Исследование работы 3-х фазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Цель работы:

1. Изучить устройства и принцип действия 3-х фазного асинхронного двигателя с к.з. ротором;

2. Научиться определять начала и концы фаз (обмоток) статора;

3. Научиться соединять обмотки статора в «звезду» и «треугольник» и подключать двигатель к сети с соответствующим напряжением.

В настоящее время асинхронные машины используются в основном в режиме двигателя. Машины мощностью больше 0,5 кВт обычно выполняются трёхфазными, а при меньшей мощности – однофазными.

Впервые конструкция трёхфазного асинхронного двигателя была разработана, создана и опробована нашим русским инженером М. О. Доливо-Добровольским в 1889-91 годах. Демонстрация первых двигателей состоялась на Международной электротехнической выставке во Франкфурте на Майне в сентябре 1891 года. На выставке было представлено три трёхфазных двигателя разной мощности. Самый мощный из них имел мощность 1,5 кВт и использовался для приведения во вращение генератора постоянного тока. Конструкция асинхронного двигателя, предложенная Доливо-Добровольским, оказалась очень удачной и является основным видом конструкции этих двигателей до настоящего времени.

За прошедшие годы асинхронные двигатели нашли очень широкое применение в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Их используют в электроприводе металлорежущих станков, подъёмно-транспортных машин, транспортёров, насосов, вентиляторов. Маломощные двигатели используются в устройствах автоматики.

Широкое применение асинхронных двигателей объясняется их достоинствами по сравнению с другими двигателями: высокая надёжность, возможность работы непосредственно от сети переменного тока, простота обслуживания.

Рис.24. Сердечник статора в сборе

Неподвижная часть машины называется статор, подвижная – ротор. Сердечник статора набирается из листовой электротехнической стали и запрессовывается в станину. На рисунке показан сердечник статора в сборе. Станина (1) выполняется литой, из немагнитного материала. Чаще всего станину выполняют из чугуна или алюминия. На внутренней поверхности листов (2), из которых выполняется сердечник статора, имеются пазы, в которые закладывается трёхфазная обмотка (3). Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже – из алюминия.

Обмотка статора состоит из трёх отдельных частей, называемых фазами. Начала фаз обозначаются буквами c₁,c₂,c₃, концы –c₄,c₅,c₆. Начала и концы фаз выведены на клеммник, закреплённый на станине. Обмотка статора может быть соединена по схеме звезда или треугольник. Выбор схемы соединения обмотки статора зависит от линейного напряжения сети и паспортных данных двигателя. В паспорте трёхфазного двигателя задаются линейные напряжения сети и схема соединения обмотки статора. Например, 660/380, Y/∆. Данный двигатель можно включать в сеть с U_л=660В по схеме звезда или в сеть с U_л=380В – по схеме треугольник.

Основное назначение обмотки статора – создание в машине вращающего магнитного поля.

Рис.25.Расположениеперемычек на клеммовой колодке асинхронного двигателя:а) общий вид; б)соединениеобмоток статора звездой;в) треугольником

Рис.26. Общийвид короткозамкнутой обмотки типа «беличья клетка»

Короткозамкнутая обмотка ротора состоит из стержней 3, которые закладываются в пазы сердечника ротора. С торцов эти стержни замыкаются торцевыми кольцами 4. Такая обмотка напоминает “беличье колесо” и называют её типа “беличьей клетки”. Двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет подвижных контактов. За счёт этого такие двигатели обладают высокой надёжностью. Обмотка ротора выполняется из меди, алюминия, латуни и других материалов.

На щитке машины, закреплённом на станине, приводятся данные: P_н,U_н,I_н,n_н, а также тип машины.

· P_н – это номинальная полезная мощность (на валу)

· U_н и I_н – номинальные значения линейного напряжения и тока для указанной схемы соединения. Например, 380/220, Y/∆, I_нY/I_н∆.

· n_н – номинальная частота вращения в об/мин.

Тип машины, например, задан в виде 4AH315S8. Это асинхронный двигатель (А) четвёртой серии защищённого исполнения. Если буква Н отсутствует, то двигатель закрытого исполнения.

· 315 – высота оси вращения в мм;

· S – установочные размеры (они задаются в справочнике);

· 8 – число полюсов машины.

Условия получения вращающегося магнитного поля:

1. наличие не менее двух обмоток;

2. токи в обмотках должны отличаться по фазе

3. оси обмоток должны быть смещены в пространстве.

В трёхфазной машине при одной паре полюсов (p=1) оси обмоток должны быть смещены в пространстве на угол 120°, при двух парах полюсов (p=2) оси обмоток должны быть смещены в пространстве на угол 60° и т.д.

Асинхронная машина может работать в режимах двигателя, генератора и электромагнитного тормоза. Режим двигателя. Этот режим служит для преобразования потребляемой из сети электрической энергии в механическую. Пусть обмотка статора создаёт магнитное поле, вращающееся с частотой n₀ в определенном направлении. Это поле будет наводить согласно закону электромагнитной индукции в обмотке ротора ЭДС. Направление ЭДС определяется по правилу правой руки (силовые линии должны входить в ладонь, а большой палец нужно направить по направлению движения проводника, т.е. ротора, относительно магнитного поля). В обмотке ротора появится ток, направление которого примем совпадающим с направлением ЭДС. В результате взаимодействия обмотки ротора с током и вращающегося магнитного поля возникает электромагнитная сила F. Направление силы определяется по правилу левой руки (силовые линии должны входить в ладонь, четыре пальца – по направлению тока в обмотке ротора). В данном режиме электромагнитная сила создаст вращающий момент, под действием которого ротор начнёт вращаться с частотой n. Направление вращения ротора совпадает с направлением вращения магнитного поля. Чтобы изменить направление вращения ротора (реверсировать двигатель), нужно изменить направление вращения магнитного поля. Для реверса двигателя нужно изменить порядок чередования фаз подведённого напряжения, т.е. переключить две фазы.

Пусть под действием электромагнитного момента ротор начал вращаться с частотой вращения магнитного поля (n=n₀). При этом в обмотке ротора ЭДС E₂ будет равна нулю. Ток в обмотке ротора I₂=0, электромагнитный момент M тоже станет равным нулю. За счёт этого ротор станет вращаться медленнее, в обмотке ротора появится ЭДС, ток. Возникнет электромагнитный момент. Таким образом, в режиме двигателя ротор будет вращаться несинхронно с магнитным полем. Частота вращения ротора будет изменяться при изменении нагрузки на валу. Отсюда появилось название двигателя – асинхронный (несинхронный). При увеличении нагрузки на валу двигатель должен развивать больший вращающий момент, а это происходит при снижении частоты вращения ротора. В отличие от частоты вращения ротора частота вращения магнитного поля не зависит от нагрузки. Для сравнения частоты вращения магнитного поля n₀ и ротора n ввели коэффициент, который назвали скольжением и обозначили буквой S. Скольжение может измеряться в относительных единицах и в процентах.S=(n₀−n)/n₀ или S=[(n₀−n)/n₀]100%.

При пуске в ход асинхронного двигателя n=0,S=1. В режиме идеального холостого хода n=n₀,S=0.

Таким образом, в режиме двигателя скольжение изменяется в пределах:0<S≤1.При работе асинхронных двигателей в номинальном режиме:S_н=(2÷5)%.В режиме реального холостого хода асинхронных двигателей:S_хх=(0,2÷0,7)%.

Приборы и оборудование.Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, авометр, контрольная лампа трехполюсный реверсивный выключатель, тормозное устройство. Измерительные приборы выберите в соответствии с паспортными данными двигателя.

Порядок работы:

1. Изучить паспорт асинхронного двигателя и записать необходимые данные в таблицу наблюдений;

2. Руководствуясь схемой рис.27 с помощью контрольной лампочки и источника ~ 220В в сети определить принадлежность выводов к соответствующим обмоткам статора и ориентировочно повесить бирки с обозначением начал и концов фаз.

Рис. 27

3. Руководствуясь схемой рис. 28 с помощью той же лампочки и источника точно определить начала и концы фаз (обмоток) и при необходимости поменять соответствующие бирки.

Рис.28

Начала и концы определяют так:

Ø Если в исследуемых обмотках действительно соединены их концы, то лампочка не горит; если же лампочка загорается, значит, соединены начало и конец обмоток и бирки в одной из обмоток надо поменять местами. (Установите причину этого явления).

Примечание :

Ø В каждой из 3-х схем рис. 28 обмотка с лампочкой является, как бы, контрольной, а две другие исследуемыми.

4. Соединить обмотки статора в «звезду» по схеме рис.29 и с разрешения преподавателяподключить к 3-х фазной сети с соответствующим напряжением. Записать значения токов и .