р2, Р3) электрически подключены (будучи изолированы от вала) к трем контактным кольцам 2, находящимся на изоляционной втулке вала машины. На кольца накладывают щетки 3, к которым присоединяют пусковой или регулировочный реостат.

Принцип действия асинхронного двигателя заключается в следующем. При подключении к трехфазной сети обмотки статора создается вращающееся магнитное поле, пересекающее обмотки статора и ротора и индуктирующее в них синусоидальные э.д.с. Под действием э.д.с. появляется ток в обмотке ротора, который, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем статора, создает на валу электромагнитный момент.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1. По конспекту лекций изучите устройство, принцип действия и характеристики трехфазного асинхронного двигателя.

2. Ознакомьтесь с лабораторной установкой, принципиальная электрическая схема которой приведена на рис. 10.2.

При нажатии кнопки «ПУСК» переменное трехфазное напряжение через соответствующие предохранители и замкнутые контакты КМ2 магнитного пускателя КМ поступает к выводам С1, С2 и С3 трехфазной обмотки статора двигателя, соединенной по схеме «звезда». Для измерения необходимых параметров двигателя включены соответственно вольтметр, миллиамперметр и ваттметр.

Вал 1 трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором эластичной муфтой 2 соединен с валом 3 измерительно-нагрузочного устройства, состоящего из электромагнитного тормоза и моментомера.

Электромагнитный тормоз состоит из алюминиевого диска 4, жестко закрепленного на валу 3, обмоток возбуждения 5 электромагнитного тормоза, установленных на другом диске 6, которые с помощью подшипника также установлены на валу 3. Обмотки возбуждения 5 подключаются к источнику постоянного напряжения 7, величину которого можно плавно изменять с помощью автотрансформатора 8. Автотрансформатор 8 и выпрямительное устройство 7 включаются соответственно тумблерами Т1 и Т2.

Электромагнитный тормоз предназначен для создания переменной механической нагрузки вала асинхронного двигателя тормозным моментом Мг.

Моментомер конструктивно совмещен с электромагнитным тормозом. К нижней части диска 6 прикреплен груз 9. К верхней части диска 6 прикреплена стрелка, которая при повороте диска 6 перемещается около неподвижной шкалы 10 моментомера. Моментомер предназначен для измерения вращающего момента Мг асинхронного двигателя.

Для измерения частоты вращения вала двигателя n2 служит строботахометр 11. Он представляет собой ламповый генератор регулируемой частоты, питающий осветительную лампу, и имеющий шкалу, градуированную в числах оборотов в минуту. Частота вращения вала измеряется бесконтактным способом, для чего алюминиевый диск 4 освещается прерывистым светом лампы. Если число оборотов диска (вала двигателя) и число вспышек лампы равны между собой, то диск кажется неподвижным. Если частота вспышек лампы больше или меньше, чем число оборотов диска, то диск представляется наблюдателю вращающимся в ту или иную сторону. Для удобства отсчета на диске наносится точка или черта.

 

 

Рис. 10.2. Схема лабораторной установки

 

Шкала частоты импульсов в приборе имеет три диапазона:
300-1200, 1200-6000, 6000-30000 об/мин. Отсчет следует производить на втором диапазоне. Переход с одного диапазона на другой осуществляется переключателем (справа). Точность измерения ±1 %.

Запишите технические данные приборов, используемых в работе в табл. 10.1.

 

Таблица 10.1

Технические характеристики приборов

Наименование прибора Система прибора Класс точности Пределы измерений Цена деления
         

 

3. Соберите схему для испытания асинхронного двигателя
(см. рис. 10.2) и дайте проверить ее преподавателю.

4. Осуществите запуск электродвигателя, нажав кнопку «ПУСК». При выключенных тумблерах Т1 и Т2 (режим холостого хода) снять показания приборов, включенных в цепь двигателя и записать их в табл. 10.2.

 

Таблица 10.2

Результаты исследований

Опытные данные Расчетные данные
, А , В , Вт , дел. , об/мин , В , Н м , В , % , %
                   
                   
                   
                   
                   
                   
                   

 

Примечание. В табл. 10.2 I1, U1 - линейные ток и напряжение;
Pф - активная мощность одной фазы (показания ваттметра); m - число делений тормоза моментомера.

5. Исследуйте работу двигателя при различной нагрузке. При включении тумблеров Т1 и Т2 электромагнитный тормоз развивает тормозной момент, противодействующий моменту электродвигателя, чем и осуществляет его нагрузку. Плавно с помощью автотрансформатора изменить режим работы тормоза моментомера (от 0 до 12 делений). Данные опыта записать в табл. 10.2.

Измерьте критический момент двигателя Mkp, для этого продолжайте плавно увеличивать нагрузку до тех пор, пока двигатель не остановиться. Максимальное число делений, на которое отклониться стрелка моментомера и будет соответствовать кри­тическому моменту. Запишите величину критического момента в ньютонах под табл. 10.2, в виде примечания.

6. Произведите обработку результатов измерений, используя следующие расчетные формулы:

а) активная мощность, потребляемая электродвигателем

 

;

б) момент, развиваемый двигателем

;

в) полезная мощность двигателя, развиваемая на валу

;

г) частота вращения поля статора

;

где f=50 Гц - частота сети; p=2 - число пар полюсов обмотки статора;

 

д) скольжение

;

 

е) коэффициент полезного действия

;

ж) коэффициент мощности

.

7. Покажите руководителю результаты опытов и расчетов. По указанию руководителя, если не требуется повторение опытов, разберите схему, приведите в порядок рабочее место.

8. Составьте отчет по работе. Отчет должен содержать следующие основные разделы:

- цели работы;

- схему испытаний (рис. 10.2);

- технические характеристики приборов (табл. 10.1);

- таблицу измерений;

- расчетные формулы и таблицу расчетных данных;

- рабочие характеристики двигателя:

;

;

;

;

;

- выводы.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

 

1. Объясните устройство и принцип действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым и фазным роторами.

2. Какие электродвижущие силы индуктируются в обмотках статора и ротора?

3. Объясните, что такое намагничивающие силы обмоток статора и ротора?

4. Постройте векторную диаграмму асинхронного двигателя при нагрузке.

5. Постройте рабочие и механическую характеристики асинхронного двигателя и дайте пояснения к ним.

6. Начертите и объясните схему замещения асинхронного двигателя.

7. Постройте энергетическую диаграмму асинхронного двигателя.

8. Какие существуют методы пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным роторами?

9. Как регулируется частота вращения асинхронного двигателя?

10. Как осуществляется электрическое торможение асинхронных двигателей.

11. Как изменить направление вращения асинхронного двигателя?

 


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11