Исследование работы асинхронного двигателя

С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Ознакомление со схемой эксперимента и снятие паспортных данных исследуемого оборудования.

2. Снизить напряжение при помощи регулятора напряжения равным U=0.5U_н пустить асинхронный двигатель в ход.

3. Возбудить нагрузочный генератор.

4. Изменяя нагрузку генератора снять показания приборов: I сети, P сети, cosφ, n, U_г, I_n при напряжении на асинхронном двигателе равном: 0.5U_н; 0.75U_н; U_н. Показания приборов записать в таблицу 1.

5. Рассчитать и построить зависимости: n, cosφ, s, КПД=f(M).

6. Построенные кривые сравнить с теоретическими.

7. Обработка результатов исследований и оформление отчета.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

Из курса «Электрические машины» известно, что момент, развиваемый асинхронным электродвигателем пропорционален квадрату приложенного напряжения:

. (3.1)

Для нахождения максимального момента берем производную и приравниваем ее к нулю; опуская процесс дифференцирования и последующие преобразования, найдем конечный результат этого решения:

. (3.2)

Поскольку в асинхронных двигателях , то можем пренебречь r₁, и тогда получим приближенную величину критического скольжения:

.

Подставляя значение s_k в формулу момента, получим выражение макси-

мального вращающего момента:

. (3.3)

Из этой формулы видно, что максимальный момент не зависит от активного сопротивления ротора r’₂. Учитывая, что , и, пренебрегая в знаменателе величиной r₁, получим выражение:

. (3.4)

Т.е. величина максимального момента асинхронного двигателя также пропорциональна квадрату напряжения.

Наряду с номинальным и максимальным моментами, одну из важнейших характеристик асинхронного двигателя составляет пусковой момент М_n. Значение М_n получается из общей формулы момента при s=1:

Т.к. моменты M_n и M_max пропорциональны U₁², то при напряжении меньше номинального, зависимости n=f(M) и M=f₁(s) располагаются в области, соответствующей меньшим моментам (рисунки 3.1, 3.2).

Сравнительно небольшое снижение напряжения приводит к существенному уменьшению M_max, от величины которого зависит перегрузочная способность двигателя. При снижении напряжения на 30% максимальный момент уменьшается приблизительно в два раза, что делает невозможным работу двигателя даже при номинальном нагрузочном моменте.

Влияние понижения напряжения на скорость вращения двигателя весьма невелико:

если (см. рисунок 3.2), то .

Ввиду того, что M, M_n и M_max изменяются прямо пропорционально квадрату приложенного напряжения, а обороты меняются незначительно, то нормальная работа асинхронных двигателей при пониженном напряжении не применяется (для регулировки числа оборотов двигателя).

С другой стороны, уменьшение напряжения подводимого к двигателю, при работе двигателя с нагрузкой, уменьшает его cosφ и КПД (за счет уменьшения потребляемой двигателем реактивной мощности и уменьшения потерь).

Действительно, намагничивающий ток будет изменяться в зависимости от напряжения по характеристике холостого хода (рисунок 3.3) и чем напряжение будет меньше, тем больше зависимость Ф=f(I₀) будет принимать линейный характер.

Потери в стали пропорциональны квадрату магнитной индукции:

. (3.5)

Т.е. потери холостого хода пропорциональны квадрату приложенного напряжения, а намагничивающий ток при приложенном напряжении изменяется почти линейно от приложенного напряжения, поэтому cosφ и КПД при работе с пониженным напряжением сети с ростом нагрузки будут выше, чем при работе с номинальным напряжением (рисунок 3.4).

Этим свойством асинхронного двигателя пользуются на практике, применяя переключение обмоток статора двигателя с треугольника на звезду. При этом фазное напряжения обмотки статора уменьшается в раз, вследствие чего уменьшаются ток холостого хода (считаем, что ток холостого хода, примерно равный току намагничивания, от нагрузки не зависит) и реактивная мощность намагничивания. Это вызовет увеличение cosφ и КПД. Максимальный момент, развиваемый двигателем, уменьшается в 3 раза. В целях сохранения устойчивости работы нагрузка должна быть уменьшена в 3 раза по сравнению с номинальной. Тогда скольжение остается равным номинальному, а момент на валу и ток ротора уменьшается в 3 раза.

Обычно короткозамкнутый двигатель при пуске на полное напряжение сети потребляет 5-7 кратный ток от номинального.

В тех случаях, когда приводы пускаются не под нагрузкой и имеют нормальную схему соединения обмотки треугольником, применяют пуск с переключением со звезды на треугольник, в этом случае пусковой ток снижается в 3 раза.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Работа проводится по схеме, изображенной на рисунке 3.5, где РН – регулятор напряжения; М – асинхронный двигатель; G – нагрузочный генератор.

Нагрузочный генератор независимого возбуждения может работать на нагрузочное сопротивление, создавая тормозной момент на валу двигателя М, либо на сеть постоянного тока 220В.

В последнем случае сопротивление R_H используется, как регулировочное.

Работа выполняется в следующей последовательности:

1. Ознакомиться со схемой эксперимента и записать паспортные характеристики исследуемого оборудования.

2. Поднять напряжение при помощи регулятора напряжения до и пустить асинхронный двигатель в ход.

3. Возбудить нагрузочный генератор до номинального напряжения.

4. Изменяя нагрузку генератора снять показания приборов: Iсети, Pсети, cosφ, n, Uг, Iн при напряжении на АД равном: 0,5·Uн, 0,75·Uн, Uн.

5. Рассчитать и построить зависимости: n, s, cosφ, η=f(M).

6. Построенные кривые сравнить с теоретическими.

7. Сделать вывод на основании проделанной работы.

Примечание:

1. Режим работы нагрузочного генератора G – задается преподавателем.

2. Изменение нагрузки производится изменением нагрузочного сопротивления R_H или изменением тока возбуждения генератора реостатом – R_В.

3. Снятие характеристик при каждом напряжении следует производить от холостого хода до максимального момента.

4. При снятии характеристик точку соответствующую максимальному моменту следует снимать с особой тщательностью (опыт повторить несколько раз).

5. Для измерения скорости пользуются тахогенератором в сочетании с измерительным прибором «n» об/мин.

6. Переключение режима работы производится переключением S2.

Таблица 3.1

Наблюдения	Вычисления
Двигатель		Генератор	Двигатель
Uc	Ic	P	cos φ	n	Uг	Iн	s	η	M
В	А	Вт		об/мин	В	А	%	%	Н·м